第一章-靜力學(xué)公理和物體的受力分析

1、2024年3月21日星期四,1,制作人: 付傳起,理論力學(xué),2024年3月21日星期四,2,工程力學(xué)總論,2024年3月21日星期四,3,緒 論,,,,一、工程力學(xué)課程體系,工程力學(xué),工程力學(xué)（一）理論力學(xué),工程力學(xué)（二）材料力學(xué),基本變形,靜力學(xué),運(yùn)動(dòng)學(xué),動(dòng)力學(xué),復(fù)雜變形,,2024年3月21日星期四,4,工程力學(xué)是一門(mén)重要的技術(shù)基礎(chǔ)課,政治,專(zhuān)業(yè)課,技術(shù)基礎(chǔ)課,基礎(chǔ)課,外語(yǔ),,,,緒 論,,二、課程性質(zhì),,,,課程基礎(chǔ)：高等數(shù)學(xué)、大

2、學(xué)物理后續(xù)課程：機(jī)械原理、機(jī)械零件、流體力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué)、土力學(xué)及其它專(zhuān)業(yè)課。,,,,數(shù)學(xué),,,,2024年3月21日星期四,5,工程力學(xué)（一）—理論力學(xué)工程力學(xué)（二）—材料力學(xué),緒 論,,,,三、工程力學(xué)的研究對(duì)象,力的效應(yīng),,運(yùn)動(dòng)效應(yīng)（外效應(yīng)）變形效應(yīng)（內(nèi)效應(yīng)）,,2024年3月21日星期四,6,緒 論,,,,運(yùn)動(dòng)效應(yīng),2024年3月21日星期四,7,緒 論,,,,變形效應(yīng),2024年3月21日星期四

3、,8,緒 論,,靜力學(xué)：,研究力的一般性質(zhì)、力系的簡(jiǎn)化方法和物體在力系作用下的平衡規(guī)律。,,,四. 工程力學(xué)的研究?jī)?nèi)容與任務(wù)工程力學(xué)（1）理論力學(xué)任務(wù)：為運(yùn)動(dòng)計(jì)算和動(dòng)力計(jì)算提供相應(yīng)的基礎(chǔ)理論。,2024年3月21日星期四,9,緒 論,,,,2024年3月21日星期四,10,緒 論,,,,2024年3月21日星期四,11,緒 論,,,,2024年3月21日星期四,12,緒 論,,,,,2024年3月21日星期四,13,工程力學(xué)（

4、2）材料力學(xué) 任務(wù)： 在保證不失效的條件下，以最經(jīng)濟(jì)的代價(jià)，為構(gòu)件確定合理的形狀和尺寸，選擇適宜的材料，而提供必要的理論基礎(chǔ)和計(jì)算方法。,緒 論,,,,2024年3月21日星期四,14,構(gòu)件分類(lèi),緒 論,,,,2024年3月21日星期四,15,緒 論,,,,,,,強(qiáng)度:,,,桿件在外載作用下，抵抗斷裂,,或過(guò)量塑性變形的能力。,,,剛度:,,,,桿件在外載作用下，,,抵抗彈性變形的能力。,,,穩(wěn)定性:,,,,桿件在壓力外載作用下

5、，,,保持其原有平衡狀態(tài)的能力。,,,,2024年3月21日星期四,16,緒 論,,,,強(qiáng)度：構(gòu)件的抗破壞能力,2024年3月21日星期四,17,緒 論,,,,2024年3月21日星期四,18,剛度：構(gòu)件的抗變形能力。,緒 論,,,,2024年3月21日星期四,19,緒 論,,,,2024年3月21日星期四,20,,構(gòu)件保持原有平衡狀態(tài)的能力,穩(wěn)定性,緒 論,,,,2024年3月21日星期四,21,緒 論,,,,

