工程力學(xué)：靜力學(xué)基本概念與物體受力分析

1靜力學(xué)基本概念與物體受力分析2本講內(nèi)容一、了解工程力學(xué)的研究內(nèi)容、基本任務(wù)、研究對象等；二、第一章靜力學(xué)基本概念與物體受力分析§1-1靜力學(xué)基本概念§1-2約束與約束力§1-3受力圖3關(guān)于《工程力學(xué)》工程力學(xué)：應(yīng)用于工程實際的力學(xué)。來源于工程實踐，解決實際工程問題力學(xué)：研究物體機(jī)械運(yùn)動規(guī)律的科學(xué)機(jī)械運(yùn)動：指物體在空間的位形隨時間的變化，包括移動、轉(zhuǎn)動、變形、流動4靜力學(xué)材料力學(xué)研究構(gòu)件在外力作用下的變形與破壞的規(guī)律，為合理設(shè)計構(gòu)件提供有關(guān)強(qiáng)度、剛度與穩(wěn)定性分析的基本理論與方法。主要研究物體平衡的一般規(guī)律。包括：物體受力分析，力系的簡化和力系的平衡條件它是一系列后續(xù)課程，如材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、機(jī)械設(shè)計的基礎(chǔ)本課程所講的工程力學(xué)主要包括靜力學(xué)和材料力學(xué)兩部分內(nèi)容《工程力學(xué)》是機(jī)械工程、生物與醫(yī)學(xué)工程、信息工程、環(huán)境工程等工程專業(yè)本科后續(xù)課程的基礎(chǔ)，如《機(jī)械設(shè)計》，《傳感器技術(shù)與應(yīng)用》，等等5為什么路燈燈柱大多下粗上細(xì)？有什么實用方面的考慮？工程力學(xué)應(yīng)用實例6為什么圖示鋼質(zhì)屋架和樓梯的支架采用工字截面？7早期客機(jī)為什么早期客機(jī)采用了矩形（方形）舷窗，而現(xiàn)代客機(jī)采用近似橢圓形舷窗？現(xiàn)代客機(jī)8為什么飛機(jī)機(jī)翼的翼根截面尺寸比翼尖大？為什么采用薄壁結(jié)構(gòu)？從結(jié)構(gòu)設(shè)計上有什么考慮？9為什么傳動軸要設(shè)計成階梯狀，階梯處留有圓弧倒角？10為什么卷尺要設(shè)計成弧面凹槽形狀？11第一章靜力學(xué)基本概念與物體受力分析

第一篇：靜力學(xué)1.1靜力學(xué)基本概念1.2

約束與約束力1.3

受力圖

12§1-1靜力學(xué)基本概念質(zhì)點(diǎn)(particle)：mg

當(dāng)物體平衡時，若求繩索的拉力，物體可視為質(zhì)點(diǎn)。靜力學(xué)的研究對象具有質(zhì)量,其形狀、大小可以不計的物體。當(dāng)研究衛(wèi)星的軌道動力學(xué)時，衛(wèi)星可視為質(zhì)點(diǎn)。13剛體(rigidbody)：質(zhì)點(diǎn)系(particlesystem)：同一個研究對象不同的簡化模型-視所研究的問題性質(zhì)而定當(dāng)研究航天器軌道問題時——質(zhì)點(diǎn)當(dāng)研究航天器姿態(tài)問題時——質(zhì)點(diǎn)系、剛體、剛體系具有一定聯(lián)系的若干個質(zhì)點(diǎn)的集合

特殊的質(zhì)點(diǎn)系，其上任意兩點(diǎn)間的距離保持不變（系統(tǒng)不變形）。靜力學(xué)的主要研究對象。14平衡(equilibrium)：平衡的概念飛機(jī)靜載實驗

物體（質(zhì)點(diǎn)、質(zhì)點(diǎn)系、剛體等）在慣性參考系（如地面）中處于靜止或作勻速直線運(yùn)動的狀態(tài)。？思考：

什么是慣性參考系？靜止或勻速直線運(yùn)動狀態(tài)的共同特征是什么？15力的概念1．力：力對剛體的作用：只有運(yùn)動效應(yīng)，平衡是其特例；力對可變形物體的作用，既有內(nèi)效應(yīng)，也會有外效應(yīng)。力的單位：或:牛頓（N）以及千牛（kN）3.力的三要素：AFA2.

