靜力學(xué)的基本概念受力圖修改PPT課件

1、靜力學(xué)靜力學(xué)：研究物體和物體系在力系作用下的平衡條件的科學(xué).1、物體的受力分析：分析物體（包括物體系）受哪些力，每個(gè)力 的作用點(diǎn)位置和力的方向，并畫出物體的受力圖.2、力系的等效替換（或簡(jiǎn)化）：用一個(gè)簡(jiǎn)單力系等效代替一個(gè)復(fù)雜力系.3、建立各種力系的平衡條件：研究作用在物體上的各種力系所需滿足的平衡條件，并應(yīng)用這些條件求解力系中未知力的大小及方向.研究以下三個(gè)問題:機(jī)械運(yùn)動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)：物體在空間的位置隨時(shí)間的變化.平衡平衡：物體相對(duì)慣性參考系（如地面）靜止或作勻速直線運(yùn)動(dòng). .引言第1頁/共64頁工程實(shí)例：高層建筑橋引言第2頁/共64頁工程實(shí)例：海洋鉆井平臺(tái)三峽工程引言第3頁/共64頁第一章第一章

2、 靜力學(xué)的基本概念靜力學(xué)的基本概念 受力圖受力圖第4頁/共64頁1-1力的概念第一章 靜力學(xué)的基本概念 受力圖1-2剛體的概念1-3靜力學(xué)公理1-4約束與約束反力1-5物體的受力分析 受力圖1-4約束與約束反力1-5物體的受力分析 受力圖1-1力的概念1-2剛體的概念1-3靜力學(xué)公理1-1力的概念1-2剛體的概念1-4約束與約束反力1-3靜力學(xué)公理1-1力的概念1-2剛體的概念1-5物體的受力分析 受力圖1-4約束與約束反力1-3靜力學(xué)公理1-1力的概念1-2剛體的概念第5頁/共64頁【本章重點(diǎn)內(nèi)容】第一章 靜力學(xué)的基本概念 受力圖力、剛體的基本概念;靜力學(xué)公理;工程常見約束;物體的受力分析、

3、受力圖.第6頁/共64頁力：力：物體間相互的機(jī)械作用，作用效果使物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變，或者使物體發(fā)生變形.力的三要素：力的三要素：大小、方向、作用點(diǎn)（力是矢量）.力對(duì)物體的作用效果：力的外效應(yīng)：外力作用改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài).這是靜力學(xué)研究的問題.力的內(nèi)效應(yīng)：內(nèi)力作用使物體產(chǎn)生變形.這是材料力學(xué)研究的問題.1-1力的概念力的兩種作用方式：直接作用：例如人推車，兩物體碰撞.場(chǎng)作用： 重力場(chǎng)，萬有引力場(chǎng).第7頁/共64頁常見的力：集中力集中力的單位： 牛頓，以“N” 表示或 千牛，以 “kN”表示.)( N集中力F力的表示: 用一帶箭頭的線段(矢量)表示，力的三要素包含在其中. 用 表示力的矢量

4、，用“F”表示力的大小.F1-1力的概念A(yù)CBD1P2P第8頁/共64頁常見的力：分布力)/( mNq均布力均布力的單位：牛頓/米， 以“N/m” 表示 或 千牛/米，以 “kN/m”表示.1-1力的概念第9頁/共64頁力系：一群力.常見力:)/( mNq均布力)( N集中力平面一般力系：平面匯交力系、力偶系、平行力系；空間一般力系：空間匯交力系、力偶系、平行力系.F1-1力的概念第10頁/共64頁1-2剛體的概念剛體 在力的作用下，其內(nèi)部任意兩點(diǎn)間的距離始終保持不變的物體. 即在力的作用下體積和形狀都不發(fā)生改變的物體. (這是一個(gè)理想化的力學(xué)模型) 原因： 靜力學(xué)主要研究物體的平衡問題，因變

