工程力学第1次作业解答.doc

桂林航天工业高等专科学校作业纸
《工程力学》第1次作业解答（静力学基本概念与公理）
2010-2011学年第二学期
一、填空题
1．力是物体间相互的相互机械作用，这种作用能使物体的运动状态和形状发生改变。
2．力的基本计量单位是牛顿（N）或千牛顿（kN）。
3．力对物体的作用效果取决于力的大小、方向和作用点（作用线）三要素。
4．若力对某刚体的作用效果与一个力系对该刚体的作用效果相同，则称为该力系的合力，力系中的每个力都是的分力。
5．平衡力系是合力（主矢和主矩）为零的力系，物体在平衡力系作用下，总是保持静止或作匀速直线运动。
6．力是既有大小，又有方向的矢量，常用带有箭头的线段画出。
7．刚体是理想化的力学模型，指受力后大小和形状始终保持不变的物体。
8．若刚体受二力作用而平衡，此二力必然大小相等、方向相反、作用线重合。
9．作用力和反作用力是两物体间的相互作用，它们必然大小相等、方向相反、作用线重合，分别作用在两个不同的物体上。
10．约束力的方向总是与该约束所能限制运动的方向相反。
11．受力物体上的外力一般可分为主动力和约束力两大类。
12．柔性约束限制物体绳索伸长方向的运动，而背离被约束物体，恒为拉力。
13．光滑接触面对物体的约束力，通过接触点，沿接触面公法线方向，指向被约束
的物体，恒为压力。
14．活动铰链支座的约束力垂直于支座支承面，且通过铰链中心，其指向待定。
15．将单独表示物体简单轮廓并在其上画有全部外力的图形称为物体的受力图。在受力图上只画受力，不画施力；在画多个物体组成的系统受力图时，只画外力，不画内力。
二、选择题
1．约束力的方向必与（ B ）的方向相反。
A．主动力；B．物体被限制运动；C．重力；D．内力。
2．柔性约束的约束力方向总是（ C ）受约束物体。
A．铅垂指向；B．沿绳索指向；C．沿绳索背离；D．水平指向。
3．光滑面约束的约束力总对受力物体形成（ A ）作用。
A．压力；B．拉力；C．牵引力；D．摩擦力。
4．凡能使物体运动或有运动趋势的力称为（ A ）。
A．主动力；B．约束力；C．内力；D．外力。
5．作用有汇交于一点，互不平行三力的刚体（ D ）状态。
A．一定处于平衡；B．处于不平衡；C．运动状态；D．可能处于平衡。
6．物体的受力效果取决于力的（ D ）。
A．大小；B．方向；C．作用点；D．大小、方向、作用点。
7．力是物体之间相互的（ A ），这种作用使物体的（ C ）或（ D ）发生改变。
A．机械作用；B．摩擦；C．运动状态；D．形状。
8．静力学研究的对象主要是（ D ）。
A．受力物体；B．施力物体；C．运动物体；D．平衡物体。
9．改变力的三要素中的一个，力对物体作用效果（ D ）。
A．保持不变；B．不一定改变；C．有一定改变；D．随之改变。
10．“二力平衡公理”和“力的可传性原理”适于（ D ）。
A．任何物体；B．固体；C．弹性体；D．刚体。
11．根据三力平衡汇交条件，只要知道平衡刚体上作用线不平行的两个力，即可确定第三个力的（ B）。
A．大小；B．方向；C．大小和方向；D．作用点。
12．某刚体连续加上（或减去）若干个平衡力系，对该刚体的作用效应（ A ）。
A．不变；B．不一定改变；C．改变；D．可能改变。
三、问答题
1．说明下列式子的意义和区别：
（1）；
表示两力的大小相等（一个要素相同）。
（2）；
表示两力的大小相等、方向相同（两个要素相同）。
（3）力等效于力。
表示两力的作用效果相同（即三要素相同）。
2．作用与反作用定律和二力平衡公理都提到等值、反向、共线，试问二者有什么不同？
答：二力平衡公理中的两个力，作用在同一刚体上，组成平衡力系，适用对象是刚体，对变形体不一定成立；刚体在这样的两个力作用下，一定处于平衡状态。
作用与反作用定律中的两个力，分别作用在两个不同的物体上，这两个力不是平衡力系，适用对象可以是刚体、变形体。物体之间产生作用力和反作用力时，既可能处于平衡状态，也可能作变速运动。
3．什么是约束？工程常见的约束有哪几种？分别画出它们的计算简图和约束力（填表）。
答：物体受到限制，使其某些运动（移动或转动）不可能发生，这种限制条件就称为约束。这些限制条件总是由被约束物体周围的其它物体构成的，所以通常将约束定义为：对非自由体的运动或位移起限制作用的周围物体。
工程中常见的平面约束主要有：柔性体约束、光滑接触面约束、光滑圆柱形铰链约束（包含中间铰、固定铰支座、活动铰支座、链杆）、固定端等；
工程中常见的空间约束主要有：球形铰、径向轴承、推力轴承、空间固定端等。
下表给出常见平面约束的计算简图、约束力及约束特点：
约束名称
计算简图
约束力示意图
约束特点（文字说明）
柔性体约束

这种约束只限制物体沿柔绳伸长方向的运动，约束力为拉力。
光滑接触面约束

这种约束只限制物体接触面公法线，朝相互压紧方向的运动，约束力为压力。
光滑圆柱形铰链
中间铰

这两种约束特点相同，都是限制物体垂直于销钉轴线的平面内任何方向的运动，不限制物体绕销钉转动。约束力作用于销钉与圆孔的接触点，垂直于销钉轴线，且通过销钉中心，约束力大小和方向随主动力变化而变化。
这种约束的约束力通常用两个正交分力表示。
固定铰支座

光滑圆柱形铰链
活动铰支座

这种约束只能限制物体在与支座接触处向着支承面或离开支承面的运动，而不能阻止物体沿着支承面的运动或绕着销钉的转动。约束力通过销钉中心，垂直于支承面，它的指向待定。
链 杆

链杆两端约束力的作用线沿铰链中心的连线，可能为拉力，也可能为压力。
四、作图题
1．画出图中物体A或者AB杆的受力图（未画出重力者不计自重）。所有接触处为光滑接触。
（a）轮C、AB杆及整体

(a) AB杆的受力图（二力杆CD杆作参照）

(b) AB杆的受力图

(c) 圆A的受力图

2．画出图中各指定物体和整体的受力图。图中未画出重力的物体不计自重。
（a）轮C、AB杆及整体

作图要点：
（1）要注意光滑接触面、柔性体约束和固定铰支座的约束特点来画约束力。
（2）符合三力平衡汇交定理的情况，可根据作用点和方向已知的两个力，确定出第三个力的方向。
（3）画整体的受力图时，要注意区分内部约束和外部约束，解除外部约束，保留内部约束，因此，整体受力图上只画外力，不画内力。
（b）AB杆、BC杆及整体

（c）轮、轮、杆AB及整体

（d）轮O、AB杆及整体

（e）AD杆、BC杆

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