工程力學孔七一配套課件第1章

1、工程力學課程配套工程力學課程配套ppt孔七一孔七一 主編主編2015年年4月月配套圖書書號：配套圖書書號：ISBN 978-7-114-12191-3第一章第一章靜力學基本概念靜力學基本概念第一章第一章 靜力學基本概念靜力學基本概念第一節(jié)第一節(jié) 基本概念基本概念第二節(jié)第二節(jié) 靜力學基本公理靜力學基本公理第三節(jié)第三節(jié) 力矩力矩第四節(jié)第四節(jié) 力偶力偶第五節(jié)第五節(jié) 約束與約束反力約束與約束反力第六節(jié)第六節(jié) 受力圖受力圖主要內容主要內容第一節(jié)第一節(jié) 靜力學基本概念靜力學基本概念一一.力的概念力的概念力力是物體間相互的機械作用。這種作用的效果是使物體的運動狀態(tài)發(fā)生變化是物體間相互的機械作用。這種作用的效

2、果是使物體的運動狀態(tài)發(fā)生變化，同時使物體的形狀發(fā)生改變。，同時使物體的形狀發(fā)生改變。力的外效應力的外效應使物體的運動速度大小或運動方向發(fā)生改變。使物體的運動速度大小或運動方向發(fā)生改變。力的內效應力的內效應使物體產生變形的效應。使物體產生變形的效應。力對物體的作用效果決定于三個要素力對物體的作用效果決定于三個要素：（1）力的大小。）力的大小。表示物體間相互機械作用的強弱程度。表示物體間相互機械作用的強弱程度。（2）力的方向。）力的方向。表示力的作用線在空間的方位和指向。表示力的作用線在空間的方位和指向。（3）力的作用點。）力的作用點。表示力的作用位置。表示力的作用位置。力是一個矢量，用力是一個矢

3、量，用F表示。表示。力的單位力的單位牛頓（牛頓（N）、千牛頓（）、千牛頓（kN）力的作用點 A力的作用線靜力學研究物體在力系作用下的平衡規(guī)律。靜力學研究物體在力系作用下的平衡規(guī)律。力系力系作用在同一物體上的作用在同一物體上的若干個力若干個力。 等效力系等效力系對物體作用效果相同的力系。對物體作用效果相同的力系。合力合力與力系等效的一個力。與力系等效的一個力。平衡力系平衡力系使物體保持平衡的力系。使物體保持平衡的力系。平衡平衡物體的運動狀態(tài)不變。它包括靜止和勻速直線運動。物體的運動狀態(tài)不變。它包括靜止和勻速直線運動。二二.力系的概念力系的概念F F2 2F F4 4F F1 1F F3 3F F

4、作用效果相同作用效果相同第一節(jié)第一節(jié) 靜力學基本概念靜力學基本概念力系力系合力合力F荷載荷載主動作用于結構的外力在工程上統(tǒng)稱為荷載。主動作用于結構的外力在工程上統(tǒng)稱為荷載。 集中荷載集中荷載作用于結構上某點的荷載。指荷載的分布面積遠遠小于結作用于結構上某點的荷載。指荷載的分布面積遠遠小于結構尺寸時的荷載。構尺寸時的荷載。分布荷載分布荷載指分布在結構某一表面上的荷載。指分布在結構某一表面上的荷載。均布荷載均布荷載荷載連續(xù)作用，且大小各處相等的分布荷載。荷載連續(xù)作用，且大小各處相等的分布荷載。 均布面荷載均布面荷載單位面積上承受的均布荷載。單位面積上承受的均布荷載。 均布線荷載均布線荷載單位長度上

5、承受的均布荷載。單位長度上承受的均布荷載。體荷載體荷載指分布在結構整個體積內連續(xù)作用的荷載。指分布在結構整個體積內連續(xù)作用的荷載。 三三.荷載的概念荷載的概念第一節(jié)第一節(jié) 靜力學基本概念靜力學基本概念第二節(jié)第二節(jié) 靜力學基本公理靜力學基本公理公理一公理一 二力平衡公理二力平衡公理剛體在兩個力作用剛體在兩個力作用下保持平衡的必要和充分條件是：此兩力大下保持平衡的必要和充分條件是：此兩力大小相等，方向相反，作用在一條直線上。小相等，方向相反，作用在一條直線上。 二力構件分析示例二力構件分析示例二力構件二力構件只受兩個力作用而處于平衡的構件。只受兩個力作用而處于平衡的構件。注意：二力構件不論其形狀如

