工程力学课件超好

第一章静力学基本概念与物体受力分析第二章汇交力系第三章力偶系第四章平面任意力系第五章空间任意力系第六章静力学专题————————桁架、、、、摩擦、、、、重心第一篇第一篇第一篇第一篇第一篇第一篇第一篇第一篇静力学静力学静力学静力学静力学静力学静力学静力学静力学主要研究：物体的受力分析；力系的简化；力系的平衡条件及其应用。引言引言静力学是研究物体在力系作用下平衡规律的科学。§1111––––1111静力学基本概念§1111––––2222静力学公理§1111––––3333约束与约束反力§1111––––4444物体的受力分析与受力图第一章静力学基本概念与物体受力分析第一章静力学基本概念与物体受力分析§1-1静力学基本概念§1-1静力学基本概念是指物体相对于惯性参考系保持静止或作匀速直线运动的状态。一.刚体就是在力的作用下，大小和形状都不变的物体。二.平衡4.力的单位：国际单位制：牛顿(NNNN)千牛顿(kNkNkNkN)三、力的概念1111．定义：2.2.2.2.力的效应：①运动效应(外效应)②变形效应(内效应)。3.3.3.3.力的三要素：大小，方向，作用点AAAAFFFF力是物体间的相互机械作用。5.力系：是指作用在物体上的一群力。6.等效力系：两个力系的作用效果完全相同。7.力系的简化：用一个简单力系等效代替一个复杂力系。8.合力：如果一个力与一个力系等效，则称这个力为力系的合力。9.平衡力系：物体在力系作用下处于平衡，我们称这个力系为平衡力系。FFFF1111AAAABBBBCCCCFFFF2222FFFF3333§1-2静力学基本公理§1-2静力学基本公理是人类经过长期实践和经验而得到的结论，它被反复的实践所验证，是无须证明而为人们所公认的结论。公理1二力平衡公理作用于刚体上的两个力，使刚体平衡的必要与充分条件是：这两个力大小相等||||FFFF1111|=||=||=||=|FFFF2222||||方向相反FFFF1111====––––FFFF2222作用在同一直线上，作用于同一个物体上。刚体FFFF1111FFFF2222公理：说明：①对刚体来说，上面的条件是充要的。　　③二力体：只在两个力作用下平衡的刚体叫二力体。②对变形体(或多体中)来说，上面的条件只是必要条件。二力杆在已知力系上加上或减去任意一个平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用。作用于刚体上的力可沿其作用线移到同一刚体内的任一点，而不改变该力对刚体的效应。因此，对刚体来说，力作用三要素为：大小，方向，作用线。公理2加减平衡力系原理推论1111：力的可传性原理公理3力的平行四边形法则作用于物体上同一点的两个力可合成一个合力，此合力也作用于该点，合力的大小和方向由以原两力矢为邻边所构成的平行四边形的对角线来表示。22221111FFFFFFFFFFFFRRRR力的三角形法则力的三角形法则FFFFRRRRFFFFRRRR刚体受三力作用而平衡，若其中两力作用线汇交于一点，则另一力的作用线必汇交于同一点，且三力的作用线共面。（必共面，在特殊情况下，力在无穷远处汇交————平行力系。）推论2222：三力平衡汇交定理∴三力必汇交，且共面。333322221111,,,,,,,,FFFFFFFFFFFF333322221111,,,,,,,,FFFFFFFFFFFF[[[[证]]]]∵为平衡力系，3333RRRR,,,,FFFFFFFF∴也为平衡力系。又∵二力平衡必等值、反向、共线，FFFFRRRR公理4作用力和反作用力定律等值、反向、共线、异体、且同时存在。[[[[例]]]]吊灯公理5刚化原理变形体在某一力系作用下处于平衡，如将此变形体变成刚体（刚化为刚体），则平衡状态保持不变。