工程力学课件1

主讲:姜芳办公室:森工楼118手机:[phone]E-mail:[e-mail]北京林业大学BEIJINGFORESTRYUNIVERSITY(静力学与材料力学)作业请写在数学作业纸上！交作业时间:每章结束的下周第一次课考试(闭卷)平时：30%（包括作业与考勤）期末：70%作业与考试北京林业大学BEIJINGFORESTRYUNIVERSITY我的愿望孟子：“授人以鱼，只供一饭之需；教人以渔，则终生受益无穷。”具有高贵的品质：对自己所做的事情和严谨专注北京林业大学BEIJINGFORESTRYUNIVERSITY我希望：你能喜欢《工程力学》课；我希望：你能积极思考，勇于提问；我希望：你能通过该课程的学习，提高自己的逻辑思维能力。我希望：你能独立完成作业；北京林业大学BEIJINGFORESTRYUNIVERSITY引言研究对象：研究内容：构件—组成机械或结构的零、部件材料力学静力学—物体的受力与平衡规律—构件在外力作用下的变形与破坏构件的变形：塑性变形：弹性变形：外力解除后可消失的变形外力解除后不可消失的变形北京林业大学BEIJINGFORESTRYUNIVERSITY构件的设计要求：1、有足够的强度。2、有足够的刚度。3、有足够的稳定性。—抵抗破坏的能力。—抵抗变形的能力。—保持平衡形式的能力。北京林业大学BEIJINGFORESTRYUNIVERSITY第一篇静力学研究对象：研究内容：物体（系）—刚体1、物体的受力分析2、力系的简化（力系的等效替换）3、力系的平衡条件与平衡方程静力学是一门怎样的学科？——研究物体在力系作用下平衡规律的科学。北京林业大学BEIJINGFORESTRYUNIVERSITY第一章静力学基本概念与物体受力分析北京林业大学BEIJINGFORESTRYUNIVERSITY§1-1静力学基本概念1、刚体2、平衡在力作用下大小和形状都不变的物体，即刚体内任意两点间的距离始终保持不变。物体相对惯性参考系静止或作匀速直线运动。§1-1静力学基本概念改变物体运动状态（外效应/运动效应）物体变形（内效应）3、力和力系的概念力是物体间相互的机械作用。力的作用效果—材料力学力的三要素：大小、方向和作用点。力是矢量。是定位矢量。力的表示方法：力系：作用在物体上的一群力。—理论力学F或F§1-1静力学基本概念§1-2**静力学公理公理1：力的平行四边形法则公理2：二力平衡条件公理3：加减平衡力系原理推论1：力的可传性推论2：三力平衡汇交定理公理4：作用和反作用定律公理5：刚化原理补充：§1-2**静力学基本概念公理1：力的平行四边形法则作用在物体上同一点的两个力，可以合成为一个合力。合力的作用点也在该点，合力的大小和方向由这两个力为边构成的平行四边形的对角线确定。O1F2FRF1FRFO2F2FRFO1FR12FFF补充：静力学公理公理2：二力平衡条件作用在刚体上的两个力，使刚体保持平衡的必要和充分条件是：这两个力的大小相等，方向相反，且作用在一条直线上。FFFF说明：①对刚体而言，上述条件是充要条件。②对变形体而言，上述条件是必要条件。③只在二力作用下平衡的刚体，我们称之为二力构件。变形体（绳子）1F2F补充：静力学公理公理3：加减平衡力系原理在己知力系上加上或减去任意的平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用。推论1：力的可传性作用于刚体上某点的力，可以沿着它的作用线移到刚体内任意一点，并不改变该力对刚体的作用。ABFFFFFF=FB=FFFABF补充：静力学公理结论：•力对刚体的作用效果取决于力的大小、方向与作用线。=FB推论1：力的可传性BAF•对刚体而言，力为滑移矢量。补充：静力学公理C3FAB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。推论2：三力平衡汇交定理1F2F3FABC2F1FRFO请同学们思考：空间中的三力会平衡吗?补充：静力学公理公理4：作用和反作用定律作用力和反作用力总是同时存在，两力的大小相等，方向相反，沿着同一条直线，分别作用在两个相互作用的物体上。表示方法：通常若用表示作用力，则用表示反作用力.FF作用力与反作用力总是成对出现。思考：作用力与反作用力是否构成平衡力系？为什么？补充：静力学公理公理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5:平衡的变形体，可用刚体静力学的平衡理论。补充：静力学公理一、基本概念自由体：位移不受限制的物体叫自由体。非自由体：位移受限制的物体叫非自由体。约束：限制非自由体某些位移的周围物体称为约束。注意：这里，约束是名词，而不是动词的约束。§1-3约束和约束力§1-3约束和约束力约束力：约束对被约束物体的作用叫约束力。①大小未知；②方向与被约束物体的运动方向相反；③作用点在物体与约束的接触点。约束力特点：§1-3约束和约束力二、常见约束的类型及约束力的确定1.柔索约束如：绳索、链条、胶带等。§1-3约束和约束力柔索类约束只能受拉，所以它们的约束力是作用在接触点，方向沿绳索背离物体。