6、五、力學(xué)與工程實(shí)際的聯(lián)系,2024年3月21日星期四,22,南京長(zhǎng)江二橋2001年3月26日建成通車(chē)，橋面寬32米,2024年3月21日星期四,23,2024年3月21日星期四,24,,三峽大壩,2024年3月21日星期四,25,緒 論,,,,2024年3月21日星期四,26,緒 論,,,,2024年3月21日星期四,27,緒 論,,,,2024年3月21日星期四,28,緒 論,,,,2024年3月21日星期四,29,,F-16戰(zhàn)

7、機(jī),2024年3月21日星期四,30,,美國(guó)斯坦尼斯號(hào)航母,2024年3月21日星期四,31,,J－10戰(zhàn)斗機(jī),2024年3月21日星期四,32,,神州4號(hào)飛船,2024年3月21日星期四,33,六、力學(xué)的發(fā)展史,,,緒 論,,達(dá)芬奇,早在(公元前287~212)古希臘阿基米德著的《論比重》就奠定了靜力學(xué)基礎(chǔ)。,意大利的達(dá)芬奇(1452~1519)研 究 滑動(dòng)摩擦、平衡、力矩。,波蘭的哥白尼(1473~1543)

8、創(chuàng)立宇宙“日心說(shuō)”,2024年3月21日星期四,34,意大利的伽利略(1564~1642)自由落體規(guī)律、慣性定律及加速度的概念.,緒 論,,,,德國(guó)的開(kāi)普勒(1571~1630)提出行星運(yùn)動(dòng)三定律。,2024年3月21日星期四,35,緒 論,,,,牛頓，(Isaac Newton 1642-1727)偉大的英國(guó)物 理學(xué)家、數(shù)學(xué)家、天文學(xué)家。,牛頓在伽利略等人工作的基礎(chǔ)上進(jìn)行深入研究，總結(jié)出物體的三個(gè)基本的定律，是萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)者

9、，創(chuàng)立了經(jīng)典力學(xué)理論體系,2024年3月21日星期四,36,緒 論,,,,瑞士的伯努利(1667~1748)虛位移原理,瑞士的歐拉(1707~1783)著出《力學(xué)》用微分方程研究,法國(guó)達(dá)朗伯(1717~1785)名著《動(dòng)力學(xué)專(zhuān)論》達(dá)朗伯原理。,法國(guó)拉格朗日(1736~1813)提出第二類(lèi)拉格朗日方程,2024年3月21日星期四,37,授課方式： 講授、討論相結(jié)合要求： 認(rèn)真聽(tīng)課，積極

10、討論 課前預(yù)習(xí)，完成作業(yè),2024年3月21日星期四,38,閉卷考試期末成績(jī)= 考試成績(jī)80分 +平時(shí)成績(jī)20分,2024年3月21日星期四,39,靜力學(xué),,,,,第一篇 《靜力學(xué)》,2024年3月21日星期四,40,靜力學(xué),,,,,第一章 靜力學(xué)公理 和物體的受力分析,,第二章 平面力系,第三章 空間力系,第四章 摩擦,2

11、024年3月21日星期四,41,靜力學(xué),,,,,第一章 靜力學(xué)基本公理 和物體的受力分析,2024年3月21日星期四,42,靜力學(xué),,,,,§0 引 言 §1–1 靜力學(xué)公理 §1–2 約束與約束反力 §1–3 物體的受力分析與受力圖,第一章 靜力學(xué)公理與物體的受力分析,2024年3月2

12、1日星期四,43,力的單位： 國(guó)際單位制：牛頓(N) 千牛頓(kN),靜力學(xué),,第一章 靜力學(xué)公理和物體的受力分析,§引言,,,一、力的概念,1．定義：力是物體間的相互機(jī)械作用，這種作用可以改變物 體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。,2. 力的效應(yīng)： ①運(yùn)動(dòng)效應(yīng)(外效應(yīng)) ②變形效應(yīng)(內(nèi)效應(yīng))。,3. 力的三要素：大小，方向，作用點(diǎn),,,2024年3月21

