工程力学1绪论及静力学基础.pptx

工程力学1 工工程程力力学学是是一一门门研研究究物物体体机机械械运运动动和和构构件件承承载载能能力力的的科科学学。所所谓谓机机械械运运动动是是指指物物体体在在空空间间的的位位置置和和形形状状随随时时间间的的变变化化，而而构构件件承承载载能能力力则则指指机机械械零零件件和和结结构构部部件件在在工工作作时时安安全全可可靠靠地地承承担担外外载载荷荷的的能力。能力。整个课程包含：整个课程包含：工程静力学工程静力学；弹性静力学弹性静力学；工程运动学工程运动学；工程工程动力学动力学。工程静力学研究物体的受力和平衡规律；弹性静力学研究。工程静力学研究物体的受力和平衡规律；弹性静力学研究物体的受力和变形规律；工程运动学涉及工程运动的基本概念、基物体的受力和变形规律；工程运动学涉及工程运动的基本概念、基本理论和基本方法；工程动力学研究物体上作用的力系和物体机械本理论和基本方法；工程动力学研究物体上作用的力系和物体机械运动之间的一般关系。运动之间的一般关系。工程力学2与理力和材力的区别和联系：与理力和材力的区别和联系：与理力和材力的区别和联系：与理力和材力的区别和联系：工程力学3长长长长征征征征三三三三号号号号乙乙乙乙运运运运载载载载火火火火箭箭箭箭发发发发射射射射成成成成功功功功长征三号乙运载火箭主要用于发射地球同步轨道的大型卫星，也可进行轻长征三号乙运载火箭主要用于发射地球同步轨道的大型卫星，也可进行轻长征三号乙运载火箭主要用于发射地球同步轨道的大型卫星，也可进行轻长征三号乙运载火箭主要用于发射地球同步轨道的大型卫星，也可进行轻型卫星的一箭多星发射，标志着中国运载火箭技术跨入世界先进行列，是型卫星的一箭多星发射，标志着中国运载火箭技术跨入世界先进行列，是型卫星的一箭多星发射，标志着中国运载火箭技术跨入世界先进行列，是型卫星的一箭多星发射，标志着中国运载火箭技术跨入世界先进行列，是中国火箭发展上的一个重要里程碑。中国火箭发展上的一个重要里程碑。中国火箭发展上的一个重要里程碑。中国火箭发展上的一个重要里程碑。研究意义研究意义工程力学在很多工程技术领域中有着广泛的应用。工程力学在很多工程技术领域中有着广泛的应用。工程力学4 嫦嫦娥娥二二号号采采用用直直接接进进入入奔奔月月轨轨道道的的发发射射方方式式，大大大大缩缩短短了了卫卫星星中中途途飞飞行行时时间间。能能否精确实施轨道修正，是确保嫦娥二号卫星准确抵达目标环月轨道的重要控制程序。否精确实施轨道修正，是确保嫦娥二号卫星准确抵达目标环月轨道的重要控制程序。工程力学5神九与天宫一号首次手控对接神九与天宫一号首次手控对接神九与天宫一号首次手控对接神九与天宫一号首次手控对接工程力学6工程力学7 2013 2013年年1 1月月2626日下午日下午1414时整，运时整，运-20-20在阎良基地首次升空，并于在阎良基地首次升空，并于15:0015:00成成功降落，至此，中国运功降落，至此，中国运-20-20首飞圆满成功。运首飞圆满成功。运-20-20的成功首飞，标志着中国的成功首飞，标志着中国航空工业的一次重大胜利，标志着中国拥有了属于自己大型运输机，是中航空工业的一次重大胜利，标志着中国拥有了属于自己大型运输机，是中国空军建设战略空军的一座里程碑。国空军建设战略空军的一座里程碑。工程力学8工程力学9 海海洋洋石石油油981981深深水水半半潜潜式式钻钻井井平平台台,长长114114米米，宽宽8989米米，平平台台正正中中是是约约5 5、6 6层层楼楼高高的的井井架架。该该平平台台自自重重3067030670吨吨，承承重重量量12.512.5万万吨吨，可可起起降降直直升升机机,最大作业水深最大作业水深30003000米，最大钻井深度可达米，最大钻井深度可达1000010000米。米。工程力学10悬悬空空寺寺工程力学11大大桥桥卧卧波波友友友友谊谊谊谊大大大大桥桥桥桥是是是是一一一一座座座座跨跨跨跨海海海海大大大大桥桥桥桥，全全全全长长长长一一一一千千千千七七七七百百百百二二二二十十十十米米米米，主主主主桥桥桥桥采采采采用用用用了了了了抗抗抗抗风风风风性性性性能能能能好好好好、抗抗抗抗扭扭扭扭度度度度大大大大的的的的竖竖竖竖琴琴琴琴式式式式双双双双塔塔塔塔斜斜斜斜拉拉拉拉桥桥桥桥型型型型，最最最最大大大大跨跨跨跨度度度度一一一一百百百百八八八八十十十十米米米米，距距距距海海海海面面面面净净净净高高高高二二二二十十十十八八八八米米米米。高高高高达达达达八八八八十十十十五五五五米米米米的的的的主主主主塔塔塔塔呈呈呈呈“M”M”造造造造型型型型，象象象象征征征征“MACAU”MACAU”的的的的第第第第一一一一个个个个字字字字母母母母，也也也也寓寓寓寓意澳门的三个岛紧密相连。