5、形引起的誤差可忽略不計(jì)，故把研究對(duì)象均看作剛體.靜力學(xué)一般稱為“剛體靜力學(xué)”.第11頁/共64頁公理1 二力平衡公理 作用在剛體上的兩個(gè)力，使剛體保持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，且作用在同一直線上.1-3 靜力學(xué)公理這是作用于物體上，對(duì)剛體來說這是剛體平衡的充分必要條件.對(duì)于變形體這個(gè)條件不是充分的.12FFAB1F2F如繩索繩索只能承受拉力，不能承受壓力.第12頁/共64頁二力桿：只在兩個(gè)力作用下處于平衡的構(gòu)件，稱為二力構(gòu)件.1-3 靜力學(xué)公理二力構(gòu)件的受力特點(diǎn)：兩個(gè)力必沿作用點(diǎn)的連線.FFFFFF第13頁/共64頁公理2 加減平衡力系公理在已知力系上加上或減去任意

6、的平衡力系，并不改變?cè)ο祵?duì)剛體的作用.推理1 力的可傳性作用在剛體上的力是滑動(dòng)矢量. 力的三要素為大小、方向和作用線大小、方向和作用線 作用于剛體上某點(diǎn)的力，可以沿著它的作用線移到剛體內(nèi)任意一點(diǎn)，并不改變?cè)摿?duì)剛體的作用.1-3 靜力學(xué)公理=第14頁/共64頁推理1 力的可傳性公理2 加減平衡力系公理1-3 靜力學(xué)公理力的可傳性只適用剛體，不適用變形體.=BFABAFAB第15頁/共64頁推理1 力的可傳性剛 體變形體不可傳性可傳性1-3 靜力學(xué)公理PPPPPPPP第16頁/共64頁公理3 力的平行四邊形法則 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

7、方向，由這兩個(gè)力為邊所構(gòu)成的平行四邊形的對(duì)角線表示，如圖所示.亦可用力三角形求得合力矢1-3 靜力學(xué)公理第17頁/共64頁推理2 三力平衡匯交定理 剛體受不平行的三個(gè)力作用而平衡，則三力作用線必匯交于一點(diǎn)且在同一平面內(nèi).平衡時(shí) 必與 共線則三力必匯交O 點(diǎn)，且共面.3F12F1-3 靜力學(xué)公理第18頁/共64頁公理4 作用和反作用定律 兩個(gè)物體間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，分別作用在這兩個(gè)物體上. . 需要注意：作用與反作用力不是在同一物體上，作用與 反作用力不是平衡力系.1-3 靜力學(xué)公理FF第19頁/共64頁公理5 剛化原理 變形體在某一力系作用下處于平衡，若

8、將此變形體剛化為剛體，其平衡狀態(tài)不變. 此原理表明，剛體的平衡條件是變形體平衡的必要條件，而不是充分條件.1-3 靜力學(xué)公理如繩索第20頁/共64頁約束：對(duì)非自由體的位移起限制作用的物體.約束力：約束對(duì)非自由體的作用力.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1-4 約束和約束反力自由體：能在空間作任意位移的物體.非自由體：位移受到某些限制的物體.一、基本概念第21頁/共64頁由柔軟的繩索、膠帶或鏈條等構(gòu)成的約束.二、工程常見約束1. 柔軟體約束柔索只能受拉力，又稱張力. 用 表示TF1-4 約束和約束反力第22頁/共64頁柔索對(duì)物體的約束力沿著柔索背向被約束物體.膠帶對(duì)輪

9、的約束力沿輪緣的切線方向，為拉力.1-4 約束和約束反力1. 柔軟體約束第23頁/共64頁具有光滑接觸面（線、點(diǎn)）的約束（光滑接觸約束）2. 光滑面約束光滑支承：其對(duì)非自由體的約束力，作用在接觸處，方向沿接觸處的公法線并指向受力物體，故稱為法向約束力，用 表示NF1-4 約束和約束反力第24頁/共64頁齒與齒的嚙合：約束力的方向點(diǎn)、線、面接觸？2. 光滑面約束1-4 約束和約束反力第25頁/共64頁3. 固定鉸鏈約束約束特點(diǎn)：由上面構(gòu)件與地面或機(jī)架固定而成. . 鉸鏈約束是將構(gòu)件和固定支座在連接處鉆上圓孔，再用圓柱形銷子（銷釘）串連起來，使構(gòu)件只能繞銷釘?shù)妮S線轉(zhuǎn)動(dòng). 這種約束稱為固定鉸鏈約束或