公理5555告诉我们：处于平衡状态的变形体，可用刚体静力学的平衡理论。§1-3约束与约束反力§1-3约束与约束反力一、概念位移不受限制的物体叫自由体。自由体：位移受限制的物体叫非自由体。非自由体：①大小常常是未知的；②方向总是与约束限制的物体的位移方向相反；③作用点在物体与约束相接触的那一点。约束力特点：GGGG约束力：约束与非自由体接触相互产生了作用力，约束作用于非自由体上的力叫约束力或称为约束反力。约束：对非自由体的某些位移预先施加的限制条件称为约束。（这里，约束是名词，而不是动词的约束。）FFFFGGGGFFFFN1N1N1N1FFFFN2N2N2N2二、约束类型和确定约束反力方向的方法：1.1.1.1.柔索：由柔软的绳索、链条或皮带构成的约束绳索类绳索类只能受拉只能受拉，，约束反力约束反力作用在接触点作用在接触点，，方向方向沿绳索背离物体沿绳索背离物体。。TFFFFFFFF11111111FFFFFFFF22222222约束力方向与所能限制的物体运动方向相反。A约束力方向与所能限制的物体运动方向相反。FFFFFFFF11111111FFFFFFFF22222222柔绳约束胶带构成的约束柔索约束柔绳约束链条构成的约束约束力方向与所能限制的物体运动方向相反。绳索、、、、链条、、、、皮带柔索约束力方向与所能限制的物体运动方向相反。约束反力作用在接触点处，方向沿公法线，指向受力物体2光滑支承面约束PPPPNNNNNNNNPPPPNNNNAAAANNNNBBBBNNN凸轮顶杆机构固定铰支座：物体与固定在地基或机架上的支座有相同直径的孔，用一圆柱形销钉联结起来，这种构造称为固定铰支座。中间铰：如果两个有孔物体用销钉连接轴承：3光滑圆柱铰链约束光滑圆柱铰链约束圆柱铰链AAXXXXAAAAYYYYAAAAAFFFFNNNNFFFFNNNNFFFFNNNNFFFFxxxxFFFFyyyy约束反力过铰链中心，用XA、YA表示固定铰支座上摆上摆上摆上摆上摆上摆上摆上摆销钉销钉销钉销钉销钉销钉销钉销钉下摆下摆下摆下摆下摆下摆下摆下摆固定铰支座铰固定铰支座固定铰支座中间铰铰销钉销钉销钉销钉中间铰中间铰中间铰中间铰简化表示：约束力表示：4活动铰支座（辊轴支座）在固定铰链支座的底部安装一排滚轮，可使支座沿固定支承面滚动。上摆上摆上摆上摆上摆上摆上摆上摆销钉销钉销钉销钉销钉销钉销钉销钉底板底板底板底板底板底板底板底板滚轮滚轮滚轮滚轮滚轮滚轮滚轮滚轮活动铰支座活动铰支座其它表示FFFFAAAAAFFFFBBBBFFFFCCCCBCAFFFFAAAABFFFFBBBBCFFFFCCCC活动铰支座光滑圆柱铰链约束实例光滑圆柱铰链约束实例光滑圆柱铰链约束实例光滑圆柱铰链约束实例固定铰链支座活动铰链支座40AAAA空间55555555光滑球铰链光滑球铰链光滑球铰链光滑球铰链光滑球铰链光滑球铰链光滑球铰链光滑球铰链反力是过球铰中心的反力是过球铰中心的FFFFFFFFAAAAAAAAxxxxxxxx、、、、、、、、FFFFFFFFAAAAAAAAyyyyyyyy、、、、、、、、FFFFFFFFAzAzAzAzAzAzAzAz三个分力三个分力。。。。。。。。FFFFFFFFAzAzAzAzAzAzAzAzFFFFFFFFAAAAAAAAyyyyyyyyFFFFFFFFAAAAAAAAxxxxxxxx6666二力构件二力构件二力构件二力构件二力构件二力构件二力构件二力构件二力构件的约束力沿连杆两端铰链的连线，指向不定，通常假设受拉。。。。翻斗车二力构件二力构件二力构件二力构件7、其它约束约束反力垂直于滑道、、、、导轨，指向亦待定。。。。