意澳门的三个岛紧密相连。意澳门的三个岛紧密相连。意澳门的三个岛紧密相连。工程力学12水水水水立立立立方方方方由由中中国国建建筑筑工工程程总总公公司司、澳澳大大利利亚亚PTW公公司司、澳澳大大利利亚亚ARUP公公司司组组成成的的联联合合体体设设计计的的H2O3(“水水立立方方”)，融融建建筑筑设设计计与与结结构构设设计计于于一一体体，设设计计新新颖颖，结结构构独独特特，采采用用在在整整个个建建筑筑内内外外层层包包裹裹的的ETFE膜膜（乙乙烯烯-四四氟氟乙乙烯烯共共聚聚物物）是是一一种种轻轻质质新新型型材材料料，具具有有有有效效的的热热学学性性能能和和透透光光性性，可可以以调调节节室内环境，冬季保温、夏季散热室内环境，冬季保温、夏季散热。工程力学13“四四两两拨拨千千斤斤”中国武术中有中国武术中有“四两拨千斤四两拨千斤”的招式。的招式。请你分析一下：请你分析一下：（1）“四两拨千斤四两拨千斤”与力学中的什么与力学中的什么内容有关系？内容有关系？（2）试用力学原理简要解析一下试用力学原理简要解析一下“四四两拨千斤两拨千斤”的关键所在？的关键所在？（3）试分析图示拔桩装置的力学原理。试分析图示拔桩装置的力学原理。工程力学14abd轧钢机械中的力学问题轧钢机械中的力学问题1、若钢板能进入碾轧机，利若钢板能进入碾轧机，利用的是什么力学概念？用的是什么力学概念？2、轧轮和钢板间的摩擦系数轧轮和钢板间的摩擦系数为为f，确定，确定a,b,d,f间的关系。间的关系。工程力学15如图所示，一条3米宽的河穿村而过，请帮村民设计一木质桁架结构的便民桥（仅限行人通过）替代目前的简易桥梁。设计要求：桥面平坦无障碍；桁架结构除了承载之外能起到防护作用，无需额外安装护栏；至少提交两种设计方案，并从杆件内力、用料多少等方面对两种方案进行对比。木质便民桥设计木质便民桥设计工程力学16工程力学17工程力学18工程力学19工程力学20 线变形程度的度量称为线变形程度的度量称为线变形程度的度量称为线变形程度的度量称为“正应变正应变正应变正应变”，用，用，用，用 表示。表示。表示。表示。剪切变形程度的度量称为剪切变形程度的度量称为剪切变形程度的度量称为剪切变形程度的度量称为“切应变切应变切应变切应变”,用用用用 表示。表示。表示。表示。)(直角改变量直角改变量直角改变量直角改变量 +=xxxdxxdu 工程力学21工程力学研究模型工程力学研究模型 （1）物体模型质点与质点系统 离散质点系统离散质点系统 连续体系统连续体系统 质点质点 （2）工作状态模型刚体与变形体工程力学22工程力学的学习方法工程力学的学习方法 工工程程实实际际问问题题，往往往往比比较较复复杂杂，为为了了使使研研究究的的问问题题简简单单化化，通通常常抓抓住住问问题题的的本本质质，忽忽略略次次要要因因素素，将将所所研研究究的的对对象象抽抽象象化化为为力力学学模模型型。根根据据不不同同的的研研究究目目的的，将将实实际际物物体体抽抽象象化化为为不不同同的的力力学模型是工程力学研究中的一种重要方法。学模型是工程力学研究中的一种重要方法。工工程程力力学学有有较较强强的的系系统统性性，学学习习中中要要循循序序渐渐进进，要要认认真真理理解解基基本本概概念念、基基本本理理论论和和基基本本方方法法。在在学学习习中中，一一定定要要认认真真研研究究，独独立立完完成成一一定定数数量量的的思思考考题题和和习习题题，以以巩巩固固和和加加深深对对所所学学概概念、理论、公式的理解、记忆和应用。念、理论、公式的理解、记忆和应用。工程力学23学习工程力学的几点注意学习工程力学的几点注意1 1、理论联系实际。、理论联系实际。2 2、培养科学的逻辑思维方法。、培养科学的逻辑思维方法。3 3、注意表达式中的物理意义。、注意表达式中的物理意义。4 4、认真对待作业。、认真对待作业。5 5、学习方法：、学习方法：（1 1）认真听课。）认真听课。（2 2）及时复习，温故而知新。）及时复习，温故而知新。6 6、学习态度：认真、踏实、学习态度：认真、踏实工程力学24学习要求及考核学习要求及考核课堂严禁玩手机，要求课堂严禁玩手机，要求一律关机一律关机！必须听课（确有理由要请假）出勤。必须听课（确有理由要请假）出勤。缺勤缺勤次数多（连续次数多（连续2 23 3次以次以上），上），后果自负！后果自负！不迟到、早退！不迟到、早退！不得在课堂看其它资料、吃东西、睡觉！不得在课堂看其它资料、吃东西、睡觉！保持课堂安静保持课堂安静平时成绩平时成绩平时成绩平时成绩 20%20%20%20%期末考试期末考试期末考试期末考试 80%80%80%80%工程力学25 静力学的研究对象是刚体，更严格地说，是静止的静力学的研究对象是刚体，更严格地说，是静止的刚体。