靜力學(xué)基本概念

1、工程力學(xué)（靜力學(xué)與材料力學(xué)）1第一章 靜力學(xué)基本概念與受力分析1 1 靜力學(xué)基本概念2 2 約束與約束力3 3 受力圖工程力學(xué)（靜力學(xué)與材料力學(xué)）21 靜力學(xué)基本概念 剛體：剛體：在力作用下不變形的物體，即剛體內(nèi)部任意兩點間在力作用下不變形的物體，即剛體內(nèi)部任意兩點間的距離保持不變。的距離保持不變。 平衡：平衡：物體相對慣性參考系靜止或作勻速直線平移。物體相對慣性參考系靜止或作勻速直線平移。工程力學(xué)（靜力學(xué)與材料力學(xué)）1 靜力學(xué)基本概念 等效力系等效力系: 對同一對同一剛體剛體產(chǎn)生相同作用效應(yīng)的力系產(chǎn)生相同作用效應(yīng)的力系,2121mnPPPFFF 力力 系：系： 作用在物體上的一組力作用在物體

2、上的一組力,21nFFF,R21FFFFn 合力合力: 與某力系等效的力與某力系等效的力 平衡力系平衡力系: 作用于剛體上使作用于剛體上使剛體保持平衡剛體保持平衡的力系的力系,210FFFn1F2FnF3F1P2PmP工程力學(xué)（靜力學(xué)與材料力學(xué)）41 靜力學(xué)基本概念力的作用效應(yīng)力的作用效應(yīng) 內(nèi)效應(yīng)內(nèi)效應(yīng): 物體的變形。物體的變形。 外效應(yīng)外效應(yīng): 物體運動狀態(tài)的改變。物體運動狀態(tài)的改變。注意：注意： 力作用于可變形的物體時，既力作用于可變形的物體時，既有內(nèi)效應(yīng)，也可能有外效應(yīng)。有內(nèi)效應(yīng)，也可能有外效應(yīng)。1. 力作用于剛體時，不會有內(nèi)效力作用于剛體時，不會有內(nèi)效應(yīng)，只可能有外效應(yīng)。應(yīng)，只可能有外

3、效應(yīng)?！坝職馓栍職馓枴被鹦翘綔y器火星探測器著陸裝置著陸裝置工程力學(xué)（靜力學(xué)與材料力學(xué)）52 約束與約束力自由體自由體：可以在空間任意運動的物體可以在空間任意運動的物體非自由體非自由體：運動受到某些限制的物體運動受到某些限制的物體工程力學(xué)（靜力學(xué)與材料力學(xué)）62 約束與約束力約約 束束：限制物體運動的條件。限制物體運動的條件。約束體：約束體：約束約束非自由體非自由體運動的物體。運動的物體。列車是非自由體列車是非自由體鐵軌是約束體鐵軌是約束體約束力：約束力：約束體作用在非自由體上的力。約束體作用在非自由體上的力。鐵軌作用在車輪鐵軌作用在車輪上的力為約束力上的力為約束力工程力學(xué)（靜力學(xué)與材料力學(xué)）7

4、2 約束與約束力約束的性質(zhì)：約束的性質(zhì)：約束力的方向與限制物體運動的方向相反。約束力的方向與限制物體運動的方向相反。（一）柔索（一）柔索- -繩索、繩索、 鏈條、膠帶等鏈條、膠帶等假設(shè)條件：假設(shè)條件：不計質(zhì)量不計質(zhì)量 。 約束力特點：約束力特點：力沿柔索方向，受拉。力沿柔索方向，受拉。限制該方向的運動限制該方向的運動222Lyx限制運動的條件限制運動的條件工程力學(xué)（靜力學(xué)與材料力學(xué)）82 約束與約束力（二）光滑面約束（二）光滑面約束AFBFCF約束力沿公法線方向指向被約束的物體約束力沿公法線方向指向被約束的物體BACNF公切面公切面公法線公法線假設(shè)條件：假設(shè)條件：不計摩擦不計摩擦工程力學(xué)（靜力

5、學(xué)與材料力學(xué)）92 約束與約束力不計摩擦?xí)r，齒輪間的約束也屬于光滑面約束。不計摩擦?xí)r，齒輪間的約束也屬于光滑面約束。工程力學(xué)（靜力學(xué)與材料力學(xué)）10光滑接觸面約束動畫工程力學(xué)（靜力學(xué)與材料力學(xué)）11工程力學(xué)（靜力學(xué)與材料力學(xué)）12（三）光滑圓柱鉸鏈（三）光滑圓柱鉸鏈工程力學(xué)（靜力學(xué)與材料力學(xué)）132 約束與約束力1 1、固定鉸鏈支座、固定鉸鏈支座AxFyAF固定鉸鏈簡圖固定鉸鏈簡圖工程力學(xué)（靜力學(xué)與材料力學(xué)）14固定鉸支座固定鉸支座AxFAyF工程力學(xué)（靜力學(xué)與材料力學(xué)）152 約束與約束力首都機場候機樓頂棚拱架支座首都機場候機樓頂棚拱架支座工程力學(xué)（靜力學(xué)與材料力學(xué)）16 約束特點：由兩個各

