工程力学第1章(静力学基本概念与物体受力分析).ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,引言,研究物体的受力和平衡的规律。,研究物体在外力作用下的内力、变形和失效的规律。,工程力学,静力学,材料力学,提出保证构件具有足够强度、刚度和稳定性的设计准则和方法。,强度失效,构件应有足够的,抵抗破坏,的能力,(,足够的强度,),构件在外力作用下发生不可恢复的,塑性变形,或,断裂,塑性变形,断裂,塑性变形,+,断裂,构件在外力作用下产生,过量的弹性变形,构件应有足够的,抵抗变形,的能力,(,足够的刚度,),风振作用下扭曲变形,发射架的刚度要求很高,刚度失效,构件应有足够的,保持原有平衡状态,的能力,(,足够的稳定性,),构件在外力作用下其,平衡形式发生突然改变,稳定失效,第一章 静力学基本概念与物体受力分析,将研究对象从周围物体中分离出来，作为受力体分析所受力，作出受力图。,物体的受力分析,分析,BC,杆的受力，作出受力图,力系的简化,1.,力系等效,2.,力系的简化,作用在刚体上的力系用另一力系代替而不改变对刚体的效应。,用最简单的力系等效代替复杂的力系。,刚体处于平衡状态时作用于刚体上的力系满足的条件。,力系的平衡条件,求,F,1,、,F,2,根据平衡条件可求作用在平衡刚体上的未知力。,1-1,静力学基本概念,一、刚体的概念,二、平衡的概念,三、力和力系的概念,2.,力的作用效应,1.,力,外效应（运动效应）,内效应（变形效应）,3.,力的三要素,力的作用点,力的方向,力的大小,具有一方向的带箭头的线段表示力,线段的起点或终点表示力的作用点,线段长度表示力的大小,线段的方向和箭头的指向表示力的方向,力是矢量,力的方向指静止质点在力作用下开始运动的方向,力的作用点是物体相互作用位置的抽象化,力的大小反映物体间相互作用的强度（力的国际单位,:,N,，工程单位,:,kgf,）,1-2,静力学公理,一、二力平衡公理,作用在刚体上的两个力，平衡的充分与必要条件：两个力的大小相等、方向相反、作用在一直线上。,1.,对于变形体，以上为必要而非充分条件。,2.,二力构件,在,二力,作用下,平衡,的构件。,二力必等值反向,由二力平衡的必要条件等值反向证明,二力构件是否一定是直杆,?,二力作用线必沿二力作用点的连线,由二力平衡的必要条件共线证明,在已知力系上加减任意平衡力系，不改变原力系对刚体的作用效应。,二、加减平衡力系公理,力系等效,1.,简化力系,将已知力系中的平衡力系去掉，不会改变刚体的运动效应。,力系简化,2.,力的可传性原理,力的三要素：力的大小、力的方向、力的作用线,力沿其作用线可平移至刚体上任意点而不会改变刚体的运动效应。,力的三要素：力的大小、力的方向、力的作用点,刚体,加平衡力减平衡力,作用于物体某一点上两个力的合力，作用于同一点，其大小和方向由这两个力所构成的平行四边形的对角线表示。,三、力的平行四边形法则,1.,力的三角形法则,作用于物体某一点上两个力的合力，作用于同一点，两个力首尾依次相连，合力的大小和方向由第一个力的始点到第二个力的终点表示。,力合成矢量表达式,2.,三力平衡汇交,作用在刚体同一平面内的三个互不平行的力平衡，三力的作用线必须汇交于一点。,四、作用与反作用定律,两物体间互相作用的力总是同时存在，大小相等、方向相反、作用在同一直线上。,1-3,约束和约束力,约束,主动力,约束对被约束物体的作用力，方向与阻碍的物体运动方向相反。