所以，我们所学的静力学即是刚体静力学。刚体。所以，我们所学的静力学即是刚体静力学。静静力力学学在在工工程程中中应应用用非非常常广广泛泛。任任何何机机械械和和工工程程结结构构的的设设计计都都需需要要应应用用静静力力学学理理论论进进行行受受力力分分析析和和静静力力学学方方面面的的计计算算。因因此此，在在学学习习静静力力学学内内容容时时,特特别别注注意意受受力力分分析的方法。析的方法。物体的受力分析物体的受力分析力系的等效替换力系的等效替换力系的平衡条件及应用力系的平衡条件及应用 将将作作用用在在物物体体上上的的一一个个力力系系用用另另一一个个力力系系代代替替，而而不不改改变变原原力力系系对对物物体的作用效果，则称此两力系等效或互为等效力系。体的作用效果，则称此两力系等效或互为等效力系。用用一一个个简简单单力力系系等等效效地地替替换换一一个个复复杂杂力力系系对对物物体体的的作作用用，称称为为力力系系的的简化。简化。工程力学26力：物体间的相互作用，物体间的相互作用，使物体的运动状态或形状使物体的运动状态或形状尺寸发生改变。（尺寸发生改变。（外效应和内效应）外效应和内效应）内效应内效应外效应外效应工程力学27力：物体间的相互作用，使物体的运动状态或形状物体间的相互作用，使物体的运动状态或形状尺寸发生改变。尺寸发生改变。接触力：接触力：万有引力、电场力、磁场力万有引力、电场力、磁场力非接触力非接触力（场力）：（场力）：弹性力和摩擦力弹性力和摩擦力1.发发生生弹弹性性形形变变的的物物体体，由由于于要要恢恢复复原原状状，对对跟跟它它接接触触的的物物体体会会产产生生力力的的作作用用，这这种种力力叫弹力。叫弹力。2。弹力产生在直接接触并发生弹性形变的物体之间。弹力产生在直接接触并发生弹性形变的物体之间。3。通常所谓的推力、压力、支持力、拉力、张力等均是根据弹力的作用效果命名。通常所谓的推力、压力、支持力、拉力、张力等均是根据弹力的作用效果命名。工程力学28力的三要素：力的三要素：大小、方向和作用点大小、方向和作用点 力力矢矢量量用用一一条条有有向向线线段段表表示示，线线段段的的长长度度表表示示力力的的大大小小；线线段段的的方方位位和和箭箭头头表表示示力力的的方方向向；线线段段的的起起点点或或终终点点表示力的作用点。表示力的作用点。力是有固定作用点的定位矢量。力是有固定作用点的定位矢量。工程力学29平面力系：各力作用线在同一个平面内平面力系：各力作用线在同一个平面内 空间力系：各力作用线在不同的平面内空间力系：各力作用线在不同的平面内 任意力系任意力系汇交力系汇交力系平行力系平行力系共线力系共线力系 力系：力系：力系：力系：作用在物体上的一群力作用在物体上的一群力工程力学30力系：力系：作用在刚体上的作用在刚体上的一群力一群力 合力与分力合力与分力 作用在刚体上的力系用作用在刚体上的力系用一个力替代而作用效果相同，一个力替代而作用效果相同，则该力就称为此力系的合力，则该力就称为此力系的合力，力系中的各力称为合力的分力系中的各力称为合力的分力。力。工程力学31 共点力系：共点力系：力系中的力系中的 各个力具有共同的作用点。各个力具有共同的作用点。汇交力系：汇交力系：各力的作用各力的作用线汇交于一点的力系称为线汇交于一点的力系称为汇交力系。汇交力系。共点力系是一种特殊的汇交力系。共点力系是一种特殊的汇交力系。共点力系是一种特殊的汇交力系。共点力系是一种特殊的汇交力系。工程力学32力的表示法力的表示法力的表示法力的表示法（1）直接投影法）直接投影法工程力学33(2)二次投影法二次投影法力的表示法力的表示法力的表示法力的表示法工程力学34(3)力的分析表达式力的分析表达式分力和投影的关系分力和投影的关系分力和投影的关系分力和投影的关系？F Fx x、F Fy y、F Fz z分别为矢量分别为矢量分别为矢量分别为矢量F F在在在在x x、y y、z z轴上的投影，是代数量。轴上的投影，是代数量。轴上的投影，是代数量。轴上的投影，是代数量。F F=F=Fx xi+i+F Fy yj+j+F Fz zk k力的表示法力的表示法力的表示法力的表示法工程力学35 求分力由平行四边形法则确定，投影由力矢量两端向投影轴求分力由平行四边形法则确定，投影由力矢量两端向投影轴作垂线，垂足间的长。作垂线，垂足间的长。力的分力与投影的区别力的分力与投影的区别:力的表示法力的表示法力的表示法力的表示法工程力学36平衡：平衡：物体相对于惯性参考系保持静止或作匀速直线运动物体相对于惯性参考系保持静止或作匀速直线运动平衡是机械运动的一种特殊运动状态。平衡是机械运动的一种特殊运动状态。