6、何，所受兩個力的作用線必沿注意：二力構件不論其形狀如何，所受兩個力的作用線必沿二力作用點的連線。二力作用點的連線。三鉸剛架三鉸剛架第二節(jié)第二節(jié) 靜力學基本公理靜力學基本公理三鉸支架三鉸支架公理二公理二 加減平衡力系公理加減平衡力系公理在作用于剛體的力系在作用于剛體的力系中，加上或去掉一個平衡力系，并不改變原力系對中，加上或去掉一個平衡力系，并不改變原力系對剛體的作用效果。剛體的作用效果。力的可傳性力的可傳性作用在剛體上的力可沿其作用線移動到剛體內任一點，而不改作用在剛體上的力可沿其作用線移動到剛體內任一點，而不改變該力對剛體的作用效果。變該力對剛體的作用效果。令令F1=F2=F 第二節(jié)第二節(jié)

7、靜力學基本公理靜力學基本公理第二節(jié)第二節(jié) 靜力學基本公理靜力學基本公理公理三公理三 平行四邊形公理平行四邊形公理作用于物體上同一點作用于物體上同一點的兩個力，可以合成為一個合力，合力的作用點的兩個力，可以合成為一個合力，合力的作用點也作用于該點，合力的大小和方向用這兩個力為也作用于該點，合力的大小和方向用這兩個力為鄰邊所構成的平行四邊形的對角線表示。鄰邊所構成的平行四邊形的對角線表示。 力的平行四邊形法則力的平行四邊形法則力的三角形法則力的三角形法則第二節(jié)第二節(jié) 靜力學基本公理靜力學基本公理公理四公理四 作用與反作用公理作用與反作用公理兩物體間的作用力兩物體間的作用力和反作用力總是同時存在。兩

8、力的大小相等、方向和反作用力總是同時存在。兩力的大小相等、方向相反，且沿同一直線分別作用在兩個相互作用的物相反，且沿同一直線分別作用在兩個相互作用的物體上。體上。二力構件分析示例二力構件分析示例 二力構件二力構件只受兩個力作用而處于平衡的構件。只受兩個力作用而處于平衡的構件。 二力構件不論其形狀如何，所受兩個力的作用線必沿二力二力構件不論其形狀如何，所受兩個力的作用線必沿二力作用點的連線。作用點的連線。三鉸剛架三鉸剛架第二節(jié)第二節(jié) 靜力學基本公理靜力學基本公理矩心矩心O 力矩的中心力矩的中心。力臂力臂d d矩心到力矩心到力 F F 作用線的垂直距離。作用線的垂直距離。力矩的符號力矩的符號力使物

9、體繞逆時針方向轉動為正，反之為負。力使物體繞逆時針方向轉動為正，反之為負。力矩的單位力矩的單位牛米；千牛米；牛米；千牛米；kNmkNm；NmNm。第三節(jié)第三節(jié) 力矩力矩力矩力矩度量力使物體繞某點轉動效應的物理量。FdFMo)(力矩的性質：力矩的性質：（1 1）力對任一已知點之矩，不會因該力沿作用線移動而改變；）力對任一已知點之矩，不會因該力沿作用線移動而改變；（2 2）力的作用線如通過矩心，則力矩為零；反之，如果一個力其大小不）力的作用線如通過矩心，則力矩為零；反之，如果一個力其大小不為零，而它對某點之矩為零，則此力的作用線必通過該點；為零，而它對某點之矩為零，則此力的作用線必通過該點；（3