,对物体运动构成限制的物体称为被限制物体的约束。,使物体运动或有运动趋势的力。,约束力,一、柔索,2.,约束力特点,1.,约束性质,约束只能承受拉力，不能承受压力和抵抗弯曲。,约束力,F,作用于柔索和物体的连接处，方向沿柔索背离被约束物体。,二、光滑支承面,1.,约束性质,限制物体沿接触面公法线指向约束方向的位移。,约束力,F,沿接触面公法线指向物体。,2.,约束力特点,三、光滑圆柱铰链,1.,约束性质,两物体用光滑圆柱体相连，限制物体在与圆柱体轴线垂直的平面内移动。,2.,约束力特点,约束力,F,通过接触点并沿接触面法线方向。,通常接触点与被约束物体所受主动力有关，故约束力,F,方向不能确定。,约束力,F,通常用通过铰链中心的两个互相垂直的分力,F,x,、,F,y,表示。,约束力,F,x,、,F,y,可看成是销钉与固定支座整体对物体的作用力，实际是销钉对物体的作用力。,固定铰支座约束,中间铰约束,销钉可以看成与其中一个构件构成一个整体，也可以作为单个构件、一个销钉分别受力分析。,当销钉连接两个构件且节点无其它力作用，被约束的两个构件受力关系等值反向、在一直线上（非作用力与反作用力关系），此时销钉可以看成与其中一个构件构成一个整体进行受力分析,.,当销钉连接两个以上构件或节点有其它力作用，此时受力分析宜把构件和销钉分开。,四、活动铰链支座,1.,约束性质,活动铰链支座限制物体沿接触面法线方向移动，不限制物体的转动和沿接触面切线方向移动。,约束力,F,垂直于滚子支承面通过铰链中心。,2.,约束力特点,五、光滑球形铰链,通过接触点和球心指向物体，通常用互相垂直的分力,F,x,、,F,y,、,F,z,表示。,1.,约束性质,限制物体在空间上任意移动，不限制绕此点任意转动。,2.,约束力特点,六、轴承,2.,约束力特点,1.,约束性质,向心轴承,与光滑圆柱铰链相同，被约束物体是轴。,通常用通过轴中心的两个互相垂直的分力,F,x,、,F,y,表示。,2.,约束力特点,止推轴承,1.,约束性质,限制物体在垂直于轴线的平面内径向运动，而且限制单方向的轴向运动。,通常用互相垂直的分力,F,x,、,F,yF,z,表示。,七、二力构件,1.,约束性质,2.,约束力特点,物体对二力构件的作用力沿必通过两作用点的连线。,二力构件对物体的约束力沿两作用点的连线。,1-4,受力图,例：重,P,的匀质圆轮在边缘,A,点用绳系住，绳,AB,通过轮心,C,，圆轮边缘,D,点靠在光滑的固定曲面上，试画出圆轮的受力图。,例：重为,P,的均质圆柱夹在重为,W,的光滑均质板,AB,与光滑的铅垂墙之间，均质板在,A,端用固定铰链支座固定在铅垂墙上，在,B,端以水平绳索,BE,系在墙上。试画出圆柱,C,与板,AB,组成的刚体系整体的受力图及圆柱,C,与板,AB,的受力图。,例：杆,AC,和杆,BC,在,C,点用光滑铰链连接，,DE,间系有绳索，,A,处为固定铰链支座，,B,端搁在光滑水平面上，在杆,AC,的中点作用集中力,F,H,。不计杆重，试分别画出杆,AC,和,BC,整体，杆,AC,和杆,BC,的受力图。,受力分析总结：,明确研究对象，将研究对象从系统中隔离出来。,画出研究对象的主动力。,分析研究对象每一处的约束，根据约束的特征分析约束力。,应用公理、推论（二力构件二力共线、三力平衡汇交）确定某些约束力的方向。,物体互相接触，应用作用与反作用定律分析（画系统的受力图时，内力是平衡力系可去掉不画；系统、部分、单个刚体受力图的力的符号、方向要协调）。,