第一篇 靜力學(xué)基礎(chǔ)ppt課件

1、1第一篇第一篇 靜力學(xué)靜力學(xué)第一章第一章 靜力學(xué)基本概念與物體受力分析靜力學(xué)基本概念與物體受力分析 靜力學(xué)靜力學(xué)：研究物體在研究物體在力系力系作用下規(guī)律的一門科學(xué)。作用下規(guī)律的一門科學(xué)。力系：力系：是指作用于同一物體上的一群力。是指作用于同一物體上的一群力。平衡力系：平衡力系：物體處于平衡狀態(tài)時，物體處于平衡狀態(tài)時， 作用于該物體上的力系。作用于該物體上的力系。 F1ABCF2F3是指物體相對于慣性參考系是指物體相對于慣性參考系 保持靜止或作勻速直線運動保持靜止或作勻速直線運動 的狀態(tài)。的狀態(tài)。 力學(xué)：力學(xué)：研究物體研究物體機械運動機械運動規(guī)律的科學(xué)。規(guī)律的科學(xué)。機械運動：機械運動：指物體在空

2、間的位置隨時間的變化，包括變形和流動。指物體在空間的位置隨時間的變化，包括變形和流動。12下一頁上一頁 靜力學(xué)研究的主要內(nèi)容靜力學(xué)研究的主要內(nèi)容是： 1）物體的受力分析物體的受力分析 2）力系的簡化）力系的簡化 3）建立物體在各種力系作用下的平衡條件建立物體在各種力系作用下的平衡條件返回首頁分力分力力系中各組成力力系中各組成力力系的簡化力系的簡化用簡單的力系代替復(fù)雜的力系，用簡單的力系代替復(fù)雜的力系，當(dāng)然，這種代替必 須在兩力系對同一物體的作用效應(yīng)完全相同的條件下進行。 對同一物體作用效應(yīng)相同的兩力系對同一物體作用效應(yīng)相同的兩力系等效力系等效力系。 若一個力與一個力系等效，則此力稱為該力系的若

3、一個力與一個力系等效，則此力稱為該力系的合力合力 本章則主要介紹靜力學(xué)的基本概念及在對物體分析時常見的幾種典型的約束，并分析其約束力的特征及其物體受力圖的繪制。13 就是在力的作用下，大小和形狀都不變的物體就是在力的作用下，大小和形狀都不變的物體, ,或其內(nèi)部任意兩點間的距離始或其內(nèi)部任意兩點間的距離始終保持不變的物體。終保持不變的物體。1 1、剛體、剛體2 2、質(zhì)點：、質(zhì)點：剛體不計物體的尺寸而得到質(zhì)點的概念剛體不計物體的尺寸而得到質(zhì)點的概念剛體和質(zhì)點剛體和質(zhì)點都是一個理想化的力學(xué)模型。一、靜力學(xué)的研究對象：靜力學(xué)的研究對象：剛體剛體二、力的概念二、力的概念1 1定義定義：力是物體間的相互機

4、械作用，力是物體間的相互機械作用，這種作用可以改變物這種作用可以改變物 體的機械運動狀態(tài)。體的機械運動狀態(tài)。2. 2. 力的效應(yīng)：力的效應(yīng)： 運動效應(yīng)運動效應(yīng)(外效應(yīng)外效應(yīng)) 變形效應(yīng)變形效應(yīng)(內(nèi)效應(yīng)內(nèi)效應(yīng))。1 11 1 靜力學(xué)基本概念靜力學(xué)基本概念143.3.力的三要素力的三要素返回首頁下一頁上一頁F 實踐證明，力對物體的作用效應(yīng)，是由力的大小、方向大小、方向和作用點的位置作用點的位置所決定的，這三個因素稱為力的三要素力的三要素。力的單位：力的單位： 國際單位制：牛頓(N) 千牛頓(kN)例如，用扳手?jǐn)Q螺母15 4 4力的矢量表示：力的矢量表示：力是矢量力是矢量常用一個帶箭頭的線段來表示，

5、線段的長度按一定比例代表力的大小力的大小，線段的方位和箭頭表示力的方力的方向向，其起點或終點表示力的作用位置力的作用位置。該線段的延伸稱為力的作用線力的作用線。用加粗體字母加粗體字母（如F ）代表力矢力矢，以普通字母普通字母 F表示力的大小力的大小。AF50N力的作用線力的作用線F=200N返回首頁下一頁上一頁B165 5集中力與分布力：集中力與分布力：1718平面力系：平面力系：力系中各力的作用線位于同一平面內(nèi)，此力系稱力系中各力的作用線位于同一平面內(nèi)，此力系稱 根據(jù)力系中各力作用線在空間分布情況，可將力系進行分類根據(jù)力系中各力作用線在空間分布情況，可將力系進行分類空間力系：空間力系：力系中