13、日星期四,44,靜力學(xué),,力系：是指作用在物體上的一群力。,,,,2024年3月21日星期四,45,靜力學(xué),,力系的等效替換,,,等效力系：,將作用在物體上的一個(gè)力系用另一個(gè)于它等效的力系來(lái)代替，這兩個(gè)力系互為等效。,力系的簡(jiǎn)化：,如果用一個(gè)簡(jiǎn)單力系等效地替換為一個(gè)復(fù)雜力系 。,合力：分力：,如果力系與一個(gè)力等效，則稱(chēng)此力為該力系的合力。,該力系的各力成為此力的分力。,2024年3月21日星期四,46,是指物體相對(duì)于慣性參考系保持靜止

14、或作勻速直線運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。,二.平衡,靜力學(xué),,,,2024年3月21日星期四,47,靜力學(xué),,,,平衡力系: 物體在力系作用下處于平衡,我們稱(chēng)呼這個(gè)力系為平衡力系。,2024年3月21日星期四,48,靜力學(xué),,,,2024年3月21日星期四,49,在力的作用下，其任意兩點(diǎn)之間的距離始終不變的物體,三.剛體,靜力學(xué),,,,研究運(yùn)動(dòng)時(shí),2024年3月21日星期四,50,靜力學(xué),,§1-1 靜力學(xué)公理,公理：是人類(lèi)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐和

15、經(jīng)驗(yàn)而得到的結(jié)論，它被反復(fù)的實(shí)踐所驗(yàn)證，是無(wú)須證明而為人們所公認(rèn)的結(jié)論。,,,作用在物體上同一點(diǎn)的兩個(gè)力,可以合成為一個(gè)合力。,,合力的作用點(diǎn)也在該點(diǎn)，合力的大小和方向，由這兩個(gè)力為邊構(gòu)成的平行四邊形的對(duì)角線確定，或者說(shuō)，合力矢等于這兩個(gè)力矢的幾何和，,即,,,F1,FR,FR = F1 + F2,,,公理1 平行四邊形法則,2024年3月21日星期四,51,靜力學(xué),,,,公理2 二力平衡條件,作用在剛體上的兩個(gè)力，使剛體保持

16、平衡的必要和充分條件是 這兩個(gè)力的大小相等，方向相反，且在同一直線上。,即,F1 = – F2,,,,,,,F1,F2,剛體,A,B,2024年3月21日星期四,52,靜力學(xué),,說(shuō)明：①對(duì)剛體來(lái)說(shuō)，上面的條件是充要的,,,③二力體：只在兩個(gè)力作用下平衡的剛體叫二力體。,②對(duì)變形體來(lái)說(shuō)，上面的條件只是必要條件(或多體中),二力桿,,,,,,,,,,,,,,,,,不是二力構(gòu)件,,,,,2024年3月21日星期四,53,靜力學(xué),,,,

17、2024年3月21日星期四,54,,靜力學(xué),,在已知力系上加上或減去任意一個(gè)平衡力系，并不改變?cè)ο祵?duì)剛體的作用。,推論1：力的可傳性。 作用于剛體上的力可沿其作用線移到同一剛體內(nèi)的任一點(diǎn)，而不改變?cè)摿?duì)剛體的效應(yīng)。,因此，對(duì)剛體來(lái)說(shuō)，力作用三要素為：大小，方向，作用線,,,,公理3 加減平衡力系原理,,,,2024年3月21日星期四,55,靜力學(xué),,,,公理4.作用力和反作用力定律,作用力和反作用力總是同時(shí)存在，兩