TFPT1FT1FT2FT2F§1-3约束和约束力PF约束力作用在接触点处，方向沿公法线，指向受力物体。2.光滑接触面约束§1-3约束和约束力PNFNFNAFNBF公法线公切线组成：轴套与轴–它允许两部件在截面内相对转动，限制在截面内相对移动－主动力的不同，两部件接触点的位置会变动，即约束力的大小与方向会发生变化－约束力的作用线必通过轴心不变3.光滑圆柱铰链约束AAFAxFAyF§1-3约束和约束力这类约束主要有向心轴承（径向轴承）、固定铰支座、圆柱形铰链。简化的力学模型：AyFAxFAyFAxFA3.光滑圆柱铰链约束固定铰支座A中间铰§1-3约束和约束力４.滚动铰链支座约束F§1-3约束和约束力的实际方向向下或向上.F实际辊轴上面还有压板，使支座不会脱离平面，故简化的力学模型AF４.活（滚）动铰链支座约束§1-3约束和约束力–是一种的空间连接铰，两个部件组成：球与球壳–该铰只允许两部件绕公共的球心相对转动，限制它们三方向的相对移动–支座对球部件的约束力通过球心–可用三个相互垂直的分量替代待定的该约束力５.球铰约束AyFAxFAzFＡ§1-2约束和约束力止推轴承AyFAxFAzFＡ§1-2约束和约束力AFBFAFBF6.二力构件（杆）ＡＢ–约束特点：①两端通过球铰或平面圆柱铰与其他物体连接②不计构件质量，且构件中间不受力–约束力：--只在两端受到约束力，它们分别通过各自的几何中心--如果二力杆处于平衡，两力必大小相等，方向相反，且共线§1-3约束和约束力７.其它约束万向节§1-3约束和约束力一、受力分析解决力学问题时，首先，要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。作用在物体上的力有两大类：（1）主动力：如重力，风力，气体压力等已知力。（2）被动力：即约束力。分布力§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画物体受力图主要步骤为：①确定研究对象；②取出分离体；③画主动力；④去掉约束，画约束力。二、受力图§1-4物体的受力分析和受力图用力拉动碾子以轧平路面,重为的碾子受到一石块的阻碍，如图所示。试画出碾子的受力图。ABFF例1-1P§1-4物体的受力分析和受力图AB（1）确定研究对象－碾子解：FAB（2）主动力－,FP（3）约束力－,NAFNBFFPNAFNBF§1-4物体的受力分析和受力图E试画出图示结构中圆柱O及杆AB的受力图。例1-2NDFNEFNDF§1-4物体的受力分析和受力图TBF杆AB画法一ABDAxFAyFNDFTBF杆AB画法二ABDAF如图所示，水平梁AB用斜杆CD支撑，A、C、D三处均为光滑铰链连接。匀质梁AB重，其上放一重为的电动机且有分布载荷q(N/m)。如不计杆CD的自重，请分别画出：（1）杆CD的受力图；（2）梁AB（含电机）的受力图；（3）整体的受力图。例1-31G2GABDCq§1-4物体的受力分析和受力图1.斜杆CD的受力图。CD解：二力杆ABDCqCDFDCF§1-4物体的受力分析和受力图2.梁AB（包括电动机、销钉D）的受力图。解：AxFAyF1G2GDCFABDC§1-4物体的受力分析和受力图ABDCDF1G2G3.整体的受力图。AxFAyFqqCDFDCF如图所示，梯子的两部分AB和AC在A点铰接，又在D、E两点用水平绳连接。梯子放在光滑水平面上，若其自重不计，但在AB的中点H处作用一铅直载荷。试分别画出：（1）梯子的AB的受力图；（2）AC（含销钉A）的受力图；（3）整个系统的受力图。例1-4FABDEHCF§1-4物体的受力分析和受力图DE1.梯子AB部分的受力图。解：ABHDFAyFAxFTDFTEFTDFBxFByF§1-4物体的受力分析和受力图ABDEHCFABDEHCF2.梯子AC部分（含销钉A）的受力图。TEFNCFACE§1-4物体的受力分析和受力图AyFAxFDETDFTEFBxFByFNCF3.梯子整体的受力图。ABHDFAyFAxFTDFBxFByF图示的三铰拱桥，由左右两拱桥铰接而成。设各拱桥的自重不计，在左拱上作用有载荷，试分别画出左拱和右拱及整体的受力图。FFACB例1-5§1-4物体的受力分析和受力图1.右拱BC的受力图。解：BCCBFBCFFACB§1-4物体的受力分析和受力图2.左拱AC（含销钉C）的受力图。解：CAFCBFAxFAyFCAFCBFDAFFACBBCCBFBCF3.整体的受力图。解：CAFCBFDAFFACBBCCBFBCFFACBBCFAF§1-4物体的受力分析和受力图3.整体的受力图。解：AxFAyFFACBCAFCBFBCCBFBCFAxFAyFBCF§1-4物体的受力分析和受力图（1）若计入左右两拱的自重，试分别画出左拱和右拱及整体的受力图。FACB请同学们思考F（2）若载荷作用在铰链C处，试分别画出左拱和右拱及整体的受力图。F§1-4物体的受力分析和受力图作业P16：习题1-1(a)(c)1-2(b)(c)1-3(c)(e)1-4(d)(f)1-5(d)下周一交！第一章静力学基本概念与物体的受力分析