理論力學(xué)1a全本課件第1章緒論課件

1,理論力學(xué)教程,河北工業(yè)大學(xué) 工程力學(xué)系,2,一、理論力學(xué)的研究對(duì)象和內(nèi)容,理論力學(xué)：研究物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)一般規(guī)律的科學(xué)。,機(jī)械運(yùn)動(dòng)：物體在空間的位置隨時(shí)間的改變。,研究?jī)?nèi)容：速度遠(yuǎn)小于光速的宏觀物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)，以伽利略和牛頓總結(jié)的基本規(guī)律為基礎(chǔ)，屬于古典力學(xué)的范疇。,3,二、理論力學(xué)的研究方法,觀察和實(shí)驗(yàn),力學(xué)最基本規(guī)律,理論體系,用于實(shí)際,力學(xué)模型,剛體、質(zhì)點(diǎn)、彈簧質(zhì)點(diǎn)、彈性體等,4,三、理論力學(xué)的學(xué)習(xí)目的,1.現(xiàn)代工程技術(shù)所必須的理論基礎(chǔ):如自動(dòng)化、宇宙飛行等,2.專(zhuān)業(yè)的需要，后繼課程的基礎(chǔ)。,四、理力與物理學(xué)的區(qū)別,、理論力學(xué)理論性更強(qiáng),2、理論力學(xué)研究質(zhì)點(diǎn)系（剛體），物理學(xué)主要研究質(zhì)點(diǎn)。,3、理論力學(xué)研究機(jī)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析。,3.學(xué)會(huì)一種研究方法。,5,理論力學(xué)教程,河北工業(yè)大學(xué) 工程力學(xué)系,第一篇 靜力學(xué),8,第1章 靜力學(xué)公理與物體受力分析,力的單位： 國(guó)際單位制：牛頓(N) 千牛頓(kN),1-1 靜力學(xué)基本概念,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)： 運(yùn)動(dòng)效應(yīng)(外效應(yīng)) 變形效應(yīng)(內(nèi)效應(yīng))。,3. 力的三要素：大小，方向，作用點(diǎn),9,力系：是指作用在物體上的一群力。 平衡力系：物體在力系作用下處于平衡， 我們稱(chēng)這個(gè)力系為平衡力系。,10,是指物體相對(duì)于慣性參考系保持靜止或作勻速直線(xiàn) 運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。,二.剛體,就是在力的作用下，大小和形狀都不變的物體。,三.平衡,11,1-2 靜力學(xué)基本公理,公理：是人類(lèi)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐和經(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。,作用于剛體上的兩個(gè)力，使剛體平衡的必要與充分條件是： 這兩個(gè)力大小相等 | F1 | = | F2 | 方向相反 F1 = F2 作用線(xiàn)共線(xiàn)， 作用于同一個(gè)物體上。,公理1 二力平衡公理,12,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?對(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(xiàn)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(xiàn),公理2 加減平衡力系原理,13,剛體受三力作用而平衡，若其中兩力作用線(xiàn)匯交于一點(diǎn)，則另一力的作用線(xiàn)必匯交于同一點(diǎn)，且三力的作用線(xiàn)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。）,公理3 力的平行四邊形法則,作用于物體上同一點(diǎn)的兩個(gè)力可合成一個(gè)合力，此合力也作用于該點(diǎn)，合力的大小和方向由以原兩力矢為鄰邊所構(gòu)成的平行四邊形的對(duì)角線(xiàn)來(lái)表示。,推論2：三力平衡匯交定理,14,公理4 作用力和反作用力定律,證 為平衡力系， 也為平衡力系。 又 二力平衡必等值、反向、共線(xiàn)， 三力 必匯交，且共面。,作用力和反作用力總是同時(shí)存在，同時(shí)消失，等值、反向、共線(xiàn)，作用在相互作用的兩個(gè)物體上,15,公理5 剛化原理,柔性體（受拉力平衡）,剛化為剛體（仍平衡）,反之不一定成立,剛體（受壓平衡）,柔性體（受壓不能平衡）,變形體在某一力系作用下處于平衡，如將此變形體剛化為剛體，其平衡狀態(tài)保持不變。