平衡的概念平衡的概念平衡的概念平衡的概念工程力学37 刚体：刚体：刚体：刚体：受到力作用后不会发生变形的物体。受到力作用后不会发生变形的物体。或者说是指在力的作用下，物体内任意两点间距离都不会改变任意两点间距离都不会改变的物体。但我们知道，任何物体受力但我们知道，任何物体受力(不管力大小如何）都会发生变形。不管力大小如何）都会发生变形。例如：车床主轴在切削过程中发生弯曲变形；例如：车床主轴在切削过程中发生弯曲变形；内燃机的曲轴、连杆在运动过程中会发生内燃机的曲轴、连杆在运动过程中会发生弯曲变形；弯曲变形；车辆驶过一座桥时，桥梁发生弯曲变形，桥墩发生压缩变形。车辆驶过一座桥时，桥梁发生弯曲变形，桥墩发生压缩变形。变形体：变形体：变形体：变形体：受到力作用后发生变形的物体。受到力作用后发生变形的物体。“刚体”实际上是不存在的，它是一种抽象化的力学模型。刚体和变形体刚体和变形体刚体和变形体刚体和变形体工程力学38至于在实际问题中能否将一个物体视为刚体，不仅取决于变形的大小，还取决于具体问题的要求。例如（1）当我们研究飞机整体运动时，我们可以把飞机当作刚体，当我们研究机翼或某个零部件的强度或刚度时就要把它们看作变形体。刚体和变形体刚体和变形体刚体和变形体刚体和变形体工程力学39（2）在研究起重机整体平衡问题时，起重机各构件的变形忽略不计,可抽象为刚体。（3）撑杆跳高运动员用的杆就不能看作“刚杆”。刚体和变形体刚体和变形体刚体和变形体刚体和变形体工程力学40 研究卫星运动轨道问题时，卫星可视为质点；但研究卫星姿态控制问题时，则要视为刚体。卫星上安装的太阳帆板的尺寸越来越大,其弹性振动直接影响主体的姿态。刚体和变形体刚体和变形体刚体和变形体刚体和变形体工程力学41静力学基本公静力学基本公静力学基本公静力学基本公理理理理约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力受力分析与受力图受力分析与受力图受力分析与受力图受力分析与受力图作业题作业题作业题作业题工程力学42力的平行四边形公理力的平行四边形公理 静力学基本公理静力学基本公理静力学基本公理静力学基本公理 作用在物体上同一点的两作用在物体上同一点的两个力，可以合成为一个合力。个力，可以合成为一个合力。合力的作用点也在该点，合合力的作用点也在该点，合力的大小、方向，由这两个力的大小、方向，由这两个力为边构成的平行四边形的力为边构成的平行四边形的对角线确定。对角线确定。工程力学43此公理给出了力系简化的基本方法。此公理给出了力系简化的基本方法。平行四边形法则是平行四边形法则是力的合成法则力的合成法则，也是也是力的分力的分解法则解法则。静力学基本公理静力学基本公理静力学基本公理静力学基本公理工程力学44推论推论 力的三角形法则力的三角形法则 两个力依次首尾相接，合力从第一个力的是始两个力依次首尾相接，合力从第一个力的是始端指向第二个力的末端。端指向第二个力的末端。静力学基本公理静力学基本公理静力学基本公理静力学基本公理工程力学45 二力平衡公理二力平衡公理 受受两两个个力力作作用用的的刚刚体体，其其平平衡衡的的充充分分必必要要条条件件是是这这两个力大小相等，方向相反，且沿着同一作用线。两个力大小相等，方向相反，且沿着同一作用线。静力学基本公理静力学基本公理静力学基本公理静力学基本公理工程力学46此公理是对此公理是对“刚体刚体”而言。这个公理表明了作用于刚体上最简单力而言。这个公理表明了作用于刚体上最简单力系平衡时所必须满足的条件。它是处理复杂力系平衡的基础。系平衡时所必须满足的条件。它是处理复杂力系平衡的基础。只在两力作用下平衡的刚体称为二力体或二力构件。只在两力作用下平衡的刚体称为二力体或二力构件。当构件为直杆时称为二力杆。当构件为直杆时称为二力杆。二力平衡公理二力平衡公理静力学基本公理静力学基本公理静力学基本公理静力学基本公理工程力学47 加减平衡力系公理加减平衡力系公理 在已知力系上加上或减去任意平衡力系，并不改变原在已知力系上加上或减去任意平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用。即原力系与加减平衡力系后得到的新力系对刚体的作用。即原力系与加减平衡力系后得到的新力系等效。力系等效。此公理是研究力系等效的重要依据。此公理是研究力系等效的重要依据。静力学基本公理静力学基本公理静力学基本公理静力学基本公理工程力学48 推论推论1 1 力的可传性力的可传性力的可传性力的可传性 作作用用在在刚刚体体上上某某点点的的力力，可可以以沿沿着着它它的的作作用用线线移移动动到到刚刚体体内内任任意一点，并不改变该力对刚体的作用效应。