6、各力的作用線不在同一平面內(nèi)，此力系稱力系中各力的作用線不在同一平面內(nèi)，此力系稱匯交力系：匯交力系：力系中各力的作用線或其延長線能匯交于一點，稱力系中各力的作用線或其延長線能匯交于一點，稱平行力系：平行力系：力系中各力的作用線互相平行。力系中各力的作用線互相平行。任意力系：任意力系：力系中各力的作用線任意分布。力系中各力的作用線任意分布。平面匯交力系：平面匯交力系：是指力系中各力的作用線或者作用線的延長線位于一個平面內(nèi)，并是指力系中各力的作用線或者作用線的延長線位于一個平面內(nèi)，并且相交于一點。且相交于一點。平面平行力系：平面平行力系：平面任意力系：平面任意力系：19自由體：自由體：非自由體非自由

7、體：約束（反）力：約束（反）力：在空間中位移不受限制的物體。物體在運動時某些方位位移受到某些限制的，這種物體稱對非自由體的某些位移起限制作用的周圍物體 1-2 約束與約束力約束與約束力 在各類工程機械中，構(gòu)件總是以一定的形式與周圍其他構(gòu)件相互聯(lián)接的，例如房梁受力柱的限制，使其在空間得到穩(wěn)定的平衡；轉(zhuǎn)軸受到軸承的限制，使其只能繞軸轉(zhuǎn)動；小車受到地面的限制，使其只能沿路面運動等等。約約 束：束：約束限制了物體本來可能產(chǎn)生的某種運動，因此約束有力作用于物體，稱110約束力大小約束力大小常常是未知的。常常是未知的。約束力方向約束力方向總是與約束限制的物體的位移方向相反?？偸桥c約束限制的物體的位移方向相

8、反。約束力作用點約束力作用點在約束與被約束物體相接觸的那一點。在約束與被約束物體相接觸的那一點。約束（反）力特點約束（反）力特點確定約束（反）力方向的準(zhǔn)則確定約束（反）力方向的準(zhǔn)則G主動力主動力除約束力以外的其它力，或說能使物體運動或有運動趨勢的力。除約束力以外的其它力，或說能使物體運動或有運動趨勢的力。約束力是由主動力的作用而引起，隨主動力的改變而改變約束力是由主動力的作用而引起，隨主動力的改變而改變GN1N2111G 繩索，皮帶，鏈條或鋼絲繩等所形成的約束為柔性約束。柔性約束。簡稱柔索柔索 這類約束只能限制物體沿著柔索伸長方向的運動，因此它對物體只有沿柔索方向的拉力。作用點在接觸點方向沿繩

9、索背離被約束物體一、柔性約束（柔索）一、柔性約束（柔索）GFT下一頁上一頁返回首頁112FT1FT1FT2FT2 當(dāng)柔索繞過輪子時，假想在柔索的直線部分處截開柔索，將與輪接觸的柔索和輪子一起作為考察對象。113G 忽略摩擦 約束：限制物體在接觸點沿接觸面的公法線方向的運動二、光滑面約束二、光滑面約束GFN下一頁上一頁返回首頁故約束力作用點在接觸點處約束力作用點在接觸點處，方向沿公法線，指向被約束物體。方向沿公法線，指向被約束物體。114取桿為研究對象，并將其單獨畫出。再將作用在梁上的全部荷載畫上。FNDFNAGACBDFNB直桿與方槽在A、B、D三點接觸 ACBDACBDGFNDFNAFNB下

