机械工程力学基础.ppt

第三章 机械工程力学基础 本章是本课程的重要内容，通常包括三部分：静力学、材料力学 和运动力学。 1、静力学：是研究物体平衡时作用力之间关系的科学，主要研 究两个问题： （1）力系的简化 研究如何将作用在物体上比较复杂的力系用作 用效果完全相同而便于分析的简单力系代替。 （2）力系的平衡条件 研究受力物体平衡时作用在物体上各力之 间应该满足的条件。 2、材料力学是研究零件在外力作用下产生破坏，变形和失稳的 规律，为既安全又经济地设计零件提供有关强度，刚度和稳定性计 算的基本理论和方法。 3、运动力学是研究质点的运动和刚体的基本运动，以及在这些 运动中，受力物体的运动与作用力之间的关系。 本章只研究静力学和材料力学两部分。 第一节 静力学的基本概念及公理 一、静力学基本概念 1、力的概念 力是物体间的机械作用，这种作用使物体的运动状态或形状发生 变化。物体运动状态的改变是力的外效应，物体形状的改变是力的 内效应。 （1）力的三要素 力的大小、力的方向和力的作用点。 （2）力的单位 采用国际单位制，牛顿（N）或千牛顿（kN）。 （3）标量和矢量 标量：只考虑大小的物理量。如：时间、长度。 矢量：既考虑大小又考虑方向的物理量。如：力、速度。 （4）矢量的表示方法 矢量用按一定的比例尺绘制的有向 线段来表示，线段的长度表示矢量的大 小，箭头表示矢量的方向，中的AB 线段 表示的矢量。为了简化，矢量可以只用 一个黑体字母表示，如AB矢量可用F表示, 书写时要在字母上方加箭头，如 。 2、力系的概念 力系是同时作用在物体上的一群力。 如果一个力系对物体的作用能用另一个力系来代替而不改变作 用的外效应，这两个力系互为等效力系。 若一个力和一个力系等效，则称这个力是该力系的合力。而力 系中的各个力都是其合力的分力。把各分力代换成合力的过程，称 为力系的合成。把合力换成几个分力的过程，称为力的分解。 3、平衡的概念 平衡是指物体相对地面保持静止或作匀速直线运动状态。 物体在力系作用下处于平衡状态时，称该力系为平衡力系。作 用于物体上的力系，若使物体处于平衡状态，必须满足一定的条 件，这些条件称为力系的平衡条件。 4、刚体和变形固体的概念 （1）刚 体：是指在力的作用下，大小和形状都不发生改变 的物体。 （2）变形固体：是指在力的作用下，形状或大小发生变化的固 体。 在静力学中，通常把物体看成是刚体。 二、静力学公理 所谓公理，就是符合客观现实的真理。静力学的全部理论，都 是以静力学公理为依据导出的。 公理一（二力平衡公理） 作用在同一刚体上的两个力，若使刚体处于平衡状态，则这两 个力必须大小相等，方向相反，且作用在同一直线上。 公理二（加减平衡力系公理） 在已知力系上加上或减去任意平衡力系，都不会改变原力系对 刚的效应。 推论一（力的可传性原理） 作用在刚体上某点的力，沿其作用线移到刚体内任意一点，不 会改变它对刚体的作用。 公理三（力的平行四边形公理） 作用于物体上某一点的两个力的合力， 作用点也在该点，大小和方向是由这两个力 为邻边所作的平行四边形的对角线确定。此 公理也称为平行四边形法则，根据此公理所 作出的平行四边形，称为力平行四边形。这 种求合力的方法，称为矢量加法。 合力矢F等于原来两个力的矢量和，可用公式表示为 F =F1+F2 推论二（三力平衡汇交定理） 当刚体受同一平面内互不平行的三个力作用而平衡时，此三力 的作用线必汇交一点。（证明略） 公理四（作用与反作用公理） 两物体相互作用的力，总是同时存在，这两个力的大小相等， 方向相反，沿同一直线，分别作用在这两个物体上。 注意： 1、公理一、公理二和推论一只适用刚体而不适用于变形体。 2、公理四是作用于两个物体上，公理一则是作用在同一物体 上的，不要把公理四与公理一混同起来。 第二节 约束与约束反力 机械和工程结构中，每个零部件都是相互联系并相互制约的， 它们之间存在着相互作用力。因此，在