意一点，并不改变该力对刚体的作用效应。静力学基本公理静力学基本公理静力学基本公理静力学基本公理对刚体而言：力的作用点已不是关键，是作用线！但是，作用在一般物体上的力则是“定位矢量”！工程力学49力的可传性原理仅适用于刚体，而不适用于变形体。力的可传性原理仅适用于刚体，而不适用于变形体。静力学基本公理静力学基本公理静力学基本公理静力学基本公理工程力学50 推论推论2 2 三力平衡汇交定理三力平衡汇交定理 OABPCPCABOFTAFTB 作用在刚体上三个相互平衡的力，若其中两个力的作用线汇作用在刚体上三个相互平衡的力，若其中两个力的作用线汇交于一点，则第三个力的作用线通过汇交点。交于一点，则第三个力的作用线通过汇交点。静力学基本公理静力学基本公理静力学基本公理静力学基本公理工程力学51 作用与反作用定律作用与反作用定律 两物体间的相互作用力，大小相等，方向相反，作两物体间的相互作用力，大小相等，方向相反，作用线沿同一直线。用线沿同一直线。此公理概括了物体间相互作用的关系，表明作用力此公理概括了物体间相互作用的关系，表明作用力与反作用力成对出现，并分别作用在不同的物体上与反作用力成对出现，并分别作用在不同的物体上,各各产生其效果产生其效果.对于接触力，笫三定律总是正确的，而对对于接触力，笫三定律总是正确的，而对于非接触力，该定律则不一定正确。于非接触力，该定律则不一定正确。例如，磁场对运动电荷的作用力例如，磁场对运动电荷的作用力洛伦兹力。洛伦兹力。静力学基本公理静力学基本公理静力学基本公理静力学基本公理工程力学52刚化公理刚化公理 此公理提供了将变形体看作刚体的条件。此公理提供了将变形体看作刚体的条件。刚体的平衡条件是变形体平衡的必要条件，而非充分条件。刚体的平衡条件是变形体平衡的必要条件，而非充分条件。变形体受已知力系作用而处于平衡，刚化后仍处于平衡。变形体受已知力系作用而处于平衡，刚化后仍处于平衡。静力学基本公理静力学基本公理静力学基本公理静力学基本公理工程力学53A A）处于平衡状态的物体可视为刚体。）处于平衡状态的物体可视为刚体。B B）变形微小的物体可视为刚体。）变形微小的物体可视为刚体。C C）在研究物体机械运动时，物体的变形对所研究问题没有影响，）在研究物体机械运动时，物体的变形对所研究问题没有影响，或者影响甚微，此时物体可视为刚体。或者影响甚微，此时物体可视为刚体。题题1：下列说法是否正确：下列说法是否正确：题题2：下列说法是否正确：下列说法是否正确：A A）力是滑动矢量，可沿着作用线移动。）力是滑动矢量，可沿着作用线移动。B B）力对物体的作用效应分为外效应（运动效应）和内效应（变形）力对物体的作用效应分为外效应（运动效应）和内效应（变形效应），理论力学中主要研究的是力的外效应。效应），理论力学中主要研究的是力的外效应。思考题思考题思考题思考题静力学基本公理静力学基本公理静力学基本公理静力学基本公理工程力学54题题3：4根根无无重重杆杆件件铰铰接接如如图图所所示示，现现在在BD两两点点加加上上一一对对等等值值、反反向向、共共线线的的力力，此此系系统统是是否否能能够够平平衡衡？为为什什么？么？题题4：力的可传性的适用范围是什么？力的可传性的适用范围是什么？题题5：力的平行四边形公理、作用力与反作用力公理的适用范围是什么？力的平行四边形公理、作用力与反作用力公理的适用范围是什么？思考题思考题思考题思考题静力学基本公理静力学基本公理静力学基本公理静力学基本公理工程力学55题题6：刚刚体体上上A点点受受力力F作作用用，如如图图所所示示，问问能能否否在在B点点加加上上一一个个力力使使得得刚刚体体平平衡衡？为什么？为什么？题题7：已知力已知力F的矢量表达式的矢量表达式FFxi+Fyj+Fzk，则可以完整地表达出力则可以完整地表达出力的三要素吗？为什么？的三要素吗？为什么？思考题思考题思考题思考题静力学基本公理静力学基本公理静力学基本公理静力学基本公理工程力学56题题8：物体在某个力系作用下平衡，由加减平衡力系公理，在此物体上：物体在某个力系作用下平衡，由加减平衡力系公理，在此物体上加上一个平衡力系，该物体一定还处于平衡状态吗？为什么？加上一个平衡力系，该物体一定还处于平衡状态吗？为什么？思考题思考题思考题思考题题题9：如如图图所所示示刚刚体体，根根据据力力的的可可传传性性，是是否否能能将将力力F由由刚刚体体上上一点一点A移到刚体外一点移到刚体外一点B？静力学基本公理静力学基本公理静力学基本公理静力学基本公理工程力学57约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力自由体：自由体：在空间中可作任意位移的物体称为自由体。