10、一頁上一頁返回首頁115三、光滑圓柱鉸鏈約束三、光滑圓柱鉸鏈約束實例實例1鉸鉸116鉸鉸實例實例2117118三、鉸鏈約束三、鉸鏈約束 兩構(gòu)件采用圓柱銷所形成的聯(lián)接為鉸鏈聯(lián)接。圓柱銷只限制兩構(gòu)件的相對移動，而不限制兩構(gòu)件的相對轉(zhuǎn)動，若相聯(lián)的構(gòu)件有一個固定，則稱為固定鉸鏈固定鉸鏈；若均不固定，則稱為中間鉸鏈中間鉸鏈。鉸鏈簡稱為鉸鉸。下一頁上一頁返回首頁119ABC中間鉸鏈中間鉸鏈ABCABC簡化表示簡化表示銷釘銷釘下一頁上一頁返回首頁120A中間鉸鏈中間鉸鏈FNCKCFCxFCyCCFCxFCy 中間鉸鏈約束力作用在垂直于銷釘軸線的平面內(nèi)，通過圓孔中心，方向待定中間鉸鏈約束力作用在垂直于銷釘軸線

11、的平面內(nèi)，通過圓孔中心，方向待定。（見下頁圖） 通常用兩個正交分力FCx，和FCy來表示鉸鏈約束反力，兩分力的指向是假定的。FCxFCy兩物體在鉸鏈處的約束力構(gòu)成作用力與反作用力關(guān)系，即大小相等，方向相反，在同一直線上。 下一頁上一頁返回首頁ABC121AFAFBBFCC122固定鉸鏈下一頁上一頁返回首頁123 用鉸鏈連接的兩個構(gòu)件中，其中一個構(gòu)件是固定在基礎(chǔ)上的支座(圖a) 。圖be是幾種簡化表示。 固定鉸鏈約束反力與鉸的情形相同(圖f)。（a） 通常用兩個正交分力Fx，和Fy來表示鉸支座約束反力，兩分力的指向是假定的。固定鉸鏈約束反力與鉸的情形相同(圖c)。 固定鉸鏈約束反力，通過圓孔中心

12、，方向待定。固定鉸鏈約束反力，通過圓孔中心，方向待定。固定鉸鏈：固定鉸鏈：用鉸鏈連接的兩個構(gòu)件中，其中一個構(gòu)件是固定在基礎(chǔ)上的 (圖a) 。圖b c是二種簡化表示。構(gòu)件構(gòu)件銷釘銷釘支座支座FxFy（b）（C）FN下一頁上一頁返回首頁124二 力 構(gòu)二 力 構(gòu)件件下一頁上一頁返回首頁 固定鉸鏈及中間鉸鏈的約束力方向如屬于下列情況，是可以確定的：固定鉸鏈及中間鉸鏈的約束力方向如屬于下列情況，是可以確定的： 鉸鏈鉸鏈聯(lián)接的構(gòu)件中，有一個是二力構(gòu)件。聯(lián)接的構(gòu)件中，有一個是二力構(gòu)件。125二力構(gòu)件二力構(gòu)件 (或二力體或二力體)：只在兩個力作用下平衡的剛體。：只在兩個力作用下平衡的剛體。下一頁上一頁返回首

13、頁二力體或二力構(gòu)件受力特點：二力體或二力構(gòu)件所受的二個力的方向，必沿兩力作用二力體或二力構(gòu)件受力特點：二力體或二力構(gòu)件所受的二個力的方向，必沿兩力作用點的連線，且等值、反向。點的連線，且等值、反向。126ABAACFPBAFAFCBFBCFCBBCACFPACFP 由于構(gòu)件上只在兩端作用了兩個約束力，而構(gòu)件是平衡的，因此這兩個力必然大小相等，方向相反，在同一直線上。所以，鏈桿約束的約束力是沿著兩端銷釘圓心連線，鏈桿約束的約束力是沿著兩端銷釘圓心連線，指向待定指向待定。二力構(gòu)件二力構(gòu)件127128（a） 如果在支座與支承面之間裝上幾個滾子，使支座可沿支承面移動，就成為滾動鉸鏈支座滾動鉸鏈支座，簡

14、稱滾動鉸滾動鉸。 圖bd是它的幾種簡化表示。構(gòu)件構(gòu)件銷釘銷釘支座支座輥軸輥軸FN（c）（d）（e）（b）活動鉸鏈活動鉸鏈支座約束反力垂支座約束反力垂直于支承面，通過鉸鏈中心，直于支承面，通過鉸鏈中心，指向待定。指向待定。滾動鉸鏈支座滾動鉸鏈支座 如果支承面是光滑的，這種支座不限制構(gòu)件沿支承面移動和繞銷釘軸線的轉(zhuǎn)動，只限制構(gòu)件沿支承面法線方向的移動。下一頁上一頁返回首頁F FN N的實際方向也可以向下的實際方向也可以向下129常見滾動鉸鏈支座（輥軸支座）：常見滾動鉸鏈支座（輥軸支座）：F FN N的實際方向也可以向下的實際方向也可以向下130滾動鉸鏈支座滾動鉸鏈支座下一頁上一頁返回首頁131滾動