力的效應(yīng)：

力是物體間的相互機(jī)械作用。作用方式：直接接觸（壓力、摩擦力）和通過場（萬有引力、電磁力）①運(yùn)動效應(yīng)(外效應(yīng))②變形效應(yīng)(內(nèi)效應(yīng))大小，方向，作用點(diǎn)16A圖形表示

—

帶起點(diǎn)的有向線段定位矢量（速度是自由矢量）B符號表示—矢量,大小或

F汽車通過輪胎作用在橋面上的力5.力的分類

—

A

BF力的作用線力是定位矢量4.力的表示：矢量橋面板作用在鋼梁的力q集中力、分布力17

等效力系：

力系:

合力（Resultantforce）:

平衡力系:6.力系的相關(guān)概念

力系的簡化：作用在物體上的一組力對同一剛體產(chǎn)生相同作用效應(yīng)的力系.與某力系等效的力對剛體不產(chǎn)生任何作用效應(yīng)的力系對一個比較復(fù)雜的力系,求與它等效的簡單力系的過程18

若匯交力系中，力的作用線在同一平面內(nèi)，則稱為平面匯交力系若匯交力系中，力的作用線不在同一平面內(nèi)，則稱為空間匯交力系A(chǔ)A匯交力系:力作用線匯交于一點(diǎn)的力系。19

若平行力系中，力的作用線在同一平面內(nèi)，則稱為平面平行力系；若平行力系中，力的作用線不在同一平面內(nèi)，則稱為空間平行力系。平行力系:平面問題任意力系:力作用線彼此平行的力系。力作用線任意分布的力系。20自由體：非自由體：§1-2約束與約束力可以在空間自由運(yùn)動、獲得任意方向位移、沒有受到預(yù)加限制的物體。運(yùn)動受到預(yù)加限制的物體21約束：約束體：列車是非自由體鐵軌是約束體約束力：鐵軌作用在車輪上的力為約束力。約束力的方向與限制物體運(yùn)動的方向相反限制物體運(yùn)動的條件。約束非自由體運(yùn)動的物體約束體作用在非自由體上的力22工程中常見的約束（一）柔索－繩索、鏈條、皮帶等（其質(zhì)量一般不計）柔索約束力特點(diǎn)：柔索對物體的約束力沿著柔索,背向被約束物體．柔索只能受拉力，又稱張力.用表示．23（二）光滑接觸面約束（光滑指無摩擦力）FR滑槽對銷釘?shù)募s束光滑平面對其上物體的約束光滑支承接觸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．光滑接觸面約束力特點(diǎn)：24常見形式1、固定鉸鏈支座固定鉸鏈支座簡圖（三）光滑圓柱鉸鏈A固定鉸鏈支座示意圖固定鉸鏈支座的約束特點(diǎn)：構(gòu)件之一與地面或機(jī)架固定，另一構(gòu)件只能繞銷釘軸線轉(zhuǎn)動而不能在垂直于軸線的平面內(nèi)有任何移動首都機(jī)場候機(jī)樓頂棚拱架支座25常見形式2、連接鉸鏈（中間絞）鉸鉸約束特（征）點(diǎn)：兩個有孔物體用銷釘（鉸）連接，互為對方的約束，各物只能繞鉸在垂直于鉸軸線的平面內(nèi)轉(zhuǎn)動。26光滑圓柱鉸鏈約束力的特點(diǎn)：銷釘與孔在接觸處為光滑接觸約束，當(dāng)外界載荷改變時，接觸點(diǎn)會變，同時約束力的大小與方向均有改變；約束力作用在接觸處，沿徑向指向軸心，一般兩個通過軸心的正交分力表示。27思考題：1機(jī)器人的哪些關(guān)節(jié)是連接鉸鏈？2人手的哪些關(guān)節(jié)可簡化成連接鉸鏈？28（四）活動鉸鏈支座（滾動支座）約束特點(diǎn)：在上述固定鉸支座與光滑固定平面之間裝有光滑輥軸而成．使構(gòu)件約束端除了可以繞銷釘軸轉(zhuǎn)動之外，還可以沿固定平面移動。約束力：構(gòu)件受到垂直于光滑面的約束力A活動鉸鏈支座示意圖29固定鉸鏈支座與活動鉸鏈支座的應(yīng)用30（五）光滑球鉸鏈A約束特點(diǎn)：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．約束力：當(dāng)忽略摩擦?xí)r，球與球座亦是光滑約束問題．約束力通過接觸點(diǎn),并指向球心,是一個不能預(yù)先確定的空間力.可用三個空間正交分力表示．球股骨盆骨球窩31總結(jié)（1）柔索約束——張力(5)光滑球鉸鏈——空間三正交分力（4）滾動支座——⊥光滑面（3）光滑圓柱鉸鏈——（2）光滑面約束——法向約束力AAFNAFyFx32（六）二力構(gòu)件/二力桿公理一：二力平衡原理：作用于剛體上的兩個力為平衡力系的充分必要條件是：此二力等值、反向、共線若剛體只在兩點(diǎn)受力而處于平衡，且不計其質(zhì)量，則該剛體稱為二力構(gòu)件或二力桿。平衡時作用力方向沿兩點(diǎn)共線、大小相等、方向相反。W不計桿件自重W33棘爪找出二力桿總結(jié)：二力構(gòu)件的受力狀態(tài)與其形狀無關(guān)系（一個桿件是否二力桿與其形狀無關(guān)）34§1－3

