工程力學第一章 靜力學基本知識

1、課堂教學計劃教學日期2011.10.22班別1044-3標題第一章靜力學的基本知識命令這想要乞求它可以解釋力的概念和力的兩種效應可以描述靜力學的基本公理約束反作用力根據(jù)約束類型確定能夠畫出單個物體的應力圖沉重的要點力的基本概念，靜力學公理，力圖困難的要點力線圖教學工具教科書教學方法課堂教學報紙書建立米第一章靜力學的基本知識第一節(jié)基本概念第二節(jié)靜力學的基本公理第三節(jié)扭矩第四節(jié)情侶第五節(jié)力的平移定理第6節(jié)約束和約束反作用力第7節(jié)應力圖教學過程：綜述：1 .回顧土木工程力學的研究任務和研究對象2.回顧土木工程力學的力學模型新課：第一章靜力學的基本知識第一節(jié)基本概念一.力1.定義：力是物體之間的機械相

2、互作用，可以改變物體的運動狀態(tài)。2.力效應：運動效應(外部效應)變形效應(內(nèi)部效應)。3.力的三個要素：大小、方向和作用點實踐證明，改變這三個要素中的任何一個都會改變力對物體的作用。4.力是一個矢量通常，帶有箭頭的線段代表力的三個要素。線段的長度(根據(jù)選定的比例)表示力的大小；線段的方向和箭頭指示力的方向；箭頭線段的起點或終點表示力的作用點。5.力的單位：國際單位制：牛頓或千牛頓第二，武力系統(tǒng)力系統(tǒng)：指作用在物體上的一組力。力系統(tǒng)的簡化或力系統(tǒng)的綜合：用簡單的力系統(tǒng)代替復雜的力系統(tǒng)而不改變作用效果的過程。等力系統(tǒng)：對物體有相同作用的力系統(tǒng)。保持物體平衡的力系統(tǒng)。第三，負載類型載荷：使結(jié)構(gòu)或部件

3、移動或有移動趨勢的主要力在工程中稱為載荷。根據(jù)作用范圍，荷載可分為集中荷載和分散荷載。集中載荷(集中力):作用在其上的力。分布載荷(分布力):該力具有大的作用面積。(車身載荷、表面載荷)單位長度的力稱為輸出端分布力的載荷集中，通常用q表示，單位為N/m或kn/m。如果q是常數(shù)，分布力稱為均勻載荷，否則為非均勻載荷。第二節(jié)靜力學的基本公理第一和第二力平衡原理兩個力平衡的充要條件：兩個力大小相等，方向相反，作用在同一條直線上。對于僅在兩個力的作用下處于平衡狀態(tài)的剛體，它被稱為雙力構(gòu)件。如果直桿僅在兩個力的作用下處于平衡狀態(tài)，則兩個力的作用線必須與桿的軸線重合，這稱為雙力桿。不管一個剛體是什么形狀，

4、如果只有兩個力作用在它上面并且是平衡的，那么這兩個力必須滿足兩個力的平衡條件。兩力平衡的公理只適用于剛體，不適用于變形體。第二，行動和反應的公理作用力和反作用力的公理：兩個物體之間相互作用的一對力總是具有相同的大小和相反的方向，并且沿著相同的直線作用在兩個相互作用的物體上。力總是成對出現(xiàn)，作用力和反作用力總是同時存在。作用和反作用之間的關(guān)系本質(zhì)上不同于兩種力的平衡狀態(tài)：作用力和反作用力分別作用于兩個不同的物體；在力平衡的條件下，兩個力作用在同一個物體上，它們就是平衡力。第三，平行四邊形法則平行四邊形法則：作用在物體上同一點上的兩個力可以結(jié)合成作用在該點上的合力。合力的大小和方向可以用相鄰邊形成

5、的兩個平行四邊形的對角線來表示。合成矢量等于這兩個力矢量的幾何和(矢量和)。平行四邊形法則是力系簡化的基礎(chǔ)。第四，加減平衡力系統(tǒng)的公理加減平衡力系統(tǒng)公理：任何平衡力系統(tǒng)的增減都不會改變原力系統(tǒng)對剛體的影響。這是因為一個平衡的力系統(tǒng)作用在物體上，并且每個力在剛體上的作用相互抵消，所以可以進行力系統(tǒng)的等效變換。這是研究力系等效變換的重要基礎(chǔ)。推理：作用在剛體上的力可以沿著它的作用線移動到剛體中的任何一點，而不會改變該力對剛體的影響。對于剛體，力的三個要素：大小、方向和作用線力的可傳遞性僅適用于剛體，不適用于可變形體。第三節(jié)扭矩首先，扭矩的概念1、概念力可以產(chǎn)生：移動效果取決于力的大小和方向；旋轉(zhuǎn)效