10、3）互成平衡的二力對同一點之矩的代數和為零。）互成平衡的二力對同一點之矩的代數和為零。第四節(jié)第四節(jié) 力偶力偶一一.力偶力偶由大小相等、方向相反，作用線互相平行的兩由大小相等、方向相反，作用線互相平行的兩個力組成的特殊力系。力偶的作用效果是使物體繞其重心轉個力組成的特殊力系。力偶的作用效果是使物體繞其重心轉動。動。力偶臂力偶臂力偶的兩力之間的垂直距離力偶的兩力之間的垂直距離d稱為；稱為；力偶的作用面力偶的作用面力偶中兩力所在的平面。力偶中兩力所在的平面。記為：（記為：（ F，F ）二.力偶的三要素力偶的三要素（1）力偶矩的大?。┝ε季氐拇笮　?力偶矩是用來度量力偶對物體轉動效應的物理量。力偶中力

11、的大小與力偶臂的乘積并冠以正負號稱為力偶矩，記為M(F，F)或簡記為M。 力偶矩的單位與力矩相同，也是Nm或kNm。 （2）力偶的轉向力偶的轉向。以逆時針轉向為正，反之為負。（3）力偶的作用面。）力偶的作用面。力偶中兩個力作用線所在的平面?；騀dFFM) ,(FdM力偶的作用面力偶的作用面第四節(jié)第四節(jié) 力偶力偶三.力偶的特性力偶的特性（1）力偶無合力）力偶無合力。即力偶不能用一個力來代替，力偶職能用力偶來平衡 。（2）力偶對其作用面內任一點之矩恒等于力偶矩，力偶對其作用面內任一點之矩恒等于力偶矩，而與矩心位置無關而與矩心位置無關。 （3）力偶的等效性力偶的等效性。在同一平面內的兩個力偶，如果它

12、們的力偶矩大小相等，力偶的轉向相同，則這兩個力偶是等效的。第四節(jié)第四節(jié) 力偶力偶力的平移定理力的平移定理 作用于物體上的力作用于物體上的力F，可以平行移動到剛，可以平行移動到剛體的任一點體的任一點O，但必須同時附加一個力偶，其，但必須同時附加一個力偶，其力偶矩等于原力力偶矩等于原力F 對新作用點對新作用點O的矩。的矩。第五節(jié)第五節(jié) 力的平移定理力的平移定理第六節(jié)第六節(jié) 約束類型與約束反力約束類型與約束反力一一.約束與約束反力的概念約束與約束反力的概念自由體自由體能自由地向空間任意方向運動的物體。非自由體非自由體在空間某一方向運動受到限制的物體。約束約束限制物體運動的其他物體。主動力主動力使物體

13、產生運動或運動趨勢的力。例如重力、風壓力、水壓力、土壓力等。約束反力約束反力約束對于被約束物體的運動起限制作用的力。約束反力的方向總是與約束所能限制的運動方向相反。立柱是橫梁的約束立柱是橫梁的約束橋墩是橋梁的約束橋墩是橋梁的約束二二.柔體約束柔體約束由繩索、鋼絲繩、皮帶鏈條等柔軟不可壓縮的物體構成的約束。約束反力特點：約束反力特點：柔索只能承受拉力，不能抵抗壓力和彎曲。即柔索只能限制物體沿著柔索中心線伸長方向的運動。約束反力過接觸點，沿柔索中心線，是拉力。第六節(jié)第六節(jié) 約束類型與約束反力約束類型與約束反力第六節(jié)第六節(jié) 約束類型與約束反力約束類型與約束反力三三.光滑面約束光滑面約束光滑面約束光滑

14、面約束當不考慮兩物體接觸處的摩擦時，物體接觸面所構成的理想光滑的約束。約束反力特征約束反力特征：通過接觸點，沿公法線方向指向被約束物體，是壓力。 齒輪傳動簡圖齒輪傳動簡圖第六節(jié)第六節(jié) 約束類型與約束反力約束類型與約束反力四四.圓柱形鉸鏈約束圓柱形鉸鏈約束圓柱形鉸鏈約束圓柱形鉸鏈約束兩個構件通過銷釘聯結在一起，銷釘所構兩個構件通過銷釘聯結在一起，銷釘所構成的約束。兩構件只能發(fā)生相對轉動而不會發(fā)生相對移動。成的約束。兩構件只能發(fā)生相對轉動而不會發(fā)生相對移動。約束反力特征：約束反力特征：約束反力過鉸鏈中心，方向不確定，用一對正約束反力過鉸鏈中心，方向不確定，用一對正交分力來表示。交分力來表示。約束約

