工程力學(xué)構(gòu)件靜力學(xué)基礎(chǔ)

工程力學(xué)構(gòu)件靜力學(xué)基礎(chǔ)第一頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日工程力學(xué)緒言力工程力學(xué)是以理論力學(xué)和材料力學(xué)的基本概念和基本理論為基礎(chǔ)的力學(xué)基礎(chǔ)課，并不強調(diào)力學(xué)理論體系的系統(tǒng)完整性,也不涉及較復(fù)雜的工程實際問題。它的研究對象也不是某一臺完整的機器或建筑物，而是簡單的工程構(gòu)件。

工程力學(xué)的任務(wù)運動狀態(tài)改變形狀尺寸改變剛體平衡規(guī)律運動規(guī)律動力學(xué)規(guī)律理論力學(xué)變形體變形規(guī)律破壞規(guī)律材料力學(xué)強度、剛度計算工程力學(xué)是從研究構(gòu)件的受力分析開始，研究構(gòu)件的平衡和運動規(guī)律，以及構(gòu)件的變形和破壞規(guī)律。為工程構(gòu)件的設(shè)計和制造提供基本的理論依據(jù)和實用的計算方法?！鞯诙摚捕?，編輯于2023年，星期日

1.力的定義一、力的基本概念

這種作用使物體的運動狀態(tài)或形狀尺寸發(fā)生改變。使物體運動狀態(tài)改變稱為力的外效應(yīng)；使物體形狀尺寸改變稱為力的內(nèi)效應(yīng)。

4.平衡與平衡力系

3.力系與等效力系若干個力組成的系統(tǒng)稱為力系。若一個力系與另一個力系對物體的效應(yīng)相同，這兩個力系互為等效力系。若一個力與一個力系等效，則稱這個力為該力系的合力，而該力系中的各力稱為這個力的分力。把各分力代換成合力的過程稱為力系的簡化，把合力代換成分力的過程稱為力的分解。ABF

1.力的定義

力是物體間相互的機械作用。

2.力的三要素及表示法力對物體的效應(yīng)，取決于力的三要素：即力的大小，方向，作用點。

4.平衡與平衡力系所謂平衡是指物體相對于地球的靜止或勻速直線運動。一力系使物體處于平衡狀態(tài)，則該力系稱為平衡力系。

◆課題1–1靜力學(xué)基本概念和公理△第三頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日

1.二力平衡公理二、二力平衡公理與二力構(gòu)件

例如物體置放在水平面上(圖a)

2.二力構(gòu)件—在二個力作用下處于平衡的構(gòu)件一般稱為二力構(gòu)件

分析圖c三角拱中右邊拱BC的受力

GFNCD

分析圖b結(jié)構(gòu)中CD桿的受力

CD桿在C、D點受到機械作用。工程實際中，一些構(gòu)件的自重和它所承受的載荷比較起來很小，可以忽略不計。

CD桿處于二力平衡，其二力必過兩作用點C、D的連線。FCFD

CB

右邊拱BC在B、C點受到機械作用，是二力構(gòu)件，其二力必過兩力作用點B、C的連線。FBFCGa)ABDCFb)CBAFc)

1.二力平衡公理兩個力使剛體平衡的必充條件是：這兩個力必等值、反向、共線。

第四頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日三、加減平衡力系公理與力的可傳性原理

2.力的可傳性原理由此原理可知：力對剛體的外效應(yīng)，取決于力的大小、方向、作用線。必須指出，力的可傳性原理只適用于剛性構(gòu)件。

1.加減平衡力系公理a)AFb)AFCBF'F"=c)F'ACB=加上平衡力系F'=F"令F'=F“=F減去平衡力系

在一個已知力系上加上或減去一個平衡力系，不改變原力系對構(gòu)件的外效應(yīng)。

作用于構(gòu)件上某點的力，沿其作用線移動，不改變原力對剛體的外效應(yīng)。四、平行四邊形公理和三力構(gòu)件

1.力的平行四邊形公理AF1F2CF3

2.三力平衡匯交原理

1.力的平行四邊形公理

作用于物體上同一點的兩個力，可以合成一合力。合力是該兩力為鄰邊構(gòu)成的平行四邊形的對角線。

2.三力平衡匯交原理構(gòu)件在三個互不平行的力作用下處于平衡，這三個力的作用線必共面且匯交于一點。FR第五頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日

3.三力構(gòu)件作用三個力處于平衡的構(gòu)件稱為三力構(gòu)件。

分析圖b結(jié)構(gòu)中AB桿和圖c三角拱中左邊拱AB的受力圖b中AB桿三力構(gòu)件，三力作用線交于一點。A點力過前二力的匯交點。BACF

CBFBFCCBAFc)