6、穿孔的構(gòu)件及圓柱銷釘組約束特點：由兩個各穿孔的構(gòu)件及圓柱銷釘組成，如剪刀成，如剪刀2 2、連接鉸鏈、連接鉸鏈( (中間鉸鏈）中間鉸鏈）工程力學(xué)（靜力學(xué)與材料力學(xué)）17AAFAxFAyA工程力學(xué)（靜力學(xué)與材料力學(xué)）182 約束與約束力BxFBByFBxFBByFB注意：注意：作用力與反作用力的關(guān)系作用力與反作用力的關(guān)系問題：問題：在忽略肌肉力的情況下，人在忽略肌肉力的情況下，人體的哪些關(guān)節(jié)可以視為連接鉸鏈？體的哪些關(guān)節(jié)可以視為連接鉸鏈？工程力學(xué)（靜力學(xué)與材料力學(xué)）192 約束與約束力3 3、活動鉸鏈支座、活動鉸鏈支座AAF4 4、徑向軸承、徑向軸承yFxF工程力學(xué)（靜力學(xué)與材料力學(xué)）20工程力學(xué)

7、（靜力學(xué)與材料力學(xué)）212 約束與約束力固定與活動鉸鏈支座的應(yīng)用固定與活動鉸鏈支座的應(yīng)用工程力學(xué)（靜力學(xué)與材料力學(xué)）22固定鉸鏈支座和活動鉸鏈支座實例工程力學(xué)（靜力學(xué)與材料力學(xué)）232 約束與約束力（四）光滑球鉸鏈（四）光滑球鉸鏈AAxFAyFAzFA人造髖關(guān)節(jié)人造髖關(guān)節(jié)工程力學(xué)（靜力學(xué)與材料力學(xué)）24（五）（五） 止推軸承（圓錐滾子軸承）止推軸承（圓錐滾子軸承）工程力學(xué)（靜力學(xué)與材料力學(xué)）25工程力學(xué)（靜力學(xué)與材料力學(xué)）26約束特點：約束特點：止推軸承比徑向軸承多一個止推軸承比徑向軸承多一個軸向的位移限制軸向的位移限制約束力：比徑向軸承多一個軸向的約束力，亦有約束力：比徑向軸承多一個軸向的約

8、束力，亦有三個正交分力三個正交分力 AzAyAxFFF,工程力學(xué)（靜力學(xué)與材料力學(xué)）27（1 1）滑槽與銷釘（雙面約束）滑槽與銷釘（雙面約束）特殊情況：特殊情況：工程力學(xué)（靜力學(xué)與材料力學(xué)）282 約束與約束力（2 2）二力構(gòu)件）二力構(gòu)件/ /二力桿二力桿二力平衡原理二力平衡原理：作用于剛體上的兩個力為平衡力系的充分必要作用于剛體上的兩個力為平衡力系的充分必要條件是：條件是：此二力等值、反向、共線。此二力等值、反向、共線。若若剛體上只有兩點受力且不計其質(zhì)量，則該剛體稱為剛體上只有兩點受力且不計其質(zhì)量，則該剛體稱為二力構(gòu)件二力構(gòu)件或或二力桿二力桿。作用力沿兩點連線、大小相等、方向相反。作用力沿兩

9、點連線、大小相等、方向相反。W不計桿件自重不計桿件自重W工程力學(xué)（靜力學(xué)與材料力學(xué)）29（2）二二 力力 桿桿（鏈桿約束）（鏈桿約束）AF工程力學(xué)（靜力學(xué)與材料力學(xué)）30ACBAB鏈桿約束鏈桿約束工程力學(xué)（靜力學(xué)與材料力學(xué)）31CABABFAFB受力圖正確嗎受力圖正確嗎?鏈桿約束鏈桿約束工程力學(xué)（靜力學(xué)與材料力學(xué)）32CABAB鏈桿約束鏈桿約束工程力學(xué)（靜力學(xué)與材料力學(xué)）33CBDAAB鏈桿約束鏈桿約束工程力學(xué)（靜力學(xué)與材料力學(xué)）34（六）固定端（插入端）約束（六）固定端（插入端）約束在工程中常見的在工程中常見的雨 搭車 刀RAFAxFAyF , ,M MA A為固定端為固定端 約束力約束力;

10、 ; , , 限制物體平限制物體平動動, , MA為限制轉(zhuǎn)動。為限制轉(zhuǎn)動。AxFyAFAxFyAF工程力學(xué)（靜力學(xué)與材料力學(xué)）35一、受力分析一、受力分析 解決力學(xué)問題時，首先要選定需要進行研究的物體，即選解決力學(xué)問題時，首先要選定需要進行研究的物體，即選擇研究對象；然后根據(jù)已知條件，約束類型并結(jié)合基本概念和擇研究對象；然后根據(jù)已知條件，約束類型并結(jié)合基本概念和公理分析它的受力情況，這個過程稱為物體的公理分析它的受力情況，這個過程稱為物體的受力分析受力分析。 作用在物體上的力有：作用在物體上的力有： 一類是一類是: :主動力主動力, ,如重力如重力, ,風(fēng)力風(fēng)力, ,氣體壓力等。氣體壓力等。

