靜力學的基本概念受力圖修改PPT課件

1、靜力學靜力學：研究物體和物體系在力系作用下的平衡條件的科學.1、物體的受力分析：分析物體（包括物體系）受哪些力，每個力 的作用點位置和力的方向，并畫出物體的受力圖.2、力系的等效替換（或簡化）：用一個簡單力系等效代替一個復雜力系.3、建立各種力系的平衡條件：研究作用在物體上的各種力系所需滿足的平衡條件，并應用這些條件求解力系中未知力的大小及方向.研究以下三個問題:機械運動機械運動：物體在空間的位置隨時間的變化.平衡平衡：物體相對慣性參考系（如地面）靜止或作勻速直線運動. .引言第1頁/共64頁工程實例：高層建筑橋引言第2頁/共64頁工程實例：海洋鉆井平臺三峽工程引言第3頁/共64頁第一章第一章

2、 靜力學的基本概念靜力學的基本概念 受力圖受力圖第4頁/共64頁1-1力的概念第一章 靜力學的基本概念 受力圖1-2剛體的概念1-3靜力學公理1-4約束與約束反力1-5物體的受力分析 受力圖1-4約束與約束反力1-5物體的受力分析 受力圖1-1力的概念1-2剛體的概念1-3靜力學公理1-1力的概念1-2剛體的概念1-4約束與約束反力1-3靜力學公理1-1力的概念1-2剛體的概念1-5物體的受力分析 受力圖1-4約束與約束反力1-3靜力學公理1-1力的概念1-2剛體的概念第5頁/共64頁【本章重點內容】第一章 靜力學的基本概念 受力圖力、剛體的基本概念;靜力學公理;工程常見約束;物體的受力分析、

3、受力圖.第6頁/共64頁力：力：物體間相互的機械作用，作用效果使物體的機械運動狀態(tài)發(fā)生改變，或者使物體發(fā)生變形.力的三要素：力的三要素：大小、方向、作用點（力是矢量）.力對物體的作用效果：力的外效應：外力作用改變物體的運動狀態(tài).這是靜力學研究的問題.力的內效應：內力作用使物體產(chǎn)生變形.這是材料力學研究的問題.1-1力的概念力的兩種作用方式：直接作用：例如人推車，兩物體碰撞.場作用： 重力場，萬有引力場.第7頁/共64頁常見的力：集中力集中力的單位： 牛頓，以“N” 表示或 千牛，以 “kN”表示.)( N集中力F力的表示: 用一帶箭頭的線段(矢量)表示，力的三要素包含在其中. 用 表示力的矢量

4、，用“F”表示力的大小.F1-1力的概念ACBD1P2P第8頁/共64頁常見的力：分布力)/( mNq均布力均布力的單位：牛頓/米， 以“N/m” 表示 或 千牛/米，以 “kN/m”表示.1-1力的概念第9頁/共64頁力系：一群力.常見力:)/( mNq均布力)( N集中力平面一般力系：平面匯交力系、力偶系、平行力系；空間一般力系：空間匯交力系、力偶系、平行力系.F1-1力的概念第10頁/共64頁1-2剛體的概念剛體 在力的作用下，其內部任意兩點間的距離始終保持不變的物體. 即在力的作用下體積和形狀都不發(fā)生改變的物體. (這是一個理想化的力學模型) 原因： 靜力學主要研究物體的平衡問題，因變

5、形引起的誤差可忽略不計，故把研究對象均看作剛體.靜力學一般稱為“剛體靜力學”.第11頁/共64頁公理1 二力平衡公理 作用在剛體上的兩個力，使剛體保持平衡的必要和充分條件是：這兩個力的大小相等，方向相反，且作用在同一直線上.1-3 靜力學公理這是作用于物體上，對剛體來說這是剛體平衡的充分必要條件.對于變形體這個條件不是充分的.12FFAB1F2F如繩索繩索只能承受拉力，不能承受壓力.第12頁/共64頁二力桿：只在兩個力作用下處于平衡的構件，稱為二力構件.1-3 靜力學公理二力構件的受力特點：兩個力必沿作用點的連線.FFFFFF第13頁/共64頁公理2 加減平衡力系公理在已知力系上加上或減去任意

6、的平衡力系，并不改變原力系對剛體的作用.推理1 力的可傳性作用在剛體上的力是滑動矢量. 力的三要素為大小、方向和作用線大小、方向和作用線 作用于剛體上某點的力，可以沿著它的作用線移到剛體內任意一點，并不改變該力對剛體的作用.1-3 靜力學公理=第14頁/共64頁推理1 力的可傳性公理2 加減平衡力系公理1-3 靜力學公理力的可傳性只適用剛體，不適用變形體.=BFABAFAB第15頁/共64頁推理1 力的可傳性剛 體變形體不可傳性可傳性1-3 靜力學公理PPPPPPPP第16頁/共64頁公理3 力的平行四邊形法則 作用在物體上同一點的兩個力，可以合成為一個合力.合力的作用點也在該點，合力的大小和