18、力的大小相等、方向相反，沿著同一直線，分別作用在兩個(gè)相互作用的物體上。,2024年3月21日星期四,56,靜力學(xué),,剛體受三力作用而平衡，若其中兩力作用線匯交于一點(diǎn)，則另一力的作用線必匯交于同一點(diǎn)，且三力的作用線共面。（必共面，在特殊情況下，力在無(wú)窮遠(yuǎn)處匯交——平行力系。）,,,推論2：三力平衡匯交定理,,,,,F3,F1,F2,證: ∵F1 , F2 , F3為平衡力系，,∴R , F3 也為平衡力系。,又∵二力平衡必等值、反

19、向、共線，,∴三力F1 , F2, F3 必匯交，且共面,2024年3月21日星期四,57,靜力學(xué),,公理5 剛化原理,變形體在某一力系作用下處于平衡，如將此變形體變成剛體（剛化為剛體），則平衡狀態(tài)保持不變。,,,公理5 告訴我們：處于平衡狀態(tài)的變形體，可用剛體靜力學(xué)的平衡理論。,2024年3月21日星期四,58,靜力學(xué),,,約束力：約束給被約束物體的力叫約束力。,§1-2 約束和約束力,,,一、概念,自由體：位移不受限制

20、的物體叫自由體。,非自由體：位移受限制的物體叫非自由體。,約束：對(duì)非自由體的某些位移起限制作用的周?chē)矬w稱(chēng)為約束。 （這里，約束是名詞，而不是動(dòng)詞的約束。）,,,主動(dòng)力：除約束之外的其他已知力叫主動(dòng)力。,2024年3月21日星期四,59,靜力學(xué),,,①大小常常是未知的；②方向總是與約束限制的物體的位移方向相反；③作用點(diǎn)在物體與約束相接觸的那一點(diǎn)。,,,約束力特點(diǎn)：,G,,2024年3月21日星期四,60,靜力學(xué),

21、,二、約束類(lèi)型和確定約束力方向的方法：,1.具有光滑接觸表面的約束,,,約束力作用在接觸點(diǎn)處，方向沿公法線，指向受力物體,P,P,2024年3月21日星期四,61,靜力學(xué),,,,,,,,凸輪頂桿機(jī)構(gòu),2024年3月21日星期四,62,靜力學(xué),,,,2024年3月21日星期四,63,靜力學(xué),,,,2024年3月21日星期四,64,靜力學(xué),,,,2024年3月21日星期四,65,靜力學(xué),,繩索類(lèi)只能受拉，所以它們的約束力是作用在接觸點(diǎn)，方向

22、沿繩索背離物體。,2.由柔軟的繩索、鏈條或皮帶構(gòu)成的約束,,,2024年3月21日星期四,66,靜力學(xué),,,,鏈條或皮帶也只能承受拉力。當(dāng)它們繞在輪子上，對(duì)輪子的約束力沿輪緣的切線方向。,2024年3月21日星期四,67,靜力學(xué),,,,,,2024年3月21日星期四,68,靜力學(xué),,,,膠帶構(gòu)成的約束,,,2024年3月21日星期四,69,靜力學(xué),,,,鏈條構(gòu)成的約束,,,2024年3月21日星期四,70,靜力學(xué),,,,繩索、鏈條、皮帶

23、,2024年3月21日星期四,71,靜力學(xué),,3.光滑鉸鏈約束,,,(1) 向心軸承(徑向軸承),,,2024年3月21日星期四,72,靜力學(xué),,,,（2） 圓柱鉸鏈和固定鉸鏈,①圓柱鉸鏈,,A,2024年3月21日星期四,73,靜力學(xué),,,,,常見(jiàn)鉸鏈：,2024年3月21日星期四,74,靜力學(xué),,,,2024年3月21日星期四,75,靜力學(xué),,②固定鉸支座,,,2024年3月21日星期四,76,靜力學(xué),,固定鉸支座,,,20