15、滾動鉸鏈鉸鏈支座支座下一頁上一頁返回首頁132思考題：光滑面約束與滾軸支座有何異同點？思考題：光滑面約束與滾軸支座有何異同點？133光滑光滑球鉸鏈球鉸鏈約束特點約束特點通過球與球殼將構(gòu)件連接，構(gòu)件可以繞球心任意轉(zhuǎn)動，但構(gòu)件與球心通過球與球殼將構(gòu)件連接，構(gòu)件可以繞球心任意轉(zhuǎn)動，但構(gòu)件與球心不能有任何移動。不能有任何移動。當(dāng)忽略摩擦?xí)r，球與球座亦是光滑約束問題。當(dāng)忽略摩擦?xí)r，球與球座亦是光滑約束問題。約束力作用點約束力作用點通過接觸點，并指向球心通過接觸點，并指向球心，是一個不能預(yù)先確定的空間力。，是一個不能預(yù)先確定的空間力?？捎每捎萌齻€正交分力表示。三個正交分力表示。1341-3 1-3 物體的

16、受力分析和受力圖物體的受力分析和受力圖受力圖受力圖: :在分離體上畫出它所受的全部主動力，在解除約束的地方根據(jù)約束性質(zhì)畫出相應(yīng)的約束力（被動力）。這種表示分離體及其所受外力的圖稱受力圖。這種表示分離體及其所受外力的圖稱受力圖。一、受力分析一、受力分析 解決力學(xué)問題時，首先選擇研究對象；然后根據(jù)已知條件，約束類型并結(jié)合基本概解決力學(xué)問題時，首先選擇研究對象；然后根據(jù)已知條件，約束類型并結(jié)合基本概念和公理分析它的受力情況，這個過程稱為物體的受力分析念和公理分析它的受力情況，這個過程稱為物體的受力分析。分離體分離體-為將研究對象的受力情況清晰表達必須將所選擇研究對象, 從周圍物體中分離出來,即要解除

17、約束解除約束,解除約束后的自由物體稱分離體分離體。135選研究對象選研究對象, ,取分離體，取分離體，畫出其簡圖畫出其簡圖； 三、受力圖三、受力圖表示分離體及其所受外力的圖表示分離體及其所受外力的圖 檢查力是否多畫、漏畫和錯畫。檢查力是否多畫、漏畫和錯畫。在去掉約束處，按約束類型畫出所有約束力。在去掉約束處，按約束類型畫出所有約束力。在研究對象上，按已知條件在研究對象上，按已知條件畫出所有主動力；畫出所有主動力；畫物體受力圖主要步驟為：畫物體受力圖主要步驟為：136四、畫受力圖應(yīng)注意的問題四、畫受力圖應(yīng)注意的問題除重力、電磁力外，物體之間只有通過接觸才有相互機械作用除重力、電磁力外，物體之間只

18、有通過接觸才有相互機械作用力力，要分清研究對象（受力體）都與周圍哪些物體（施力體）相接觸，接觸處必有力，力的方向由約束類型而定。力的方向由約束類型而定。2、不要多畫力、不要多畫力要注意力是物體之間的相互機械作用。因此對于受力體所受的每一個力，都應(yīng)能明確它是哪一個施力體施加的。1、不要漏畫力、不要漏畫力137約束反力的方向必須嚴(yán)格地按照約束的類型來畫約束反力的方向必須嚴(yán)格地按照約束的類型來畫，不能單憑想像。在分析兩物體之間的作用力與反作用力時，要注意，作用力的方向一旦作用力的方向一旦確定，反作用力的方向一定要與之相反，不要把箭頭方向畫錯。確定，反作用力的方向一定要與之相反，不要把箭頭方向畫錯。3

