理論力學1a全本課件第1章緒論課件

1,理論力學教程,河北工業(yè)大學 工程力學系,2,一、理論力學的研究對象和內容,理論力學：研究物體機械運動一般規(guī)律的科學。,機械運動：物體在空間的位置隨時間的改變。,研究內容：速度遠小于光速的宏觀物體機械運動，以伽利略和牛頓總結的基本規(guī)律為基礎，屬于古典力學的范疇。,3,二、理論力學的研究方法,觀察和實驗,力學最基本規(guī)律,理論體系,用于實際,力學模型,剛體、質點、彈簧質點、彈性體等,4,三、理論力學的學習目的,1.現(xiàn)代工程技術所必須的理論基礎:如自動化、宇宙飛行等,2.專業(yè)的需要，后繼課程的基礎。,四、理力與物理學的區(qū)別,、理論力學理論性更強,2、理論力學研究質點系（剛體），物理學主要研究質點。,3、理論力學研究機構或結構的運動分析。,3.學會一種研究方法。,5,理論力學教程,河北工業(yè)大學 工程力學系,第一篇 靜力學,8,第1章 靜力學公理與物體受力分析,力的單位： 國際單位制：牛頓(N) 千牛頓(kN),1-1 靜力學基本概念,一、力的概念,1定義：力是物體間的相互機械作用，這種作用可以改變 物體的運動狀態(tài)。,2. 力的效應： 運動效應(外效應) 變形效應(內效應)。,3. 力的三要素：大小，方向，作用點,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， 我們稱這個力系為平衡力系。,10,是指物體相對于慣性參考系保持靜止或作勻速直線 運動的狀態(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 靜力學基本公理,公理：是人類經過長期實踐和經驗而得到的結論，它被反復的實踐所驗證，是無須證明而為人們所公認的結論。,作用于剛體上的兩個力，使剛體平衡的必要與充分條件是： 這兩個力大小相等 | F1 | = | F2 | 方向相反 F1 = F2 作用線共線， 作用于同一個物體上。,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的任一點， 而不改變該力對剛體的效應。,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,13,剛體受三力作用而平衡，若其中兩力作用線匯交于一點，則另一力的作用線必匯交于同一點，且三力的作用線共面。（必共面，在特殊情況下，力在無窮遠處匯交平行力系。）,公理3 力的平行四邊形法則,作用于物體上同一點的兩個力可合成一個合力，此合力也作用于該點，合力的大小和方向由以原兩力矢為鄰邊所構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,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， 三力 必匯交，且共面。,作用力和反作用力總是同時存在，同時消失，等值、反向、共線，作用在相互作用的兩個物體上,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：對非自由體的某些位移預先施加的限制條件稱為約束。 （這里，約束是名詞，而不是動詞的約束。）,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； 作用點在物體與約束相接觸的那一點。,約束力特點：,19,工程中常見的約束類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、鏈條或皮帶構成的約束,特點：繩索類 只能承受拉力。,約束力方向： 沿繩索的中心線方向背離被約束的物體。,約束力: 作用在接觸點,20,約束力 作用在接觸點處 方向 沿接觸處的公法線，指向受力物體,2.光滑接觸面的約束 (光滑指摩擦不計),21,3.光滑圓柱鉸鏈約束,22,固定鉸支座,23,滑動鉸支座（輥軸支座）,N的實際方向也可以向下,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,在受力圖上應畫出所有力，主動力和約束力（被動力）,畫受力圖步驟：,3、按約束性質根據(jù)約束類型，在去掉約束的地方畫出 約束力,1、根據(jù)已知條件和求解要求確定研究對象，畫出分離 體圖。,2、畫出所有主動力,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 、畫出重物O所受的主 動力W。,28,3、畫出重物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：圖示三鉸拱結構，在拱 BC上作用有已知載荷F。 不計各拱自重。,解：,1、取左半拱AC為研究對象，畫 出其分離體圖。拱AC 為二力 構件，A、C 處分別受FA、FC 作用，且 FAFC，假設方 向如圖所示。,求： 分別畫出拱AC和BC的 受力圖。,30,2 、再取右半拱BC為研究對象。作用在拱BC上有主動力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兩點連線，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，電機重為G2。,解：,1、由于自重不計，CD為二 力桿，約束力FC和FD沿 CD連線，如圖所示。,求：畫出斜桿CD,水平梁AB(含 電機)和三角架整體的受力圖。,32,2 、水平梁AB(包括電機) ， 主動力有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，主動力有G1和G2 ；約束力FC、FAx和FAy。鉸鏈D處的力為內約束力，故不用畫出。整體的受力圖如圖所示。,33,畫受力圖的步驟,1、根據(jù)已知條件和求解要求確定研究對象，畫出研究 對象的分離體圖。,2、根據(jù)已知條件，在分離體上畫出主動力。,3、根據(jù)約束類型，在去掉約束的位置畫出約束力。,4、檢查受力圖。,34,畫受力圖應注意的問題,1、將研究對象周圍的約束一一解除，并根據(jù)解除約束 類型代之以相應的約束力。,2、可用靜力學公理，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確定約束力的方向。,3、正確區(qū)分內力和外力，內力是系統(tǒng)內部各物體之間 的相互作用力,而外力是研究對象以外的其他物體 對研