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工程力学(上)理论力学部分讲课教师:聂永芳绪论教学要求:1.深刻理解理论力学的定义、研究对象和内容2.了解理论力学的研究方法一、理论力学概述1、理论力学：研究物体机械运动一般规律的科学机械运动：物体在空间的位置随时间的变化情况。说明了研究对象和内容研究对象和内容二、研究内容理力静力学——力的关系（平衡）运动学——运动的关系（几何角度）动力学——力与运动的关系三、研究方法1、理论联系实际2、观察与实验3、分析计算（选研究对象—建力学模型—建数学模型——求解——验证——修正——循环）静力学引言教学要求:1.深刻理解力、力系、刚体和平衡的概念。2.了解静力学的研究任务一、静力学相关概念1、静力学：研究物体在力系作用下的平衡条件的科学。2、刚体：绝对不变形的物体，或物体内任意两点间的距离不变的物体。3、力：物体间相互的机械作用，作用效果使物体的机械运动状态发生改变。力的三要素：大小、方向、作用点。力是矢量。4、力系：作用在物体上的一群力。5、平衡：指物体相对于惯性参考系（如地面）保持静止或匀速直线运动状态。二、静力学研究任务1、物体的受力分析：分析物体（包括物体系）受哪些力，每个力的作用位置和方向，并画出物体的受力图。2、力系的简化：用一个简单力系等效代替一个复杂力系。3、研究力系的平衡条件：建立各种力系的平衡条件，并应用这些条件解决静力学实际问题。第一章静力学公理和物体的受力分析教学要求:1.深刻理解静力学基本公理。2.掌握常见典型约束的性质及约束力的画法。3.熟练掌握物体和物体系的受力分析和受力图的画法。第一节静力学公理第二节约束和约束反力第三节物体的受力分析和受力图第一节静力学公理公理1力的平行四边形法则合力（合力的大小与）(矢量和)21FFFR此公理表明了最简单力系的简化规律，是复杂力系简化的基础。公理2二力平衡公理使刚体平衡的充分必要条件：21FF最简单力系的平衡条件。公理3加减平衡力系公理推理1力的可传性作用在刚体上的力是滑动矢量，力的三要素为大小、方向和作用线。推理2三力平衡汇交定理平衡时必与共线则三力必汇交O点，且共面。3F12F公理4作用和反作用公理作用力和反作用力总是同时存在，同时消失，等值、反向、共线，作用在相互作用的两个物体上。在画物体受力图时要注意此公理的应用。公理5刚化原理柔性体（受拉力平衡）刚化为刚体（仍平衡）反之不一定成立，因对刚体平衡的充分必要条件，对变形体是必要的但非充分的。刚体（受压平衡）柔性体（受压不能平衡）约束：对非自由体的某些位移起限制作用的物体。约束力：约束对非自由体的作用力。约束力大小——待定方向——与该约束所能阻碍的位移方向相反作用点——接触处第二节约束和约束力约束的基本类型1、由柔软的绳索、胶带或链条等构成的约束绳索只能受拉力，又称张力。用表示。TF绳索对物体的约束力沿着绳索背向被约束物体。胶带对轮的约束力沿轮缘的切线方向，为拉力。2、具有光滑接触面（线、点）的约束（光滑接触约束）光滑支承接触对非自由体的约束力，作用在接触处；方向沿接触处的公法线并指向受力物体，故称为法向约束力，用表示。NF3、光滑铰链约束（向心轴承、圆柱铰链、固定铰链支座等）（1）、向心轴承（径向轴承）约束特点：轴在轴承孔内，轴为非自由体、轴承孔为约束。（2)固定铰链支座约束特点：由上面构件1或2之一与地面或机架固定而成。约束力：与圆柱铰链相同约束力：当不计摩擦时，轴与孔在接触为光滑接触约束——法向约束力。约束力作用在接触处，沿径向指向轴心。当外界载荷不同时，接触点会变，则约束力的大小与方向均有改变。可用二个通过轴心的正交分力表示。yxFF,（3）、圆柱形销钉连接光滑圆柱铰链：亦为孔与轴的配合问题，与轴承一样，可用两个正交分力表示。其中有作用反作用关系cycycxcxFFFF,一般不必分析销钉受力，当要分析时，必须把销钉单独取出。(4)、球铰链约束特点：通过球与球壳将构件连接，构件可以绕球心任意转动，但构件与球心不能有任何移动。约束力：忽略摩擦时，球与球座亦是光滑约束问题。约束力通过接触点，并指向球心，是一个不能预先确定的空间力。可用三个正交分力表示。4、止推轴承约束特点：止推轴承比径向轴承多一个轴向的位移限制。约束力：比径向轴承多一个轴向的约束反力，亦有三个正交分力。AzAyAxFFF,,（1）光滑面约束——法向约束力NF（2）柔索约束——张力TF（3）光滑铰链——AxAyFF球铰链——空间三正交分力止推轴承——空间三正交分力（4）滚动支座——⊥光滑面NF第三节物体的受力分析和受力图在受力图上应画出所有力，主动力和约束力（被动力）画受力图步骤：3、按约束性质画出所有约束（被动）力1、取所要研究物体为研究对象（隔离体）画出其简图2、画出所有主动力例1-1碾子重为，拉力为，处光滑接触，画出碾子的受力图。FPBA,解：画出简图画出主动力画出约束力例1－21P水平均质梁重为，电动机重为，不计杆的自重，画出杆和梁的受力图。图(a)2PABCDCDAB解：取杆，其为二力构件，简称二力杆，其受力图如图(b)CD取梁，其受力图如图(c)AB若这样画，梁的受力图又如何改动?AB杆的受力图能否画为图（d）所示？CD例1－3不计自重的梯子放在光滑水平地面上，画出梯子、梯子左右两部分与整个系统受力图。图(a)解：绳子受力图如图（b）所示梯子左边部分受力图如图（c）所示梯子右边部分受力图如图（d）所示整体受力图如图（e）所示提问：左右两部分梯子在A处，绳子对左右两部分梯子均有力作用，为什么在整体受力图没有画出？