10、固定鉸支座.1-4 約束和約束反力第26頁/共64頁RxF RyF 當(dāng)外界載荷不同時(shí)，接觸點(diǎn)會(huì)變，則約束力的大小與方向均有改變可用二個(gè)通過軸心的正交分力 表示yxFF,箭頭指向假設(shè)第27頁/共64頁固定鉸鏈支座約束實(shí)例固定鉸鏈支座約束實(shí)例第28頁/共64頁例剪刀銷釘附屬于某構(gòu)件中間鉸：兩個(gè)構(gòu)件用圓柱形銷釘連接，稱為中間鉸.中間鉸對(duì)構(gòu)件的約束與固定鉸鏈相同.3. 固定鉸鏈約束第29頁/共64頁滑槽與銷釘（雙面約束）注意其它構(gòu)件和銷釘連接有不同的約束形式屬于雙面光滑約束第30頁/共64頁 將構(gòu)件的鉸鏈支座用幾個(gè)輥軸支承在光滑平面上，稱為輥軸支座（活動(dòng)鉸鏈支座或可動(dòng)鉸鏈支座）.約束特點(diǎn)：在上述固定鉸

11、支座與光滑固定平面之間裝有光滑輥軸而成.約束力：構(gòu)件受到垂直與光滑面的約束力.4. 輥軸約束第31頁/共64頁活動(dòng)鉸鏈支座約束實(shí)例第32頁/共64頁5. 軸承約束約束特點(diǎn)： 軸在軸套孔內(nèi)，軸為非自由體、軸套孔為約束.軸承分為：滑動(dòng)軸承和滾動(dòng)軸承.（1） 滑動(dòng)軸承：軸與軸套組成.由于軸在軸套內(nèi)可以轉(zhuǎn)動(dòng)，沿軸線可以滑動(dòng)，所以，約束反力的方向在垂直于軸線的徑向平面內(nèi)，方向不確定，與接觸點(diǎn)有關(guān).約束力：通常用兩個(gè)正交分量表示.1-4 約束和約束反力軸承支座第33頁/共64頁5. 軸承約束約束特點(diǎn)： 與滑動(dòng)軸承一樣.（2） 滾動(dòng)軸承：向心軸承（徑向軸承）；向心推力軸承（徑向止推軸承）.向心軸承：約束力：

12、通常用兩個(gè)正交分量表示.向心推力軸承：約束特點(diǎn)： 有軸向約束力約束力：約束反力用三個(gè)分量表示.1-4 約束和約束反力xFyFxFzFyF第34頁/共64頁（3）可動(dòng)鉸鏈輥軸支座（2）光滑面約束接觸法向約束力NF約束總結(jié)：柔索只能受拉力（張力）.NF（1）柔索約束張力TF平面問題時(shí)： ，空間問題時(shí)： AyFAyAxF,F1-4 約束和約束反力第35頁/共64頁（4）固定鉸鏈 向心止推軸承、球鉸鏈，約束力為約束總結(jié)：平面問題時(shí)： 空間問題時(shí)： AyAxF,F,xyzF F F1-4 約束和約束反力xFyFxFzFyF第36頁/共64頁1-5 物體的受力分析 受力圖 選分離體，在分離體上畫出所有力，

13、即主動(dòng)力和約束反力，這個(gè)圖稱為受力圖.畫受力圖步驟：1、取所要研究物體為研究對(duì)象（分離體）畫其簡(jiǎn)圖一、物體的受力分析 受力圖2、畫所有主動(dòng)力3、按約束性質(zhì)畫出所有約束反力.第37頁/共64頁例1-1 高爐上料車如圖示，已知料車連同載荷共重P，受拉力FT ，試畫出料車的受力圖.解：（1）選取料車為研究對(duì)象（3）畫約束反力 根據(jù)約束的性質(zhì)，畫出約束反力. （2）畫主動(dòng)力1-5 物體的受力分析 受力圖第38頁/共64頁 例1-2 簡(jiǎn)易支架，A、B、C三點(diǎn)為鉸接. 已知重物重量為P，橫梁AD和斜桿BC的重量不計(jì). 試畫AD和BC的受力圖.解1：（1）取桿BC為研究對(duì)象BC桿為二力桿（2）取橫梁AD為研

