工程力學(xué)第一章 靜力學(xué)基本知識(shí)

1、課堂教學(xué)計(jì)劃教學(xué)日期2011.10.22班別1044-3標(biāo)題第一章靜力學(xué)的基本知識(shí)命令這想要乞求它可以解釋力的概念和力的兩種效應(yīng)可以描述靜力學(xué)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(gè)物體的應(yīng)力圖沉重的要點(diǎn)力的基本概念，靜力學(xué)公理，力圖困難的要點(diǎn)力線圖教學(xué)工具教科書教學(xué)方法課堂教學(xué)報(bào)紙書建立米第一章靜力學(xué)的基本知識(shí)第一節(jié)基本概念第二節(jié)靜力學(xué)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(yīng)力圖教學(xué)過程：綜述：1 .回顧土木工程力學(xué)的研究任務(wù)和研究對(duì)象2.回顧土木工程力學(xué)的力學(xué)模型新課：第一章靜力學(xué)的基本知識(shí)第一節(jié)基本概念一.力1.定義：力是物體之間的機(jī)械相

2、互作用，可以改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。2.力效應(yīng)：運(yùn)動(dòng)效應(yīng)(外部效應(yīng))變形效應(yīng)(內(nèi)部效應(yīng))。3.力的三個(gè)要素：大小、方向和作用點(diǎn)實(shí)踐證明，改變這三個(gè)要素中的任何一個(gè)都會(huì)改變力對(duì)物體的作用。4.力是一個(gè)矢量通常，帶有箭頭的線段代表力的三個(gè)要素。線段的長(zhǎng)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(diǎn)或終點(diǎn)表示力的作用點(diǎn)。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(jiǎn)化或力系統(tǒng)的綜合：用簡(jiǎn)單的力系統(tǒng)代替復(fù)雜的力系統(tǒng)而不改變作用效果的過程。等力系統(tǒng)：對(duì)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(fù)載類型載荷：使結(jié)構(gòu)或部件

3、移動(dòng)或有移動(dòng)趨勢(shì)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(zhǎng)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(xué)的基本公理第一和第二力平衡原理兩個(gè)力平衡的充要條件：兩個(gè)力大小相等，方向相反，作用在同一條直線上。對(duì)于僅在兩個(gè)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(gè)力的作用下處于平衡狀態(tài)，則兩個(gè)力的作用線必須與桿的軸線重合，這稱為雙力桿。不管一個(gè)剛體是什么形狀，

4、如果只有兩個(gè)力作用在它上面并且是平衡的，那么這兩個(gè)力必須滿足兩個(gè)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(dòng)和反應(yīng)的公理作用力和反作用力的公理：兩個(gè)物體之間相互作用的一對(duì)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(gè)相互作用的物體上。力總是成對(duì)出現(xiàn)，作用力和反作用力總是同時(shí)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(gè)不同的物體；在力平衡的條件下，兩個(gè)力作用在同一個(gè)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(diǎn)上的兩個(gè)力可以結(jié)合成作用在該點(diǎn)上的合力。合力的大小和方向可以用相鄰邊形成

5、的兩個(gè)平行四邊形的對(duì)角線來表示。合成矢量等于這兩個(gè)力矢量的幾何和(矢量和)。平行四邊形法則是力系簡(jiǎn)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(huì)改變?cè)ο到y(tǒng)對(duì)剛體的影響。這是因?yàn)橐粋€(gè)平衡的力系統(tǒng)作用在物體上，并且每個(gè)力在剛體上的作用相互抵消，所以可以進(jìn)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(dòng)到剛體中的任何一點(diǎn)，而不會(huì)改變?cè)摿?duì)剛體的影響。對(duì)于剛體，力的三個(gè)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(dòng)效果取決于力的大小和方向；旋轉(zhuǎn)效

6、應(yīng)-取決于扭矩的大小和方向。旋轉(zhuǎn)效應(yīng)-取決于扭矩的大小和方向。力矩：它是一個(gè)物理量，用來測(cè)量力對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)物體的影響。力和力臂的乘積Fd，加上符號(hào)，表示力F使物體繞O點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的效果，稱為力F到O點(diǎn)的力矩，用符號(hào)mo(F)或mo表示。2.方向一般規(guī)則：使物體逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的力矩是正的；否則就是負(fù)面的。因此，作用在一點(diǎn)上的力矩是一個(gè)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(shí)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(jì)算通過解釋書P47-48案例2-4和2-5進(jìn)行解

