理論力學(xué)靜力學(xué)公理受力分析.ppt

1,第一章 靜力學(xué)基本公理 和物體的受力分析,2,11 靜力學(xué)的基本概念 12 靜力學(xué)公理 13 力系的等效 14 平面力矩和平面力偶 15 約束與約束反力 16 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,3,力的單位： 國際單位制：牛頓(N) 千牛頓(kN),靜力學(xué),第一章 靜力學(xué)基本公理和物體的受力分析,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，這種作用使物體的 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和形狀發(fā)生改變。,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),4,靜力學(xué),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， 我們稱這個(gè)力系為平衡力系。,是指物體相對于慣性參考系保持靜止或作勻速直線運(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,5,靜力學(xué),1-2 靜力學(xué)基本公理,公理1 二力平衡公理,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 作用線共線。,6,靜力學(xué),說明：對剛體來說，上面的條件是充要的,二力體：只在兩個(gè)力作用下平衡的剛體叫二力體。,對變形體來說，上面的條件只是必要條件(或多體中),二力桿,7,靜力學(xué),在已知力系上加上或減去任意一個(gè)平衡力系，并不改變原力系對剛體的作用。,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)，而不改變該力對剛體的效應(yīng)。,因此，對剛體來說，力作用三要素為：大小，方向，作用線,公理2 加減平衡力系原理,8,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角線來表示。,推論2：三力平衡匯交定理,9,靜力學(xué),公理4 作用力和反作用力定律,等值、反向、共線、異體、且同時(shí)存在。,證 為平衡力系， 也為平衡力系。 又 二力平衡必等值、反向、共線， 三力 必匯交，且共面。,例 吊燈,10,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。,11,如果兩個(gè)力系作用效果等價(jià)，就稱這兩個(gè)力系為等效力系。 靜力學(xué)的基本任務(wù)就是將力系將力系簡化并分析其平衡，簡言之，就是力系的簡化和平衡。 所謂力系的簡化，就是將一個(gè)給定的復(fù)雜力系轉(zhuǎn)化為一個(gè)簡單的等效力系。實(shí)際上平行四邊形規(guī)則就是一種力系等效規(guī)則。,1-3 力系的等效,12,1-4 平面力矩和平面力偶,力矩是力學(xué)中最基本的概念之一，它是度量力對物體的轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)的物理量。力對物體的轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)不僅與力的大小和方向有關(guān)，而且還決定于力的作用線在空間的位置。,13,2.平面力偶,力偶中二力作用線所確定的平面稱為力偶的作用面，二力作用線之間的垂直距離稱為力偶臂。,兩個(gè)大小相等，方向相反且不共線的平行力組成的力系。力偶既沒有合力，本身又不平衡，是一個(gè)基本力學(xué)量。,14,b)在保持力偶矩不變的情況下，可以任意改變力和力臂的大小。 由此即可方便地進(jìn)行力偶的合成。,平面力偶等效定理,同一平面內(nèi)的二個(gè)力偶，只要其力偶矩相等，則二力偶等效。,15,靜力學(xué),約束反力：約束給被約束物體的作用力叫約束反力，簡稱 反力。,1-5 約束與約束反力,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：對非自由體的某些位移起限制作用的條件稱為約束。 （即構(gòu)成限制條件的物體。）,16,靜力學(xué),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)。,約束反力特點(diǎn)：,G,17,靜力學(xué),繩索類只能受拉，所以它們的約束反力是作用在接觸點(diǎn)，方向沿繩索背離物體。,二、約束類型和確定約束反力方向的方法：,1.柔性約束由柔軟的繩索、鏈條或皮帶構(gòu)成的約束,18,靜力學(xué),19,纜 索,FR,20,纜 索,21,纜 索,22,靜力學(xué),約束反力作用在接觸點(diǎn)處，方向沿公法線，指向受力物體,2.光滑接觸面的約束 (光滑指摩擦不計(jì)),23,光 滑 面 約 束,24,光 滑 面 約 束,FR,25,齒 輪 嚙 合 力,26,齒 輪 嚙 合 力,27,靜力學(xué),3.光滑圓柱鉸鏈約束,圓柱鉸鏈,28,靜力學(xué),A,A,29,30,31,32,33,靜力學(xué),滑槽與銷釘 （雙面約束）,34,靜力學(xué),二 力 桿,35,靜力學(xué),固定鉸支座,36,靜力學(xué),固定鉸支座,37,滾珠(柱)軸承,38,靜力學(xué), 活動(dòng)鉸支座（輥軸支座）,N的實(shí)際方向也可能向下,39,靜力學(xué),活動(dòng)鉸支座（輥軸支座）,40,固定端（插入端）約束,在工程中常見的,雨 搭,車 刀, YA, XA, MA為固定端 約束反力; YA, XA限制物體平動(dòng), MA為限制轉(zhuǎn)動(dòng)。,41,靜力學(xué),一、受力分析,1-4 物體的受力分析和受力圖,在受力圖上應(yīng)畫出所有力，主動(dòng)力和約束力（被動(dòng)力）,畫受力圖步驟：,1、取所要研究物體為研究對象（隔離體）畫出其簡圖,2、畫出所有主動(dòng)力,3、按約束性質(zhì)畫出所有約束（被動(dòng)）力,42,受 力 分 析 示 例 (1),43,取 分 離 體，畫主動(dòng)力,W,44,畫約束力,45,受 力 分 析 示 例 (2),確定A、B二處的約束力,46,取 分 離 體,畫 受 力 圖,47,靜力學(xué),受 力 分 析 示 例 (3),48,靜力學(xué),例4 尖點(diǎn)問題,應(yīng)去掉約束,應(yīng)去掉約束,49,靜力學(xué),例5 畫出下列各構(gòu)件的受力圖,說明：三力平衡必匯交當(dāng)三力平行時(shí)，在無限遠(yuǎn)處匯交，它是一種特殊情況。,50,靜力學(xué),例6 畫出下列各構(gòu)件的受力圖,51,例1-6 構(gòu)架結(jié)構(gòu)，載荷為P。A、B為固定鉸，C為中間鉸，鋼繩一端拴在D，另一端繞過滑輪C、H拴在銷釘C上。,52,靜力學(xué),畫出下列各構(gòu)件的受力圖,受 力 分 析 示 例 (7),53,靜力學(xué),54,靜力學(xué),55,請思考：分析下列結(jié)構(gòu)中各構(gòu)件的受力; 討論哪些構(gòu)件屬于二力構(gòu)件與 三力匯交,56,思考題,求圖中鉸鏈C的約束反力時(shí)，可否將作用在桿AC上D點(diǎn)的力P沿其作用線移動(dòng)至E點(diǎn)，變成力P？,57,58,思考題,如圖所示，力P作用在銷釘上，試問銷釘C對桿AC的作用力與銷釘C對桿BC的作用力是否等值、反向、共線？為什么？,59,A,B,C,P,Q,60,靜力學(xué),三、畫受力圖應(yīng)注意的問題,除重力、電磁力外，物體之間只有通過接觸才有相互機(jī)械作用力，要分清研究對象（受力體）都與周圍哪些物體（施力體）相接觸，接觸處必有力，力的方向由約束類型而定。,2、不要多畫力,要注意力是物體之間的相互機(jī)械作用。因此對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。