7、方向，由這兩個力為邊所構成的平行四邊形的對角線表示，如圖所示.亦可用力三角形求得合力矢1-3 靜力學公理第17頁/共64頁推理2 三力平衡匯交定理 剛體受不平行的三個力作用而平衡，則三力作用線必匯交于一點且在同一平面內.平衡時 必與 共線則三力必匯交O 點，且共面.3F12F1-3 靜力學公理第18頁/共64頁公理4 作用和反作用定律 兩個物體間作用力和反作用力總是同時存在，同時消失，等值、反向、共線，分別作用在這兩個物體上. . 需要注意：作用與反作用力不是在同一物體上，作用與 反作用力不是平衡力系.1-3 靜力學公理FF第19頁/共64頁公理5 剛化原理 變形體在某一力系作用下處于平衡，若

8、將此變形體剛化為剛體，其平衡狀態(tài)不變. 此原理表明，剛體的平衡條件是變形體平衡的必要條件，而不是充分條件.1-3 靜力學公理如繩索第20頁/共64頁約束：對非自由體的位移起限制作用的物體.約束力：約束對非自由體的作用力.約束力大小待定方向與該約束所能阻礙的位移方向相反作用點接觸處1-4 約束和約束反力自由體：能在空間作任意位移的物體.非自由體：位移受到某些限制的物體.一、基本概念第21頁/共64頁由柔軟的繩索、膠帶或鏈條等構成的約束.二、工程常見約束1. 柔軟體約束柔索只能受拉力，又稱張力. 用 表示TF1-4 約束和約束反力第22頁/共64頁柔索對物體的約束力沿著柔索背向被約束物體.膠帶對輪

9、的約束力沿輪緣的切線方向，為拉力.1-4 約束和約束反力1. 柔軟體約束第23頁/共64頁具有光滑接觸面（線、點）的約束（光滑接觸約束）2. 光滑面約束光滑支承：其對非自由體的約束力，作用在接觸處，方向沿接觸處的公法線并指向受力物體，故稱為法向約束力，用 表示NF1-4 約束和約束反力第24頁/共64頁齒與齒的嚙合：約束力的方向點、線、面接觸？2. 光滑面約束1-4 約束和約束反力第25頁/共64頁3. 固定鉸鏈約束約束特點：由上面構件與地面或機架固定而成. . 鉸鏈約束是將構件和固定支座在連接處鉆上圓孔，再用圓柱形銷子（銷釘）串連起來，使構件只能繞銷釘?shù)妮S線轉動. 這種約束稱為固定鉸鏈約束或

10、固定鉸支座.1-4 約束和約束反力第26頁/共64頁RxF RyF 當外界載荷不同時，接觸點會變，則約束力的大小與方向均有改變可用二個通過軸心的正交分力 表示yxFF,箭頭指向假設第27頁/共64頁固定鉸鏈支座約束實例固定鉸鏈支座約束實例第28頁/共64頁例剪刀銷釘附屬于某構件中間鉸：兩個構件用圓柱形銷釘連接，稱為中間鉸.中間鉸對構件的約束與固定鉸鏈相同.3. 固定鉸鏈約束第29頁/共64頁滑槽與銷釘（雙面約束）注意其它構件和銷釘連接有不同的約束形式屬于雙面光滑約束第30頁/共64頁 將構件的鉸鏈支座用幾個輥軸支承在光滑平面上，稱為輥軸支座（活動鉸鏈支座或可動鉸鏈支座）.約束特點：在上述固定鉸

11、支座與光滑固定平面之間裝有光滑輥軸而成.約束力：構件受到垂直與光滑面的約束力.4. 輥軸約束第31頁/共64頁活動鉸鏈支座約束實例第32頁/共64頁5. 軸承約束約束特點： 軸在軸套孔內，軸為非自由體、軸套孔為約束.軸承分為：滑動軸承和滾動軸承.（1） 滑動軸承：軸與軸套組成.由于軸在軸套內可以轉動，沿軸線可以滑動，所以，約束反力的方向在垂直于軸線的徑向平面內，方向不確定，與接觸點有關.約束力：通常用兩個正交分量表示.1-4 約束和約束反力軸承支座第33頁/共64頁5. 軸承約束約束特點： 與滑動軸承一樣.（2） 滾動軸承：向心軸承（徑向軸承）；向心推力軸承（徑向止推軸承）.向心軸承：約束力：