7、釋。第三，合成力矩定理定理：平面相交力系的合力對(duì)平面中任意一點(diǎn)的力矩等于所有分量對(duì)同一點(diǎn)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(duì)物體產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)效果，而不產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)效果。兩個(gè)力位于力偶中的平面稱為力偶作用平面，兩個(gè)力作用線之間的垂直距離d稱為力偶臂。第二，力偶矩的計(jì)算力偶對(duì)物體的旋轉(zhuǎn)效應(yīng)取決于力偶中力臂的大小和力偶的轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，在力學(xué)中，乘積Fd加上-符號(hào)被用作測(cè)量物體上力偶的旋轉(zhuǎn)效應(yīng)的物理量，這被稱為力偶力矩，用符號(hào)m(F，F(xiàn))或m表示，即，或者上述公式表明力偶力矩是一個(gè)世代數(shù)，其絕對(duì)值等于李大小與力臂的乘積，

8、符號(hào)表示力偶的轉(zhuǎn)動(dòng)。通常，當(dāng)力偶逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，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(dòng)，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(shí)踐證明，力偶對(duì)物體的影響由力偶力矩的大小、力偶的轉(zhuǎn)動(dòng)和力偶作用面的方向三個(gè)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(duì)其作用平面上任意點(diǎn)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(duì)其作用平面上任意點(diǎn)的力矩，計(jì)算輸出力偶對(duì)該點(diǎn)的兩個(gè)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(duì)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(jià)的。這就是所謂的夫婦對(duì)等。2.推理(1)力偶可以在其作用平面內(nèi)任意移動(dòng)，而不影響其對(duì)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(yīng)力偶臂的長(zhǎng)度可以任意改變約束：預(yù)先對(duì)非自由體的某些位移施加的約束稱為約束。限制對(duì)象移動(dòng)的其他對(duì)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(duì)象的位移方向相反；作用點(diǎn)在對(duì)象接觸約束的點(diǎn)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(dòng)，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(yuǎn)離柔性纜的運(yùn)動(dòng)，而不能限制物體沿其他方向的運(yùn)動(dòng)，因此它們的約束反作用力作用在接觸點(diǎn)上，并且方向偏離物體沿繩索的方向。繩索對(duì)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(diǎn)上，并指向受力對(duì)象。這種約束反應(yīng)稱為正常反應(yīng)。與FN。在現(xiàn)實(shí)生活中，理想的光滑表面并不存在。當(dāng)接觸面的摩擦力非常小，在研究中可以忽略不計(jì)時(shí)，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(gè)圓柱銷插入兩個(gè)物體的圓孔中組成的。約束特征：當(dāng)物體有運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，銷釘與圓孔壁肯定會(huì)在

11、某處接觸，約束反作用力肯定會(huì)通過這個(gè)接觸點(diǎn)。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(dòng)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(duì)象沿鏈條中心線的移動(dòng)，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(gè)構(gòu)件中的一個(gè)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(yùn)動(dòng)，但不能限制其轉(zhuǎn)動(dòng)，其約束反力與圓柱鉸鏈相同。(3)活動(dòng)鉸鏈支架通過用n個(gè)滾輪將鉸鏈支撐件支撐在水平面上來形成可移動(dòng)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(dòng)，而只能防止構(gòu)件在垂直于支撐表面的方向上向下移動(dòng)。安裝了特殊裝置后，它還可以防止其向上移動(dòng)?；顒?dòng)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(yùn)動(dòng)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(gè)約束反作用力來防止旋轉(zhuǎn)。第7節(jié)應(yīng)力圖解決力學(xué)問題時(shí)，首先要選擇要研究的對(duì)象，即選擇研究對(duì)象；然后，根據(jù)已知的條件、約束類型、基本概念和公理，對(duì)受力情況進(jìn)行分析。這個(gè)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(fēng)力、氣壓等。兩種類型是：驅(qū)動(dòng)力，即約束反

13、作用力。分析方法:取分離體，畫出應(yīng)力圖。首先，單個(gè)物體的應(yīng)力圖繪制物體應(yīng)力圖的主要步驟如下：(1)選擇研究對(duì)象；(2)取出分離的身體；提取驅(qū)動(dòng)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(shí)施例1-1、1-2、1-3和1-4給出詳細(xì)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(jī)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(yīng)該注意物體之間的機(jī)械相互作用。因此，對(duì)于受力體施加的每一個(gè)力，都應(yīng)該明確指出是哪個(gè)受力體施加的。3.不要畫錯(cuò)方向約束反作用力的方向必須嚴(yán)格按照約束的類型來畫，不能簡(jiǎn)單地憑直覺或根據(jù)主力的方向來推斷。在分析兩個(gè)物體之間的作用力和反作用力時(shí)，應(yīng)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(yīng)畫錯(cuò)。4.應(yīng)力圖不再受約束。也就是說，應(yīng)力圖必須畫在分離體上。5.應(yīng)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，