,16,思考,只適用于剛體的公理有哪些？,二力平衡條件和加減平衡力系公理,17,約束力：約束給被約束物體的力叫約束力。,1-3 約束與約束力,一、概念,自由體：位移不受限制的物體叫自由體。,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預(yù)先施加的限制條件稱(chēng)為約束。 （這里，約束是名詞，而不是動(dòng)詞的約束。）,18,約束力,大小待定,方向與該約束所能阻礙的位移方向相反,作用點(diǎn)接觸處,大小常常是未知的； 方向總是與約束限制的物體的位移方向相反； 作用點(diǎn)在物體與約束相接觸的那一點(diǎn)。,約束力特點(diǎn)：,19,工程中常見(jiàn)的約束類(lèi)型和確定約束力方向的方法：,1.柔性體約束（柔索） 由柔軟的繩索、鏈條或皮帶構(gòu)成的約束,特點(diǎn)：繩索類(lèi) 只能承受拉力。,約束力方向： 沿繩索的中心線(xiàn)方向背離被約束的物體。,約束力: 作用在接觸點(diǎn),20,約束力 作用在接觸點(diǎn)處 方向 沿接觸處的公法線(xiàn)，指向受力物體,2.光滑接觸面的約束 (光滑指摩擦不計(jì)),21,3.光滑圓柱鉸鏈約束,22,固定鉸支座,23,滑動(dòng)鉸支座（輥軸支座）,N的實(shí)際方向也可以向下,24,4.鏈桿約束,25,5.軸承約束,26,1-4 物體的受力分析與受力圖,在受力圖上應(yīng)畫(huà)出所有力，主動(dòng)力和約束力（被動(dòng)力）,畫(huà)受力圖步驟：,3、按約束性質(zhì)根據(jù)約束類(lèi)型，在去掉約束的地方畫(huà)出 約束力,1、根據(jù)已知條件和求解要求確定研究對(duì)象，畫(huà)出分離 體圖。,2、畫(huà)出所有主動(dòng)力,4、檢查受力圖,27,例 1,已知：重物O重W。,求：分別作重物O和桿AB的 受力圖。,2 、畫(huà)出重物O所受的主 動(dòng)力W。,28,3、畫(huà)出重物O所受的約束力。 D、E處為光滑接觸面約束， 其約束力分別為ND和NE。 ND垂直于桿AB， NE垂直于 墻面。,4、相同方法可以畫(huà)出桿AB的 受力圖。 根據(jù)三力平衡匯交 定理可 確定A處約束力RA 的方向。如圖所示。,29,例 2,已知：圖示三鉸拱結(jié)構(gòu)，在拱 BC上作用有已知載荷F。 不計(jì)各拱自重。,解：,1、取左半拱AC為研究對(duì)象，畫(huà) 出其分離體圖。拱AC 為二力 構(gòu)件，A、C 處分別受FA、FC 作用，且 FAFC，假設(shè)方 向如圖所示。,求： 分別畫(huà)出拱AC和BC的 受力圖。,30,2 、再取右半拱BC為研究對(duì)象。作用在拱BC上有主動(dòng)力F。根據(jù)作用與反作用定律，C處受約束力FC，且FCFC。拱BC的受力圖如圖所示。,進(jìn)一步分析右半拱BC，根據(jù)三力平衡匯交定理，可確定約束力FB沿B、D兩點(diǎn)連線(xiàn)，如圖所示。,31,例 3,已知：水平梁AB，A、C、D三處均為光滑鉸鏈連接。水平梁AB重G1，電機(jī)重為G2。,解：,1、由于自重不計(jì)，CD為二 力桿，約束力FC和FD沿 CD連線(xiàn)，如圖所示。,求：畫(huà)出斜桿CD,水平梁AB(含 電機(jī))和三角架整體的受力圖。,32,2 、水平梁AB(包括電機(jī)) ， 主動(dòng)力有G1和G2；D處的 約束力FD = FD；固定鉸 支座A處的約束力有FAx和 FAy，指向假定，如圖所示。,3 、三角架整體，主動(dòng)力有G1和G2 ；約束力FC、FAx和FAy。鉸鏈D處的力為內(nèi)約束力，故不用畫(huà)出。整體的受力圖如圖所示。,33,畫(huà)受力圖的步驟,1、根據(jù)已知條件和求解要求確定研究對(duì)象，畫(huà)出研究 對(duì)象的分離體圖。,2、根據(jù)已知條件，在分離體上畫(huà)出主動(dòng)力。,3、根據(jù)約束類(lèi)型，在去掉約束的位置畫(huà)出約束力。,4、檢查受力圖。,34,畫(huà)受力圖應(yīng)注意的問(wèn)題,1、將研究對(duì)象周?chē)募s束一一解除，并根據(jù)解除約束 類(lèi)型代之以相應(yīng)的約束力。,2、可用靜力學(xué)公理，如二力平衡公理、三力平衡匯交 定理、作用與反作用定律等來(lái)確定約束力的方向。,3、正確區(qū)分內(nèi)力和外力，內(nèi)力是系統(tǒng)內(nèi)部各物體之間 的相互作用力,而外力是研究對(duì)象以外的其他物體 對(duì)研