6、應-取決于扭矩的大小和方向。旋轉(zhuǎn)效應-取決于扭矩的大小和方向。力矩：它是一個物理量，用來測量力對轉(zhuǎn)動物體的影響。力和力臂的乘積Fd，加上符號，表示力F使物體繞O點旋轉(zhuǎn)的效果，稱為力F到O點的力矩，用符號mo(F)或mo表示。2.方向一般規(guī)則：使物體逆時針旋轉(zhuǎn)的力矩是正的；否則就是負面的。因此，作用在一點上的力矩是一個代數(shù)量。并記錄為：其中：O力矩中心，即旋轉(zhuǎn)中心；D力臂，即從力的作用線到力矩中心的垂直距離。3.單位扭矩單位：牛頓米(Nm)或千牛頓米(kNm)。4.特殊情況扭矩為零時有兩種情況：(1)力等于零。(2)力的作用線穿過質(zhì)心。二、扭矩的計算通過解釋書P47-48案例2-4和2-5進行解

7、釋。第三，合成力矩定理定理：平面相交力系的合力對平面中任意一點的力矩等于所有分量對同一點的力矩的代數(shù)和。那就是：第四節(jié)情侶首先，夫婦的概念力偶：由大小相等、方向相反的平行力組成的力系稱為力偶，記錄為(f，f)。偶只對物體產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)效果，而不產(chǎn)生運動效果。兩個力位于力偶中的平面稱為力偶作用平面，兩個力作用線之間的垂直距離d稱為力偶臂。第二，力偶矩的計算力偶對物體的旋轉(zhuǎn)效應取決于力偶中力臂的大小和力偶的轉(zhuǎn)動。因此，在力學中，乘積Fd加上-符號被用作測量物體上力偶的旋轉(zhuǎn)效應的物理量，這被稱為力偶力矩，用符號m(F，F(xiàn))或m表示，即，或者上述公式表明力偶力矩是一個世代數(shù)，其絕對值等于李大小與力臂的乘積，

8、符號表示力偶的轉(zhuǎn)動。通常，當力偶逆時針旋轉(zhuǎn)時，力偶力矩為正；否則，它就是消極的。力歐可以用力臂和力臂表示，也可以用帶箭頭的圓弧表示，箭頭表示力臂的轉(zhuǎn)動，m表示力臂力矩的大小。偶矩的單位是Nm或kNm，與例句相同。實踐證明，力偶對物體的影響由力偶力矩的大小、力偶的轉(zhuǎn)動和力偶作用面的方向三個因素決定。三、夫婦的基本屬性1.基本屬性(1)力偶沒有合力，即力偶不能被力代替。(2)力偶對其作用平面上任意點的力矩總是等于力偶力矩，這與力矩中心的位置無關(guān)，也就是說，如果你想得到力偶對其作用平面上任意點的力矩，計算輸出力偶對該點的兩個力的力矩的代數(shù)和，等于力偶力矩。(3)如果在同一平面上的兩對力偶的力偶矩相等

9、，并且它們的匝數(shù)相同，則它們是等價的。這就是所謂的夫婦對等。2.推理(1)力偶可以在其作用平面內(nèi)任意移動，而不影響其對剛體的作用效果。只要力偶的扭矩和轉(zhuǎn)向保持不變，力偶中的力和相應力偶臂的長度可以任意改變約束：預先對非自由體的某些位移施加的約束稱為約束。限制對象移動的其他對象通常稱為約束。約束反作用力：施加在被約束物體上的力稱為約束反作用力。約束反作用力的方向必須與約束可以阻擋的位移方向相反。約束反作用力的特征：(1)大小通常未知；(2)方向總是與被約束對象的位移方向相反；作用點在對象接觸約束的點上。二、常見的約束類型及其反作用力1.柔性電纜約束由諸如繩索、鏈條和膠帶等柔性體組成的約束都是柔性

