机械设计基础项目二 静力学.ppt

情景一 静力学基本概念 一、静力的基本概念 1、力的概念 力是物体间的相互机械作用。 (1)力的三要素 力对物体的效应取决于力的大小、方向和作用点，这三者称为力的三要素。 (2)力的矢量表示和单位 力是一个具有大小和方向的矢量。可以用一个有向线段表示。 2、力的常见种类 (1)重力 (2)弹力 (3)摩擦力 3、力系的概念 作用在同一物体上的一群力称为一个力系。 4、平衡的概念 物体的平衡是指物体相对于地球处于静止或匀速直线运动状态。 5、刚体的概念 所谓刚体是指在力的作用下不变形的构件。 6、力矩的概念 7、力偶的概念 二、静力的基本公理 公理1(二力平衡公理) 作用于同一刚体上的两个力，使刚体处于平衡状态的必要与充分条件是：这两个力大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。 公理2(加减平衡力系公理) 在刚体上作用有某一力系时，再加上或减去一个平衡力系，并不改变原有力系对刚体的作用效应。 推论1(力的可传性原理) 作用于刚体上的力，可以沿着其作用线任意移动，而不改变力对刚体作用的外效应。 公理3(作用力与反作用力公理) 两物体之间相互作用的力，总是同时存在，两者大小相等、方向相反、沿同一条直线，分别作用在两个物体上。 公理4(力的平行四边形法则) 作用于刚体上某点A(做作用线交于O点)的两个力F1 和F2 ，可以合成为一个力，这个力称为F1 和F2 的合力。合力的大小和方向由以这两个力为邻边所组成的平行四边形的对角线来确定。 推论2(三力平衡汇交定理) 作用于刚体上同一平面内的3个不平行的力，如果使刚体处于平衡，则这3个力的作用线必汇交于一点。 公理5(刚化公理) 变形体在某一力系作用下处于平衡，如把此变形体刚化为刚体，则平衡状态保持不变。一段绳子(弹簧)在两个等值反向的拉力作用下处于平衡，若将其变为刚性体，则平衡状态不受影响；但对刚性杆受两个等值反向压力作用而平衡时，如果将该刚性杆变为绳索(弹簧)，则平衡状态不能保持。 情景二 构件的受力分析与受力图 一、约束与约束反力 在空间位移不受任何限制，可自由运动的物体称为自由体。 位移受限制的物体称为非自由体。 对自由体的位移起限制作用的周围物体称作约束。 约束作用于被约束体上的力称为约束反力。 使物体运动或使物体有运动趋势的力，称为主动力。 1、柔索约束 2、光滑接触面(线)约束 3、圆柱铰链约束 4、活动铰链支座约束 二、受力分析与受力图 在进行力学计算时，先要应用有关力、约束和平衡等基本概念对研究物体进行分析，建立起实际物体的抽象化受力模型，这一过程就是受力分析。 受力分析方法的要点如下： 1、取分离体 2、画受力图 情景三　平面力系 一、平面汇交力系的简化 在静力学中，为了便于研究问题，我们通常按力系中各力作用线分布情况的不同分为平面力系和空间力系两大类。各力的作用线均在同一平面上的力系叫平面力系；作用线不全在同一平面上的力系称为空间力系。 在平面力系中，各力的作用线均汇交于一点的力系，称为平面汇交力系。 1、力的平移定理 力的平移定理：作用在刚体上的一个力可以平移到同一刚体上的任一点，但必须同时附加一个力偶，其力偶矩等于原力对新作用点的矩，称为力的平行移动定理，简称力的平移定理，如图2-12所示。 图2-12力的平移 2、平面汇交力系合成的几何法 (1)两共点力的合成(力三角形法则) (2)平面汇交力系的合成 对于平面汇交力系的情况，其合力可以按两个共点力的合成方法，逐次使用力三角形法则求得。 3、平面汇交力系合成的解析法 当平面汇交力系已知时，可以求出力系中各力在坐标轴上投影。 二、平汇任意力系 1、平面任意力系向其作用面内任一点的简化 如图2-16 (a)所示。 主矢： 主矩： 综上所述：平面一般力系向作用面内任一点简化的结果，是一个力和一个力偶。这个力作用在简化中心，它的矢量称为原力系的主矢，并等于这个力系中各力的矢量和；这个力偶的力偶矩称为原力系对简化中心的主矩，并等于原力系中各力对简化中心的力矩的代数和。 图2-16力的简化 2、平面一般力系简化结果的讨论 3、平面一般力系的合力矩定理 三、平面力系的平衡条件 1、平面汇交力系平衡的几何条件 由前面的知识得到，平面汇交力系的合成结果是一个合力，即合力与原力系等效。若合力等于零，则该力系平衡，在该力系作用下的物体处于平衡状态。反之，当物体在平面汇交力系作用下平衡时，该力系的合力应等于零。因此，平面汇交力系平衡的必要和充分条件是：该力系的合力为零。多边形自行封闭。