一静力学的基本概念和受力分析.ppt

《工程力学》是一门主要基础课。通过本门课程的学习，要求学生掌握静力学和材料力学的基础知识，使学生对杆体的平衡、强度、刚度和稳定性问题具有明确的基本概念，必要的基础知识和初步的计算能力，从而使学生能对简单工程问题进行定性分析。 教学目的和要求 本章是学习各门力学的基础，它贯穿着本学科的始终。学习时主要掌握四个概念（刚体、平衡、力、力系）、四个公理（二力平衡公理、加减平衡力系公理、力的平行四边形法则、作用力和反作用力公理），掌握常用约束的特点并能正确地画出相应的约束力，熟练掌握对物体进行受力分析的方法和步骤，并能正确地画出物体的受力图。 教学重点 静力学的四个基本概念； 三个静力学基本公理和平行四边形法则； 工程中常见的约束反力的特点及受力图； 对物体进行受力分析的方法和步骤以及画受力图。 难点 静力学基本公理的应用和推论； 常见约束的区分与约束反力的画法； 构件受力分析的方法步骤和受力图的画法。 一、刚体 刚体——在力的作用下，大小和形状都不变的物体。 刚体是静力学中对物体进行分析所简化的抽象化力学模型（变形很小可忽略不计时）。 实践证明：将物体抽象为刚体可使力学分析大大简化且结果足够精确，既是工程分析允许的也是认识力学规律所必需的。但刚体这一模型的使用是有条件和范围的，即在静力学范围内构件可看作刚体。 二、平衡 平衡——物体相对于惯性参考系处于静止或作匀速直线运动状态。 平衡是相对的，是运动的特例，平衡的规律远比一般规律简单。工程上有很多平衡问题。 相对于地球不动的参考系称为惯性参考系。 平衡力系 一个物体受某力系作用处于平衡，则此力系称为平衡力系。 力系使物体平衡而需要满足的条件称为力系平衡条件。 三、力 1.力是物体间的相互机械作用。 2.力对物体作用效应 外效应：使物体的运动状态发生改变； 内效应：使物体的形状发生改变。 3.力是矢量:力矢用大写黑体字母“F”表示。 4.力的三要素：力的大小、方向、作用点。 5.力的单位：牛[顿]（N）或千牛（kN）。 四、力系 力系——作用于物体上的一群力。 合力：若一个力和一个力系等效，则这个力就称为该力系的合力。 力系中的每个力就称为力系的分力； 将一个复杂力系简化为一个简单力系或一个力的过程，称为力系的简化。 力系的分类 平面力系：所有力的作用线均在同一个平面内的力系。 平面汇交力系：作用线汇交于一点的平面力系； 平面平行力系：作用线相互平行的平面力系； 平面任意力系：作用线既不汇交于一点，又不相互平行的平面力系。 空间力系：所有力的作用线不在同一平面内的力系。 空间汇交力系：作用线汇交于一点的空间力系； 空间平行力系：作用线相互平行的空间力系； 空间任意力系：作用线既不汇交于一点，又不相互平行的平面力系。 静力学公理概括了力的各种性质，是静力分析的理论基础。 公理1：二力平衡公理 作用于刚体上的两个力，使刚体处于平衡的必要和充分条件是：这两个力的大小相等、方向相反、作用线共线，作用于同一个物体上。 矢量式：F1=－F2； 二力构件 二力平衡公理揭示了作用于物体上最简单的力系平衡时所应满足的条件。 工程上受两个力作用而平衡的刚体称为“二力构件”或“二力体”。二力构件平衡时其所受的两个力必沿着两个力作用点的连线，而且两力大小相等、方向相反。 在进行构件受力分析时，能正确判断其是否为二力构件，可使问题顺利解决。这点很重要！ 作用在物体上同一点的两个力可以合成为一个力，合力的作用点仍作用在这一点，合力的大小和方向由这两个力为邻边所构成的平行四边形的对角线确定。 矢量表示法：FR=F1+F2 只能限制物体沿柔体伸长方向的运动,只能受拉，不能受压； 柔性约束反力确定:作用于触点,方向沿绳索背离被约束物体； 约束反力符号：柔性约束反力用 T表示。 （接触面摩擦力很小可忽略不计时） 约束特点: 只能限制沿接触点的法线方向趋向支承面的运动； 约束反力的确定： 通过接触点，沿着接触面公法线方向，指向被约束的物体，即物体受压。 光滑接触的约束反力通常用ＦN 表示。 组成及特点： 两物体分别钻有直径相同的圆柱形孔，用一圆柱形销钉连接起来，在不计摩擦时，即构成光滑圆柱形铰链约束，简称铰链约束。 圆柱铰链约束分类 （1）中间铰链约束 结构特点：如图示，用销钉联接两有孔零件，两被联接件均可绕销轴转动，例如发动机中连杆与活塞、连杆与曲轴的联接。 约束特点：两零件均可相对转动又互相制约。 约束反力在确定：其约束反力用过销轴中心的两个正交的分力FX、和FY表示，如图下所示。 （2）固定铰链支座 约束特点：如果中间铰链中的构件之一与地基或机架相连，便构成固定铰链支座。 约束反力的确定：约束反力通过销轴中心，方向随主动力方向而不同，用过销轴中心的两个正交的