受力圖一、受力分析

解決力學(xué)問題時，首先要選定需要研究的物體，即研究對象；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。二、分離體：把研究對象從與它聯(lián)系的周圍物體中分離出來得到的、解除了約束的物體。35五、畫受力圖的目的：四、受力圖：表示分離體及其上所受的全部主動力和約束力的圖形確定研究對象所受外載的大小及方向，為進(jìn)一步的力學(xué)分析提供基礎(chǔ)三、主動力與被動力作用在分離體上的力有兩類:A.使物體具有運(yùn)動趨勢的力稱為物體所受的主動力,

如重力,風(fēng)力,氣體壓力等;B.被動力，限制物體運(yùn)動的力,亦即約束力。36六、畫受力圖的步驟：(2)在分離體上畫出全部主動力；(3)在每一約束處根據(jù)約束性質(zhì)畫出約束力。對于不明方向和大小的約束力，用正交分力表示(1)明確研究對象，畫出研究對象的分離體圖；37例：結(jié)構(gòu)如圖所示,不計構(gòu)件自重，畫出AB桿的受力圖。DCWABWABDCWABCCD桿為二力桿38例：畫出AB桿的受力圖(b)CBAD(a)ABCD39七、畫受力圖時的注意事項：(1)分離體的受力圖上不能再帶約束，即用約束力代替約束；(2)剛體系的整體受力圖上只畫整體所受外力，不畫各部分之間的相互作用力；(3)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。(4)約束力的方向必須嚴(yán)格地按照約束的性質(zhì)來畫，不能單憑直觀或根據(jù)主動力的方向來簡單推想。(5)正確判斷二力構(gòu)件。40例：畫出滑輪、CD桿、AB桿和整體受力圖WFTWABCD1、研究滑輪2、研究CD桿41ABC3、研究AB桿4、研究整體WABCDWFTWFT研究整體時，不畫物體間的內(nèi)力CAB42作業(yè)：1－5(b)、(c)、(d)（更正：1-5（d）杠桿AB，切刀DEF及整體；）43思考：說明下面三種情況表示的力的不同意義：(1)

F1=F2;(2)F1=F2;(3)力F1與F2等效；（1）表示兩力大小相等、方向相同；（2）表示兩力大小相等；（3