24、24年3月21日星期四,77,靜力學(xué),,固定鉸支座,,,2024年3月21日星期四,78,靜力學(xué),,,,4.其它約束,（1） 滾動(dòng)支座,,FN,2024年3月21日星期四,79,靜力學(xué),,,,滾動(dòng)支座,2024年3月21日星期四,80,靜力學(xué),,,,,滾動(dòng)支座,2024年3月21日星期四,81,靜力學(xué),,,,（2）球鉸鏈,2024年3月21日星期四,82,靜力學(xué),,,,球鉸鏈實(shí)例一：,2024年3月21日星期四,83,靜力學(xué),,,,球鉸

25、鏈實(shí)例二：,盆骨與股骨之間的球鉸連接,2024年3月21日星期四,84,靜力學(xué),,一、受力分析,§1-3 物體的受力分析和受力圖,,,,,解決力學(xué)問(wèn)題時(shí)，首先要選定需要進(jìn)行研究的物體，即選擇研究對(duì)象；然后根據(jù)已知條件，約束類(lèi)型并結(jié)合基本概念和公理分析它的受力情況，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為物體的受力分析。,作用在物體上的力有：,一類(lèi)是:主動(dòng)力,如重力,風(fēng)力,氣體壓力等。,二類(lèi)是:被動(dòng)力，即約束力。,2024年3月21日星期四,85,靜力學(xué),

26、,畫(huà)物體受力圖主要步驟為：①選研究對(duì)象；②取分離體； ③畫(huà)上主動(dòng)力；④畫(huà)出約束力。,二、受力圖,,,[例1],,2024年3月21日星期四,86,靜力學(xué),,[例2] 畫(huà)出下列各構(gòu)件的受力圖,,,,2024年3月21日星期四,87,靜力學(xué),,,,2024年3月21日星期四,88,靜力學(xué),,,,2024年3月21日星期四,89,靜力學(xué),,[例3] 畫(huà)出下列各構(gòu)件的受力圖,,,,,說(shuō)明：三力

27、平衡必匯交當(dāng)三力平行時(shí)，在無(wú)限遠(yuǎn)處匯交，它是一種特殊情況。,2024年3月21日星期四,90,靜力學(xué),,,,,,[例4] 尖點(diǎn)問(wèn)題,應(yīng)去掉約束,應(yīng)去掉約束,2024年3月21日星期四,91,靜力學(xué),,,,,,[例5] 畫(huà)出下列各構(gòu)件的受力圖,2024年3月21日星期四,92,靜力學(xué),,,,例6,2024年3月21日星期四,93,靜力學(xué),,,,例7,2024年3月21日星期四,94,靜力學(xué),,,,2024年3月21日星期四,95,靜力

28、學(xué),,,,例8,2024年3月21日星期四,96,靜力學(xué),,,,例9,2024年3月21日星期四,97,靜力學(xué),,三、畫(huà)受力圖應(yīng)注意的問(wèn)題,除重力、電磁力外，物體之間只有通過(guò)接觸才有相互機(jī)械作用力，要分清研究對(duì)象（受力體）都與周?chē)男┪矬w（施力體）相接觸，接觸處必有力，力的方向由約束類(lèi)型而定。,,2、不要多畫(huà)力,要注意力是物體之間的相互機(jī)械作用。因此對(duì)于受力體所受的每一個(gè)力，都應(yīng)能明確地指出它是哪一個(gè)施力體施加的。,1、不要漏畫(huà)力,,,

29、,2024年3月21日星期四,98,靜力學(xué),,,約束力的方向必須嚴(yán)格地按照約束的類(lèi)型來(lái)畫(huà)，不能單憑直觀或根據(jù)主動(dòng)力的方向來(lái)簡(jiǎn)單推想。在分析兩物體之間的作用力與反作用力時(shí)，要注意，作用力的方向一旦確定，反作用力的方向一定要與之相反，不要把箭頭方向畫(huà)錯(cuò)。,,,即受力圖一定要畫(huà)在分離體上。,2024年3月21日星期四,99,靜力學(xué),,,,本章作業(yè)：1－1：（g）（i），1－2（c）（i）（m）（o）,2024年3月21日星期四,100,,