滑道滑道滑道滑道滑道滑道滑道滑道、、导轨导轨导轨导轨导轨导轨导轨导轨：FFFFFFFFNNNNNNNNFFFFFFFFNNNNNNNN解决力学问题时，首先要选定需要进行研究的物体选定需要进行研究的物体，即选择研究对象；然后根据已知条件，约束类型并结合基本概念和公理分析它的受力情况，这个过程称为物体的受力分析。§1-4物体的受力分析和受力图§1-4物体的受力分析和受力图作用在物体上的力有：一类是主动力：如重力,风力,气体压力等。二类是被动力：即约束反力。一、受力分析补：解除约束原理补：解除约束原理当受约束的物体在某些主动力的作用下处于平衡，若将其部分或全部的约束除去，代之以相应的约束反力，则物体的平衡不受影响。意义：在解决实际物体的平衡问题时，可以将该物体所受的各种约束解除，而用相应的约束反力去代替它们对于物体的作用。这时，物体在所有主动力和约束力作用下，仍然保持平衡，但物体已经被抽象成为一个不受任何约束作用的自由体了，因而就可利用静力学所得出的关于自由刚体的平衡条件来解决受有各种不同约束的物体的平衡问题。画物体受力图主要步骤为：①选研究对象；②去约束，取分离体；③画上主动力；④画出约束反力。二、受力图[[[[例1]1]1]1]OOOOFFFFAAAAFFFFBBBBAAAABBBBDDDDAAAABBBBDDDDDDDDFFFFGGGG[[[[例2]2]2]2]画出下列各构件的受力图QQQQAOBCDEQQQQFFFFOOOOFFFF''''FFFF1111FFFFOOOOFFFF1111''''CCCCFFFFCCCCFFFF2222AAAACCCCDDDDBBBBEEEEFFFFAAAAFFFFBBBBFFFFCCCC''''[[[[例2]2]2]2]画出下列各构件的受力图QQQQAOBCDEAAAACCCCDDDDBBBBEEEEFFFFAAAAFFFFBBBBFFFFAAAAAAAADDDDCCCCFFFFDDDDDDDDEEEEFFFFEEEECCCCBBBBEEEEFFFFBBBBFFFFCCCC''''FFFFEEEE''''FFFFDDDD''''FFFFC1C1C1C1FFFFC2C2C2C2CCCCFFFFC1C1C1C1''''FFFFC2C2C2C2''''FFFFCCCC''''CCCCBBBBDDDDDDDDEEEE[[[[例3]3]3]3]画出下列各构件的受力图说明：说明：三力平衡必汇交当三力平行时，在无限远处汇交，它是一种特殊情况。FFFFAAAAFFFFBBBBQQQQFFFFDDDDFFFFEEEEFFFFCCCCAAAABBBBFFFFBBBB''''FFFFDDDD''''[[[[例4]4]4]4]尖点问题QQQQFFFFCCCCFFFFAAAAFFFFBBBBQQQQFFFFCCCCFFFFBBBBBBBB[[[[例5]5]5]5]画出下列各构件的受力图ABCBPACCFBFAF例题：如图所示，重物重G=20kN,用钢丝绳挂在支架的滑轮B上，钢丝绳的另一端绕在铰车D上。杆AB与BC铰接，并以铰链A，C与墙连接。如两杆与滑轮的自重不计并忽略摩擦和滑轮的大小，试画出杆AB和BC以及滑轮B的受力图。AAAAAAAABBBBBBBBDDDDDDDDCCCCCCCCGGGGGGGG30o60o1.杆AB的受力图。2.杆BC的受力图。FFFFFFFFABABFFFFFFFFBABA’’’’’’’’FFFFFFFFCBCBFFFFFFFFBCBC’’’’’’’’AABBBBCCFFFFFFFF22FFFFFFFF11FFFFFFFF22FFFFFFFF113.滑轮B(不带销钉）的受力图。4.滑轮B(带销钉）的受力图。FFFFFFFFBABA30oFFFFFFFFBCBC60oBBBB三、画受力图应注意的问题除重力、电磁力外，物体之间只有通过接触才有相互机械作用力，要分清研究对象（受力体