14、究對(duì)象1-5 物體的受力分析 受力圖第39頁/共64頁 根據(jù)三力平衡匯交定理，第三個(gè)力 的作用線必定通過匯交點(diǎn)E. AF1-5 物體的受力分析 受力圖解2：第40頁/共64頁解：（1）取ACB梁為研究對(duì)象例1- 3連續(xù)梁，已知 和 ，不計(jì)梁重，A、C、B處均為鉸鏈約束.試分別畫出梁ACB、梁AC、梁CB的受力圖. 1F2F（2）取AC梁為研究對(duì)象（3）取CB梁及銷釘C為研究對(duì)象1-5 物體的受力分析 受力圖第41頁/共64頁（4）分析討論（2）取AC梁為研究對(duì)象（3）取CB梁及銷釘C為研究對(duì)象 梁AC、梁CB均在三處受力的作用，能否應(yīng)用三力平衡匯交定理？ 雖然梁AC或梁CB均在三處受力的作用，

15、但是僅僅知道一個(gè)力的方向，不符合三力平衡匯交定理的條件，無法確定A或B處鉸鏈反力方位. 1-5 物體的受力分析 受力圖第42頁/共64頁（4）分析討論 一個(gè)力是內(nèi)力還是外力不是絕對(duì)的，取決于所選取的研究對(duì)象。在整體受力圖中，鉸鏈C的力為內(nèi)力，在AC桿或AB桿的分離體圖中，鉸鏈C的約束力 和 是外力.CxFCyF（2）取AC梁為研究對(duì)象（3）取CB梁及銷釘C為研究對(duì)象1-5 物體的受力分析 受力圖第43頁/共64頁一、基本概念1力是物體間的相互機(jī)械作用，這種作用使物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化，或者使物體發(fā)生變形.力的三要素為：力的大小、力的方向和力的作用點(diǎn).2剛體是指在任何情況下都不發(fā)生變形的物體

16、. 即在力的作用下體積和形狀都不發(fā)生改變的物體.二、靜力學(xué)公理 公理1 二力平衡公理作用于剛體上的兩個(gè)力平衡的必要和充分條件是：這兩個(gè)力大小相等，方向相反，并作用于在同一直線. 二力桿的概念【本章小結(jié)】第44頁/共64頁公理2 加減平衡力系公理在作用于剛體上的任何一個(gè)力系上，加上或減去一個(gè)平衡力系，并不改變?cè)ο祵?duì)剛體的作用效果.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，可以合成為一個(gè)合力. 合力的作用點(diǎn)仍在該點(diǎn)，合力的大小和方向是以這兩個(gè)力為邊所作的平行四邊形的對(duì)角線來表示.公理4 作用和反作用定律兩個(gè)物體間的作用力和反作用力，總是大小相等、方向相反、作用在同一直線，分別作用在兩

17、個(gè)物體上.推理1：力的可傳性推理2：三力平衡必交于一點(diǎn)【本章小結(jié)】第45頁/共64頁三、約束和約束力限制非自由體某些位移的周圍物體，稱為約束.約束對(duì)非自由體施加的力稱為約束力.約束力的方向與該約束所能阻礙的位移方向相反.四、物體的受力分析和受力圖畫物體受力圖時(shí)，首先要明確研究對(duì)象(即取分離體)物體受力分為主動(dòng)力和約束反力；要注意分清內(nèi)力與外力，在受力圖上一般只畫研究對(duì)象所受的外力；還要注意作用力與反作用力之間的相互關(guān)系.【本章小結(jié)】第46頁/共64頁左圖中各物體的受力圖是否有錯(cuò)？如何改正？（3）（4）練習(xí)一第47頁/共64頁（5）第48頁/共64頁解（1）第49頁/共64頁解（2）第50頁/共64頁解（3）第51頁/共