15、束被約束物體被約束物體被約束物體被約束物體被約束物體被約束物體被約束物體被約束物體被約束物體被約束物體被約束物體被約束物體被約束物體被約束物體第六節(jié)第六節(jié) 約束類型與約束反力約束類型與約束反力 固定鉸鏈支座固定鉸鏈支座圓柱鉸鏈連接的兩個構件中，如果有一個固定不動，就構成固定鉸支座。 約束反力特征約束反力特征：這種支座能限制構件沿圓柱銷半徑方向的移動，而不能限制其轉動，其約束反力與圓柱鉸鏈相同。 第六節(jié)第六節(jié) 約束類型與約束反力約束類型與約束反力可動鉸鏈支座可動鉸鏈支座將鉸鏈支座用幾個輥軸在水平面上即構成可動鉸支座。將鉸鏈支座用幾個輥軸在水平面上即構成可動鉸支座。約束反力特征：約束反力特征：約束

16、反力垂直于支承面且通過銷釘中心，其大小和方向待約束反力垂直于支承面且通過銷釘中心，其大小和方向待定。不能限制被支承構件繞銷釘的轉動和沿支承面方向的運動，而只能定。不能限制被支承構件繞銷釘的轉動和沿支承面方向的運動，而只能阻止構件在垂直于支承面方向向下運動。在附加特殊裝置后，也能阻止阻止構件在垂直于支承面方向向下運動。在附加特殊裝置后，也能阻止其向上運動。其向上運動。鏈桿約束鏈桿約束兩端用銷釘與物體相連且中間不受力（自重忽略不計）的直桿。兩端用銷釘與物體相連且中間不受力（自重忽略不計）的直桿。約束反力特征：約束反力特征：只能限制物體沿著鏈桿中心線的直線運動，指向未定。只能限制物體沿著鏈桿中心線的

17、直線運動，指向未定。 第六節(jié)第六節(jié) 約束類型與約束反力約束類型與約束反力固定端約束固定端約束使物體既不能移動也不能轉動的物體構成的使物體既不能移動也不能轉動的物體構成的 約束。約束。約束反力特征約束反力特征：有一個約束反力大小方向不能確定，用正交分：有一個約束反力大小方向不能確定，用正交分力表示，還有一個約束反力偶，轉向不確定。力表示，還有一個約束反力偶，轉向不確定。第七節(jié)第七節(jié) 受力圖受力圖在研究對象上標出其所受的全部主動力、在研究對象上標出其所受的全部主動力、約束反力的圖形。約束反力的圖形。1.1.確定研究對象確定研究對象2.2.單獨畫出物體的單獨畫出物體的輪廓圖形輪廓圖形3.3.先畫主動

18、力先畫主動力4.4.再畫約束反力再畫約束反力5.5.檢查檢查TANBG例例2.2.畫出畫出ABAB桿的受力圖。桿重為桿的受力圖。桿重為G G 。第七節(jié)第七節(jié) 受力圖受力圖第七節(jié)第七節(jié) 受力圖受力圖例例3.3.三角支架各桿自重不計。已知受力如圖所示，試畫出銷三角支架各桿自重不計。已知受力如圖所示，試畫出銷B B、ABAB桿、桿、BCBC桿的受力圖。桿的受力圖。 學習任務：指出圖示支架中的二力桿件學習任務：指出圖示支架中的二力桿件第七節(jié)第七節(jié) 受力圖受力圖第七節(jié)第七節(jié) 受力圖受力圖物體系統(tǒng)物體系統(tǒng)的受力圖的受力圖學習任務：請分別畫出物體學習任務：請分別畫出物體A A和和B B的受力圖的受力圖NNN1GAGBN2GAGB內力內力