12、通常用兩個正交分量表示.向心推力軸承：約束特點： 有軸向約束力約束力：約束反力用三個分量表示.1-4 約束和約束反力xFyFxFzFyF第34頁/共64頁（3）可動鉸鏈輥軸支座（2）光滑面約束接觸法向約束力NF約束總結：柔索只能受拉力（張力）.NF（1）柔索約束張力TF平面問題時： ，空間問題時： AyFAyAxF,F1-4 約束和約束反力第35頁/共64頁（4）固定鉸鏈 向心止推軸承、球鉸鏈，約束力為約束總結：平面問題時： 空間問題時： AyAxF,F,xyzF F F1-4 約束和約束反力xFyFxFzFyF第36頁/共64頁1-5 物體的受力分析 受力圖 選分離體，在分離體上畫出所有力，

13、即主動力和約束反力，這個圖稱為受力圖.畫受力圖步驟：1、取所要研究物體為研究對象（分離體）畫其簡圖一、物體的受力分析 受力圖2、畫所有主動力3、按約束性質畫出所有約束反力.第37頁/共64頁例1-1 高爐上料車如圖示，已知料車連同載荷共重P，受拉力FT ，試畫出料車的受力圖.解：（1）選取料車為研究對象（3）畫約束反力 根據(jù)約束的性質，畫出約束反力. （2）畫主動力1-5 物體的受力分析 受力圖第38頁/共64頁 例1-2 簡易支架，A、B、C三點為鉸接. 已知重物重量為P，橫梁AD和斜桿BC的重量不計. 試畫AD和BC的受力圖.解1：（1）取桿BC為研究對象BC桿為二力桿（2）取橫梁AD為研

14、究對象1-5 物體的受力分析 受力圖第39頁/共64頁 根據(jù)三力平衡匯交定理，第三個力 的作用線必定通過匯交點E. AF1-5 物體的受力分析 受力圖解2：第40頁/共64頁解：（1）取ACB梁為研究對象例1- 3連續(xù)梁，已知 和 ，不計梁重，A、C、B處均為鉸鏈約束.試分別畫出梁ACB、梁AC、梁CB的受力圖. 1F2F（2）取AC梁為研究對象（3）取CB梁及銷釘C為研究對象1-5 物體的受力分析 受力圖第41頁/共64頁（4）分析討論（2）取AC梁為研究對象（3）取CB梁及銷釘C為研究對象 梁AC、梁CB均在三處受力的作用，能否應用三力平衡匯交定理？ 雖然梁AC或梁CB均在三處受力的作用，

15、但是僅僅知道一個力的方向，不符合三力平衡匯交定理的條件，無法確定A或B處鉸鏈反力方位. 1-5 物體的受力分析 受力圖第42頁/共64頁（4）分析討論 一個力是內力還是外力不是絕對的，取決于所選取的研究對象。在整體受力圖中，鉸鏈C的力為內力，在AC桿或AB桿的分離體圖中，鉸鏈C的約束力 和 是外力.CxFCyF（2）取AC梁為研究對象（3）取CB梁及銷釘C為研究對象1-5 物體的受力分析 受力圖第43頁/共64頁一、基本概念1力是物體間的相互機械作用，這種作用使物體的機械運動狀態(tài)發(fā)生變化，或者使物體發(fā)生變形.力的三要素為：力的大小、力的方向和力的作用點.2剛體是指在任何情況下都不發(fā)生變形的物體

16、. 即在力的作用下體積和形狀都不發(fā)生改變的物體.二、靜力學公理 公理1 二力平衡公理作用于剛體上的兩個力平衡的必要和充分條件是：這兩個力大小相等，方向相反，并作用于在同一直線. 二力桿的概念【本章小結】第44頁/共64頁公理2 加減平衡力系公理在作用于剛體上的任何一個力系上，加上或減去一個平衡力系，并不改變原力系對剛體的作用效果.公理3 力的平行四邊形法則作用于物體上同一點的兩個力，可以合成為一個合力. 合力的作用點仍在該點，合力的大小和方向是以這兩個力為邊所作的平行四邊形的對角線來表示.公理4 作用和反作用定律兩個物體間的作用力和反作用力，總是大小相等、方向相反、作用在同一直線，分別作用在兩

17、個物體上.推理1：力的可傳性推理2：三力平衡必交于一點【本章小結】第45頁/共64頁三、約束和約束力限制非自由體某些位移的周圍物體，稱為約束.約束對非自由體施加的力稱為約束力.約束力的方向與該約束所能阻礙的位移方向相反.四、物體的受力分析和受力圖畫物體受力圖時，首先要明確研究對象(即取分離體)物體受力分為主動力和約束反力；要注意分清內力與外力，在受力圖上一般只畫研究對象所受的外力；還要注意作用力與反作用力之間的相互關系.【本章小結】第46頁/共64頁左圖中各物體的受力圖是否有錯？如何改正？（3）（4）練習一第47頁/共64頁（5）第48頁/共64頁解（1）第49頁/共64頁解（2）第50頁/共64頁解（3）第51頁/共