工程力学 教学课件 ppt 作者 李章政 编第01章静力学基本概念.ppt

工 程 力 学 第1章 静力学基本概念 1. 力的定义 力（force）: 物体间相互作用（action） 效应（effect） 外效应——运动状态发生改变 内效应——形状发生变化 三要素:大小、方向、作用点 2. 力的类型 集中力：作用于一点的力（抽象） 分布力 体积力：按体积分布的力，如自重 面积力：按面积分布的力，如液压、浮力 线力：按长度分布的力 3. 力的单位 基本单位：牛（N） 常用单位：千牛（kN） 1.1.2 力系的概念 1. 力系及其类型 力系的概念：作用于物体上的一群力 力系分类 按占据位置分：平面力系， 空间力系 按空间方位分：汇交力系 平行力系 一般力系 2. 不同的力系 等效力系 两个力系在效应（外效应）上相同， 它们互为等效力系。 合力（resultant） 如果一个力与一个力系等效，则该力 为力系的合力 平衡力系: 零效（外效应）力系称为平衡力系。 1.2 力矩和力偶 一、 力对点之矩之定义 力和力臂之乘积定义为力矩 MO(F) = ? Fd 力臂 —力到矩心 O的垂直距离 转向 —逆（+），顺（-） 力矩为零的条件 力为零：F =0 力的作用线通过矩心：d=0 力对点之矩的几何解释 例1.1 已知力作用在A处，F=100kN， 矩形板的尺寸如图，求力F对O 点之矩。 解 力 臂： 二、效应归类 力的效应：移动效应 外效应—产生加速度 内效应—伸长或缩短变形 相互错动 力矩的效应：转动效应 外效应—产生角加速度 内效应—截面转动 1.2.2 力偶的概念和性质 一、力偶的概念 力偶的定义 等值、反向、不共线的二力，称为力偶（couple）。 引起物体转动 力偶的度量：力偶矩 M= ?力F ? 力偶距d 力偶三要素 大小，转向，作用面 力偶的性质 没有合力，不能用力来代替；只能由力偶去平衡； 力偶对其作用面内任意一点之矩恒等于力偶矩，与矩心位置无关； 两个力偶等效的条件是：力偶矩相等 转向相同 （1）力偶可以在其作用的平面内移动 （2）M=Fd，保持M不变，可改变F、 d 第三节 静力学公理 1. 二力平衡公理 公理内容 物体受二力作用平衡，该二力必等值、 反向、共线。 二力构件 2. 作用与反作用公理 公理内容 作用于物体间的作用力与反作用力 等值、反向、共线。 二力平衡公理的区别 二力公理：二力同体 作用与反作用：二力异体 3. 加减平衡力系公理 公理内容 在物体上加上或去掉一个平衡力系， 不影响（物体的外效应）。 推理——力的可传性原理 力可沿其作用线滑动到任意位置， 不改变其对物体的外效应 适用条件：刚体 4. 平行四边形公理 共点二力合成法则 二力为邻边，作平行四边形 对角线为合力（Resultant）。 应用之一：力的分解 分解方法 已知分解方向 ，平行四边形法则 分解惟一；未知分解方向，分解不惟一。 1.4 约束与约束反力 约束：对物体某些运动的限制，称为该物体的约束。约束是由其他物体来实现的。 反力：约束对物体的作用力，就是约束反力，简称反力。其方向总是和限制物体的运动方向相反。 1.4.2 常见的约束类型及反力 1. 柔绳 限制: 物体沿绳子方向离开 反力: 物体受拉，沿绳的方向 2. 光滑接触 限制：物体沿法线方向进入 反力：沿公共法线，物体受压 3. 光滑圆柱销 限制：光滑接触，限制物体沿法线方向 进入，但接触点位置不确定 反力：正交分解的两个力 4. 结构支座 a. 链杆支座 限制链杆方向的位移 反力沿链杆，指向待定 c. 固定铰支座 限制：水平移动 + 垂直移动 反力：水平反力 + 垂直反力 简化：正交二链杆（正交二力） d. 固定支座（固定端） 限制：移动 + 转动 反力：力 + 力偶 实例：阳台挑梁 1.5 物体受力分析 1. 概念 研究对象：被隔离出来的物体 受力图： 在研究对象上画出全部主动力 和约束反力，这样的图形称为受力图。 受力分析：作受力图的过程 2. 作受力图的步骤 选取研究对象（取脱离体） 画主动力（已知力） 根据约束类型，画出反力 检查是否画错？是否遗漏？ 每画一个力是否符合约束类型？ 每个去掉的约束处是否