在空间中可作任意位移的物体称为自由体。非自由体：非自由体：在空间中位移受限的物体称为非自由体。在空间中位移受限的物体称为非自由体。约束：约束：限制物体的位置和运动的条件称作物体所受的约束。限制物体的位置和运动的条件称作物体所受的约束。主动力：主动力：促使物体运动或有运动趋势的力，工程上称为促使物体运动或有运动趋势的力，工程上称为载荷载荷。如物体上受到的各种力如重力、风力、切削力、顶板压力等。如物体上受到的各种力如重力、风力、切削力、顶板压力等。约束力：约束力：约束作用于被约束体的力，称为约束力，也称约束反力。约束作用于被约束体的力，称为约束力，也称约束反力。工程力学58例如，火车运行时受轨道的约束，轨道对火车车轮施加约束反例如，火车运行时受轨道的约束，轨道对火车车轮施加约束反力。力。物品放在行李架上不会掉下来，受支架的约束，支架对物品施物品放在行李架上不会掉下来，受支架的约束，支架对物品施加约束反力。加约束反力。约束力的大小是未知的，在静力学中，可用平衡条件由主动力约束力的大小是未知的，在静力学中，可用平衡条件由主动力求出。求出。约束力的方向总是和所限制的位移方向相反，当约束能阻碍物约束力的方向总是和所限制的位移方向相反，当约束能阻碍物体几个方向的位移时，约束反力的方向必须根据平衡条件来决体几个方向的位移时，约束反力的方向必须根据平衡条件来决定。定。约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力当不存在主动力时，约束力也相应地不存在。当不存在主动力时，约束力也相应地不存在。当不存在主动力时，约束力也相应地不存在。当不存在主动力时，约束力也相应地不存在。工程力学591.1.柔软不可伸长的绳索柔软不可伸长的绳索 特特点点:沿沿柔柔索索单单侧侧约约束束，阻阻碍碍物物体体 沿沿绳绳索索伸伸长长方方向向的的位位移移。故故只只提提供供拉力。拉力。约束力约束力:沿柔索，背离物体。沿柔索，背离物体。约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力工程力学601.1.柔软不可伸长的绳索柔软不可伸长的绳索 特特点点:沿沿柔柔索索单单侧侧约约束束，阻阻碍碍物物体体 沿沿绳绳索索伸伸长长方方向向的的位位移移。故故只只提提供供拉力。拉力。约束力约束力:沿柔索，背离物体。沿柔索，背离物体。张紧的皮带张紧的皮带张紧的皮带张紧的皮带约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力工程力学61约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力工程力学62特特点点:只只能能阻阻碍碍物物体体沿沿着着接接触触点点公公法法线线朝朝向向约约束束的的位位移移，而而不不能能阻阻碍碍物物体体沿沿接接触触点点切切线方向的位移。线方向的位移。约约束束力力:方方向向沿沿接接触触点点的的公公法法线而指向被约束物体。线而指向被约束物体。2.2.光滑接触面约束光滑接触面约束 A注意：绝对的光滑是不存注意：绝对的光滑是不存在的，光滑只是抽象的理在的，光滑只是抽象的理想约束模型。想约束模型。约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力工程力学632.2.光滑接触面约束光滑接触面约束 约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力工程力学64例例1 1：重量为重量为Fp的的AB杆放置在刚性槽内，所有接触处均光滑。画杆放置在刚性槽内，所有接触处均光滑。画出出AB杆的受力图。杆的受力图。2.2.光滑接触面约束光滑接触面约束 约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力工程力学65双面光滑支撑面约束双面光滑支撑面约束 阻止物体沿某一方向运动而且阻止物阻止物体沿某一方向运动而且阻止物体沿相反方向运动的约束体沿相反方向运动的约束 双面约束的约束反力指向决定于物体的运动趋势。双面约束的约束反力指向决定于物体的运动趋势。2.2.光滑接触面约束光滑接触面约束 约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力工程力学66结构特点：结构特点：两个构件上钻同两个构件上钻同样大小的圆孔，并用同样大样大小的圆孔，并用同样大小圆柱销钉穿入圆孔，将两小圆柱销钉穿入圆孔，将两个物体连接起来。（轴向与个物体连接起来。（轴向与径向）径向）3.3.