10、電纜約束。繩索只能被拉動，但不能承受壓力和彎曲，也就是說，它們只能限制物體沿柔性纜中心線遠離柔性纜的運動，而不能限制物體沿其他方向的運動，因此它們的約束反作用力作用在接觸點上，并且方向偏離物體沿繩索的方向。繩索對物體的約束反作用力拉力。2.光滑表面約束約束反作用力是一種壓力，它沿著接觸面的公共法線作用在接觸點上，并指向受力對象。這種約束反應稱為正常反應。與FN。在現(xiàn)實生活中，理想的光滑表面并不存在。當接觸面的摩擦力非常小，在研究中可以忽略不計時，接觸面可以被視為光滑表面。3.圓柱鉸鏈約束圓柱鉸鏈(鉸鏈)是由一個圓柱銷插入兩個物體的圓孔中組成的。約束特征：當物體有運動趨勢時，銷釘與圓孔壁肯定會在

11、某處接觸，約束反作用力肯定會通過這個接觸點。圓柱鉸鏈的約束反力在垂直于銷軸的平面內(nèi)通過銷軸的中心，但方向未定。(書P18圖1-10)工程中使用的鉸鏈約束裝置包括鏈桿約束、固定鉸鏈支撐和活動鉸鏈支撐。(1)鏈桿約束鏈桿約束：兩端用銷釘與物體連接，中間不受壓的直桿。此約束只能限制對象沿鏈條中心線的移動，并且方向不確定。(2)固定鉸鏈支架如果由圓柱鉸鏈連接的兩個構(gòu)件中的一個被固定，它將形成固定的鉸鏈支撐。這種軸承只能限制構(gòu)件沿圓柱銷半徑方向的運動，但不能限制其轉(zhuǎn)動，其約束反力與圓柱鉸鏈相同。(3)活動鉸鏈支架通過用n個滾輪將鉸鏈支撐件支撐在水平面上來形成可移動鉸鏈支撐件。這種支撐不能限制被支撐構(gòu)件圍

12、繞銷的旋轉(zhuǎn)和沿著支撐表面的移動，而只能防止構(gòu)件在垂直于支撐表面的方向上向下移動。安裝了特殊裝置后，它還可以防止其向上移動。活動鉸鏈軸承的約束反作用力垂直于軸承表面并穿過銷的中心，其大小和方向是不確定的。(4)固定端支架固定端支撐：它限制構(gòu)件在任何方向的運動和旋轉(zhuǎn)。固定端軸承不僅產(chǎn)生水平和垂直的約束反作用力，而且有一個約束反作用力來防止旋轉(zhuǎn)。第7節(jié)應力圖解決力學問題時，首先要選擇要研究的對象，即選擇研究對象；然后，根據(jù)已知的條件、約束類型、基本概念和公理，對受力情況進行分析。這個過程叫做物體的受力分析。作用在物體上的力有以下幾種：一種是主要的力，如重力、風力、氣壓等。兩種類型是：驅(qū)動力，即約束反

13、作用力。分析方法:取分離體，畫出應力圖。首先，單個物體的應力圖繪制物體應力圖的主要步驟如下：(1)選擇研究對象；(2)取出分離的身體；提取驅(qū)動力；繪制約束反作用力。闡明力之間的關(guān)系(如平衡力、作用力和反作用力)將結(jié)合書P23-24、實施例1-1、1-2、1-3和1-4給出詳細解釋。二.物體系統(tǒng)的力圖*T除了重力和電磁力，物體之間只有通過接觸才能產(chǎn)生相互的機械力。必須區(qū)分物體周圍的哪些物體(施力物體)與物體接觸，接觸的地方必須牢固，力的方向取決于約束類型。2.不要吸取更多的力量應該注意物體之間的機械相互作用。因此，對于受力體施加的每一個力，都應該明確指出是哪個受力體施加的。3.不要畫錯方向約束反作用力的方向必須嚴格按照約束的類型來畫，不能簡單地憑直覺或根據(jù)主力的方向來推斷。在分析兩個物體之間的作用力和反作用力時，應該注意的是，一旦確定了作用力的方向，反作用力的方向必須與之相反，箭頭方向不應畫錯。4.應力圖不再受約束。也就是說，應力圖必須畫在分離體上。5.應力圖上只畫外力，不畫內(nèi)力。一種力，無論是外力還是內(nèi)力，