19、、不要畫錯力的方向、不要畫錯力的方向4、受力圖上不能再帶約束。、受力圖上不能再帶約束。 即受力圖一定要畫在分離體上。138對于某一處的約束反力的方向一旦設(shè)定，在整體、局部或單個物體的受力圖上要與之保持一致。 5、受力圖上只畫外力，不畫內(nèi)力。、受力圖上只畫外力，不畫內(nèi)力。 6 、同一系統(tǒng)各研究對象的受力圖必須整體與局部一、同一系統(tǒng)各研究對象的受力圖必須整體與局部一 致，相互協(xié)調(diào)，不能相互矛盾。致，相互協(xié)調(diào)，不能相互矛盾。7 、正確判斷二力構(gòu)件、正確判斷二力構(gòu)件 。 若有二力構(gòu)件二力構(gòu)件應(yīng)先畫二力構(gòu)件受力圖，其受力方向一定沿二力受力方向一定沿二力作用點的連線且反向；作用點的連線且反向；139例例1

20、 1解：解： 隔離研究對隔離研究對 象畫出簡圖象畫出簡圖畫出主動力畫出主動力畫出約束力畫出約束力碾子重為碾子重為 P P，拉力為，拉力為 F F ， 、 處光處光滑接觸，畫出碾子的受力圖滑接觸，畫出碾子的受力圖A BFPBABAPFFAFB140例例2 2解：取屋架解：取屋架畫出主動力畫出主動力畫出約束力畫出約束力q屋架受均布風(fēng)力屋架受均布風(fēng)力 （N/mN/m），）， 屋架重屋架重為為 ，畫出屋架的受力圖，畫出屋架的受力圖PAxFAyFByFPq141例3. 絞車通過鋼絲繩牽引重力為P的礦車沿斜面軌道運動。畫出礦車的受力圖。 PABC CABNANB解：解：1.取礦車為研究對象，畫礦車簡圖取礦

21、車為研究對象，畫礦車簡圖T2.圖已知主動力圖已知主動力3.圖約束力圖約束力142例例4. 水平梁水平梁AB兩端用鉸支座和輥軸支座支撐。在兩端用鉸支座和輥軸支座支撐。在C處作用一集中載荷處作用一集中載荷P，梁重不計，畫，梁重不計，畫出梁出梁AB的受力圖。的受力圖。 ABPC PC XAYANB解：解：AB143例例4. 水平梁水平梁AB兩端用鉸支座和輥軸支座支撐。在兩端用鉸支座和輥軸支座支撐。在C處作用一集中載荷處作用一集中載荷P，梁重不計，畫，梁重不計，畫出梁出梁AB的受力圖。的受力圖。 ABPC PC XAYANBABPC NBRAD解法一：解法一：根據(jù)三力平衡匯交定理畫出根據(jù)三力平衡匯交定

22、理畫出受力圖。受力圖。解法二：解法二：AB144習(xí)題：習(xí)題：畫出圖示結(jié)構(gòu)中球和桿AB的受力圖解：解：注意注意:作用力與反作用力的方向要相反作用力與反作用力的方向要相反145習(xí)題：習(xí)題：畫出圖示結(jié)構(gòu)中球和桿AB的受力圖解：解：注意注意:作用力與反作用力的方向要相反作用力與反作用力的方向要相反146例例4 畫出下列各構(gòu)件的受力圖說明：三力平衡必匯交當(dāng)三力平說明：三力平衡必匯交當(dāng)三力平行時，在無限遠處匯交，它是一行時，在無限遠處匯交，它是一種特殊情況。種特殊情況。147例例3 尖點問題應(yīng)去掉約束應(yīng)去掉約束應(yīng)去掉約束應(yīng)去掉約束148例6 解：解：取 桿，其為二力構(gòu)件，簡稱二力桿，其受力圖如圖(b)CD

23、水平均質(zhì)梁 重為 ，電動機重為 ，不計桿 的自重，畫出桿 和梁 的受力圖圖(a)2PABCDCDAB1P149取取AB梁，其受力圖如圖梁，其受力圖如圖若這樣畫，梁若這樣畫，梁AB的受力圖又如何改動的受力圖又如何改動? ?思考思考: : CD桿的受力圖能否畫為下圖所示？桿的受力圖能否畫為下圖所示？150例7不計三鉸拱橋的自重與摩擦，畫出左、右拱 的受力圖與系統(tǒng)整體受力圖CBAB,右拱 為二力構(gòu)件，其受力圖如圖（b）所示CB取左拱 ,其受力圖如圖（c）所示AC解：解：151畫系統(tǒng)整體受力圖152考慮到左拱 三個力作用下平衡，也可按三力平衡匯交定理畫出左拱 的受力圖，如圖（e）所示ACAC此時整體受力圖如圖（f）所示153討論：若左、右兩拱都考慮自重，如何畫出各受力圖？如圖（g）