三力構(gòu)件三個力的作用線交于一點。若已知兩個力的作用線，由此可以確定另一個未知力的作用線。

CDFCFDABDCFb)五、作用與反作用公理

兩物體間的作用力與反作用力，總是大小相等，方向相反，作用線相同，分別作用在兩個物體上。簡述為等值、反向、共線。BAFFAFB'FAFC'第六頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日應(yīng)用舉例例1-1

圖示結(jié)構(gòu)，分析AB、BC桿的受力。CBAF例1-1圖解：1.分離出AB、BC桿

2.對BC桿進行受力分析

3.對AB桿進行受力分析CBBAFCFBFB'FAF例1-2

圖示結(jié)構(gòu)，分析AB、BC桿的受力。CBA例1-2圖F解：1.分離出AB、BC桿

2.對AB桿進行受力分析

3.對BC桿進行受力分析CBFABFAFBFB'FC第七頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日課堂練習(xí)練習(xí)1

圖示結(jié)構(gòu)，分析AB、CD桿的受力。練習(xí)2

圖示結(jié)構(gòu)，分析AB、BC桿的受力。ABDCFABCF練習(xí)3指出圖示各結(jié)構(gòu)中哪些構(gòu)件是二力構(gòu)件?哪些構(gòu)件是三力構(gòu)件?分析其受力的方向能否確定?第八頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日

課后作業(yè)：《工程力學(xué)練習(xí)冊》練習(xí)一

本課節(jié)小結(jié)二力構(gòu)件—在二個力作用下處于平衡的構(gòu)件一般稱為二力構(gòu)件一、力的基本概念

1.力的定義

力是物體間相互的機械作用。二、二力平衡公理與二力構(gòu)件力的可傳性原理作用于剛體上某點的力，沿其作用線移動，不改變原力對剛體的作用效應(yīng)。三、加減平衡力系公理與力的可傳性原理三力平衡匯交原理構(gòu)件在三個互不平行的力作用下處于平衡，這三個力的作用線必共面且匯交于一點。四、平行四邊形公理和三力構(gòu)件五、作用與反作用公理第九頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日

1.約束一、約束和約束力常見約束的約束模型—為柔體、光滑面、鉸鏈和固定端。

約束力的方向與它所限制物體的運動或運動趨勢的方向相反，其大小和方向是隨主動力的大小和作用線的不同而改變，是一個未知力。二、常見約束的力學(xué)模型

約束模型—把一構(gòu)件與其它構(gòu)件的聯(lián)接形式，按其限制構(gòu)件運動的特性抽象為理想化的力學(xué)模型，稱為約束模型。

限制物體運動的周圍物體稱為約束。

2.主動力和約束力能夠促使物體產(chǎn)生運動或運動趨勢的力稱為主動力。限制物體運動或運動趨勢的反作用力稱為約束力。值得注意的是，工程實際中的約束與約束模型有些比較相近，有些差異很大。必須善于觀察，正確認識約束模型及其應(yīng)用意義。

◆課題1–2常見約束及其力學(xué)模型△第十頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日

1.柔體約束如圖a所示起吊機起吊重物若柔體包絡(luò)了輪子一部分，如圖b所示的鏈傳動或皮帶傳動等。由繩索、鏈條、皮帶等柔性物形成的約束都可以簡化為柔體約束模型。這類約束只承受拉力，不承受壓力。a)FTGABFT1ABFT1FT2G通常把包絡(luò)在輪上的柔體看成是輪子的一部分，從柔體與輪的切點處解除柔體。約束力作用于切點，沿柔體中線，背離輪子。O2O1b)O2O1F'T1FT2F'T2約束力沿柔體的中線，背離受力物體，用符號FT表示。第十一頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日AB

2.光滑面約束如圖a所示重為G的圓柱工件放在v形槽內(nèi)，在A、B兩點受到槽面約束，其約束力沿接觸面公法線指向工件。圖b所示重為G的工件AB放入凹槽內(nèi)，在A、B、C點處與槽作用，其約束力沿接觸面公法線指向工件。

只限制了物體沿接觸面公法線方向的運動。FNAFNCFNB約束力沿接觸面的公法線，指向受力物體。用符號FN表示。GFNAa)ABFNBb)ABCABCG第十二頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日