光滑圆柱铰链约束光滑圆柱铰链约束约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力工程力学67约约束束特特点点：绕绕销销钉钉轴轴线线相相对对转转动动，但但不不能能在在与与销销钉钉轴轴线线相相垂垂直的方向上有任何相对位移。直的方向上有任何相对位移。约约束束反反力力：在在垂垂直直于于销销钉钉轴轴线线的的平平面面内内并并通通过过圆圆心心，但但方方位位和和指指向向不不能能确确定定。通通常常将将其其表表示示为为大大小小未未知知的的两两个个正正交交分分力力，或或者者一一个个大大小小和和方方向向均均未未知知的的力。力。3.3.光滑圆柱铰链约束光滑圆柱铰链约束约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力工程力学683.3.光滑圆柱铰链约束光滑圆柱铰链约束约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力工程力学69约束特点：约束特点：绕销钉轴线相对转绕销钉轴线相对转动，但不能在与销钉轴线相垂动，但不能在与销钉轴线相垂直的方向上有任何相对位移。直的方向上有任何相对位移。约束反力：约束反力：在垂直于销钉轴线在垂直于销钉轴线的平面内并通过圆心，但方位的平面内并通过圆心，但方位和指向不能确定。通常将其表和指向不能确定。通常将其表示为大小未知的两个正交分力，示为大小未知的两个正交分力，或者一个大小和方向均未知的或者一个大小和方向均未知的力。力。3.3.光滑圆柱铰链约束光滑圆柱铰链约束固定铰链支座固定铰链支座固定铰链支座固定铰链支座约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力工程力学703.3.光滑圆柱铰链约束光滑圆柱铰链约束约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力(孔中不含销钉孔中不含销钉孔中不含销钉孔中不含销钉)(孔中含有销钉孔中含有销钉孔中含有销钉孔中含有销钉)F FC1xC1xF FC1yC1yF F C1xC1xF F C1yC1y 例例例例2:2:放置在光滑水平面内的剪刀（自重不计），试分析构件放置在光滑水平面内的剪刀（自重不计），试分析构件放置在光滑水平面内的剪刀（自重不计），试分析构件放置在光滑水平面内的剪刀（自重不计），试分析构件2 2对构对构对构对构件件件件1 1的力（注：销钉不单独拿出来）。的力（注：销钉不单独拿出来）。的力（注：销钉不单独拿出来）。的力（注：销钉不单独拿出来）。构构件件1 1与与2 2没没有有直直接接作作用用而而是是通通过过销销钉钉C C来来联联系系，现现在在将将销销钉钉固固结结在在其其中中任任一一个个零零件件上上，如如构构件件1 1上上，则则两两个个构构件件1 1和和2 2可可认认为为是是直直接接作作用，作用力和反作用力分别作用在用，作用力和反作用力分别作用在1 1和和2 2上。上。工程力学713.3.光滑圆柱铰链约束光滑圆柱铰链约束约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力 例例例例3:3:放置在光滑水平面内的剪刀（自重不计），试分析销钉分别放置在光滑水平面内的剪刀（自重不计），试分析销钉分别放置在光滑水平面内的剪刀（自重不计），试分析销钉分别放置在光滑水平面内的剪刀（自重不计），试分析销钉分别对构件对构件对构件对构件1 1、2 2的作用力，及销钉的受力。的作用力，及销钉的受力。的作用力，及销钉的受力。的作用力，及销钉的受力。(孔中不含销钉孔中不含销钉孔中不含销钉孔中不含销钉)(孔中不含有销钉孔中不含有销钉孔中不含有销钉孔中不含有销钉)F FC1xC1xF FC1yC1yF FC2xC2xF FC2yC2yF F C2xC2xF F C2yC2yF F C1xC1xF F C1yC1y工程力学72 为为了了保保证证构构件件变变形形时时既既能能发发生生微微小小的的转转动动又又能能发发生生微微小小的的移移动动，可可将将结结构构物物或或构构件件的的支支座座用用几几个个辊辊轴轴（滚滚柱柱）支支承承在在光光滑滑的的支支座座面面上上，就就成成为为辊轴支座，亦称为可动铰支座。辊轴支座，亦称为可动铰支座。4.4.滚动支座滚动支座 特点：特点：只阻碍物体沿支承只阻碍物体沿支承面法线方向的位移。面法线方向的位移。约束力：约束力：通过铰链中心，通过铰链中心，沿支承面法线方向。沿支承面法线方向。约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力工程力学734.4.