3.鉸鏈約束

2)固定鉸支座約束限制了構(gòu)件銷孔端的隨意移動，不限制構(gòu)件繞圓柱銷這一點的轉(zhuǎn)動。

中間鉸和固定鉸支座的約束力過鉸鏈的中心，方向不確定。通常用正交的分力FNx,FNy表示。

用圓柱銷釘連接的兩構(gòu)件稱為鉸鏈。

1)中間鉸只限制了構(gòu)件銷孔端的相對移動，不限制構(gòu)件繞圓柱銷這一點的相對轉(zhuǎn)動。FFFNXFNYFNXFNY必須指出的是，當(dāng)中間鉸或固定鉸約束的是二力構(gòu)件時，其約束力滿足二力平衡條件，沿兩約束力作用點的連線，方向是確定的。第十三頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日例如

例1-3

圖示結(jié)構(gòu)，分析AB、BC桿的受力。CBAF例圖1CBBAFCFBFB'F例1-4圖示結(jié)構(gòu)，分析AB、BC桿的受力。CBA例圖2FCBFABFAFBFB'FCxFCyFAxFAy固定鉸約束的是三力構(gòu)件時，約束力一般用正交分力表示。第十四頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日

3）活動鉸支座活動鉸支座只限制構(gòu)件沿支承面法線方向的運動。在固定鉸支座的下邊安裝上滾珠稱為活動鉸支座活動鉸支座的約束力過鉸鏈中心，垂直于支承面，一般按指向構(gòu)件畫出。用符號FN表示。

FNFNFNFAy例1-5圖示鋼架ABCD，試分析其受力。

ABFDCFABDCFNDFAx第十五頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日

課堂練習(xí)

分析判斷圖示構(gòu)件的約束力畫得是否正確?并改正圖中的錯誤。DBAFCa)FBACFAFTABDCGb)c)BFCACBFDAd)ABDCGFBFDFABFCAFBFACBFDAFDFAxFAyFAyFAxFDFDFBFBFAyFAxFT第十六頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日

課后作業(yè)：《工程力學(xué)練習(xí)冊》練習(xí)二

本課節(jié)小結(jié)一、約束和約束力限制物體運動的周圍物體稱為約束。限制物體運動或運動趨勢的反作用力稱為約束力。二、常見約束的力學(xué)模型常見約束的約束模型—為柔體、光滑面、光滑鉸鏈和固定端。

1.柔體約束約束力沿柔體的中線，背離受力物體。

2.光滑面約束約束力沿接觸面的公法線，指向受力物體。

3.鉸鏈約束鉸鏈分為中間鉸、固定鉸和活動鉸。

中間鉸和固定鉸支座的約束力過鉸鏈的中心，方向不確定。通常用正交的分力FNx,FNy表示。

活動鉸支座的約束力過鉸鏈中心，垂直于支承面，一般按指向構(gòu)件畫出。用符號FN表示。第十七頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日一、構(gòu)件的平面力學(xué)簡圖

二、解除約束取分離體在力學(xué)簡圖中把構(gòu)件與它周圍的構(gòu)件分開，單獨畫出這個構(gòu)件的簡圖稱為解除約束取分離體。

◆課題1–3構(gòu)件的受力圖把真實的工程結(jié)構(gòu)或構(gòu)件簡化成能進行分析計算的平面圖形，稱為構(gòu)件的平面力學(xué)簡圖。

a)b)c)如圖a所示的起吊機輪軸。圖b為在xy平面的力學(xué)簡圖，圖c為yz平面的力學(xué)簡圖。

三、受力圖在構(gòu)件的分離體上，按已知條件畫上主動力(已知力)；按不同約束模型的約束力方向、指向及表示符號畫出全部的約束力(未知力)，即得到構(gòu)件的受力圖。

△第十八頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日畫受力圖的步驟是：解：1.解除約束取分離體。

應(yīng)用舉例例1-6圖示重G的球體A，用繩子BC系在墻壁上。畫球體A的受力圖。畫受力圖的步驟是：1)確定研究對象。2)解除約束取分離體。3)在分離體上畫出全部的主動力和約束力。

DBCAA2.在分離體上畫出主動力。

G3.按約束力的畫法畫出約束力。

FTFD解：1.解除約束取分離體。

例1-7圖示三角鋼架受外力F作用，畫左邊AB的受力圖。2.在分離體上畫出主動力。

3.按約束力的畫法畫出約束力。

AFCBFABFBFAyFAx第十九頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日解：1.解除約束取分離體。

例1-8圖示為活塞連桿機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡圖，試畫活塞B的受力圖。2.在分離體上畫出主動力。

3.按約束力的畫法畫出約束力

解：1.解除約束取分離體。

2.在分離體上畫出主動力。

3.按約束力的畫法畫出約束力BB例1-9圖示三角鋼架受外力F作用，畫出AB的受力圖。FFABFNABF1F2ABF1F2FBFAxFAy第二十頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日解：1.解除約束取分離體。

例1-10畫圖示結(jié)構(gòu)中AB、BC桿的受力圖。2.在分離體上畫出主動力