滚动支座滚动支座约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力工程力学74 例例4：简简支支梁梁AB两两端端分分别别固固定定在在铰铰链链支支座座与与滚滚动动支支座座上上，处处于于平平衡衡状状态态。在在C处处作作用用一一集集中中力力F，梁梁的的自自重重不不计计。试试画画出出此此梁梁的的受受力图。力图。ABCF4.4.滚动支座滚动支座解：解：取梁取梁AB为研究对象为研究对象 FAxFAyA AB BFC CFBABCDFFBFA 梁梁AB受三个力作用而平衡，如果力受三个力作用而平衡，如果力F、FB汇交于一点汇交于一点D，则则A处约束反力处约束反力FA的作用线的作用线必过必过D点。点。约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力工程力学755.5.光滑球铰链约束光滑球铰链约束约约束束结结构构:由由一一物物体体的的球球部部嵌嵌入另一物体的球窝构成。入另一物体的球窝构成。约约束束特特性性:允允许许物物体体绕绕球球心心O转动转动,不能沿径向移动。不能沿径向移动。约约束束反反力力:通通过过球球心心O,方方向向不不能能预预先先确确定定,通通常常用用三三个个正正交交分分力力Fx，Fy，Fz来表示。来表示。O OF Fx xF Fy yF Fz z约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力工程力学76 球型铰链机构广泛用于自动化仪表、调节阀的附件，也可用于其他各种连杆机构，广泛应用于电力、冶金、化工、石油等行业的自动控制系统中。5.5.光滑球铰链约束光滑球铰链约束约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力拉杆天线、游戏机手柄、控制阀、汽车操作杆等。工程力学775.5.光滑球铰链约束光滑球铰链约束在人体结构中，也在人体结构中，也在人体结构中，也在人体结构中，也存在着类似球铰链存在着类似球铰链存在着类似球铰链存在着类似球铰链的构造。的构造。的构造。的构造。约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力工程力学78约束特点约束特点:不计自重，两端光滑铰链联接不计自重，两端光滑铰链联接的杆件的杆件。约束力约束力:通过两铰链中中心连线，等值、通过两铰链中中心连线，等值、反向。反向。6.6.链杆链杆约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力工程力学796.6.链杆链杆 不计图中所示三铰拱各构件重量，寻找下列图中的不计图中所示三铰拱各构件重量，寻找下列图中的不计图中所示三铰拱各构件重量，寻找下列图中的不计图中所示三铰拱各构件重量，寻找下列图中的二力构件：二力构件：二力构件：二力构件：约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力工程力学80导向轴承：导向轴承：约束特点：约束特点：沿径向约束，接触点未知沿径向约束，接触点未知约束力：约束力：通过轴线，方向未知通过轴线，方向未知。7.7.轴承约束轴承约束约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力 轴承：支承轴及轴上零件；保持轴的旋转精度；减少轴承：支承轴及轴上零件；保持轴的旋转精度；减少轴与轴承接触面间的摩擦与磨损。轴与轴承接触面间的摩擦与磨损。工程力学81颈轴承：颈轴承：约束特点：约束特点：沿径向约束，接触点未知沿径向约束，接触点未知约束力：约束力：通过轴线，方向未知通过轴线，方向未知。7.7.轴承约束轴承约束约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力工程力学82止推轴承：止推轴承：约束特点：约束特点：沿径向、轴向约束，接触点未知沿径向、轴向约束，接触点未知约束力：约束力：通过轴线，方向未知通过轴线，方向未知7.7.轴承约束轴承约束约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力工程力学83F FAyAyF FAxAxF FCxCxF FCzCzF FCyCy7.7.轴承约束轴承约束 例例5：分析水力涡轮发电机的止推轴承和轴承处的约束力。分析水力涡轮发电机的止推轴承和轴承处的约束力。约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力工程力学848.8.固定端约束固定端约束