11、二類是：被動力，即約束力。二類是：被動力，即約束力。 3 受力圖工程力學(xué)（靜力學(xué)與材料力學(xué)）361.1.取分離體。取分離體。2.2.畫出對象所受的全部主動力。畫出對象所受的全部主動力。3.3.在存在約束的地方，按約束類型逐一畫出約束力。在存在約束的地方，按約束類型逐一畫出約束力。受力圖的畫法步驟：受力圖的畫法步驟：二、受力圖二、受力圖工程力學(xué)（靜力學(xué)與材料力學(xué)）37例：例：結(jié)構(gòu)如圖所示，不計構(gòu)件自重，結(jié)構(gòu)如圖所示，不計構(gòu)件自重，畫出畫出AB桿的受力圖。桿的受力圖。DCWABWABDCAxFAyFCFABWCCD桿為二力桿桿為二力桿工程力學(xué)（靜力學(xué)與材料力學(xué)）383 受力圖例：例：畫出畫出AB桿

12、的受力圖。桿的受力圖。AFDFBF(b)CBAWD(a)WD工程力學(xué)（靜力學(xué)與材料力學(xué)）393 受力圖例：例：畫出滑輪、畫出滑輪、CD桿、桿、AB桿和整體受力圖。桿和整體受力圖。WWABCD1 1、研究滑輪、研究滑輪2 2、研究、研究CD桿桿AxFAyFCFDF不計桿件和滑輪自重不計桿件和滑輪自重工程力學(xué)（靜力學(xué)與材料力學(xué)）403 受力圖BC3 3、研究、研究AB桿桿4 4、研究整體、研究整體WABCDWAxFAyFBxFByFCFAxFAyFWCABBxFByFDF注意：注意：研究整體時，不畫物體間的內(nèi)力。研究整體時，不畫物體間的內(nèi)力。工程力學(xué)（靜力學(xué)與材料力學(xué)）41三力平衡匯交定理三力平衡

13、匯交定理 1F A 2F B 3F C O 2F 1F 12F 三力平衡匯交定理說明了不平行的三個力平衡的必要條三力平衡匯交定理說明了不平行的三個力平衡的必要條件。但是，值得注意的是，三力匯交是剛體平衡的必要條件。但是，值得注意的是，三力匯交是剛體平衡的必要條件，但非充分條件。件，但非充分條件。 當(dāng)剛體在三個力作用下處于平衡時，若其中任何兩個當(dāng)剛體在三個力作用下處于平衡時，若其中任何兩個力的作用線相交于一點。則第三個力的作用線亦必交于同力的作用線相交于一點。則第三個力的作用線亦必交于同一點且三個力的作用線共面。一點且三個力的作用線共面。工程力學(xué)（靜力學(xué)與材料力學(xué)）42例例: :桿桿ABAB有一

14、滑槽，桿有一滑槽，桿CD CD 中部有一固定于桿中部有一固定于桿CDCD上的銷上的銷釘釘F F，銷釘可在滑槽中滑動，銷釘可在滑槽中滑動，A A，C C為鉸鏈，為鉸鏈，HBHB為柔繩，為柔繩， E E端為固支端，端為固支端， D D處作用了主動力偶處作用了主動力偶M M， 試分析系統(tǒng)受力，試分析系統(tǒng)受力， 畫出受力圖。畫出受力圖。MABCDEFH工程力學(xué)（靜力學(xué)與材料力學(xué)）43解：解： 1.1.桿桿AB(AB(帶銷釘帶銷釘A)A) 的受力圖。的受力圖。ABFBFFFAFMABCDEFH工程力學(xué)（靜力學(xué)與材料力學(xué)）442.2.桿桿CD(CD(帶銷釘帶銷釘C,F) C,F) 的的受力圖受力圖MFCD

15、FFCFMABCDEFHABFBFFFAF工程力學(xué)（靜力學(xué)與材料力學(xué)）453.3.桿桿CECE的受力圖的受力圖ECACFAFExFEyFMEMABCDEFHABFBFFFAFMFCDFFCF工程力學(xué)（靜力學(xué)與材料力學(xué)）46畫受力圖應(yīng)注意的問題畫受力圖應(yīng)注意的問題1 1、不要漏畫、不要漏畫力力除重力、電磁力外，物體之間只有通過接觸才除重力、電磁力外，物體之間只有通過接觸才有相互機械作用力，要分清研究對象（受力體）有相互機械作用力，要分清研究對象（受力體）都與周圍哪些物體（施力體）相接觸，接觸處都與周圍哪些物體（施力體）相接觸，接觸處必有力，力的方向由約束類型而定。必有力，力的方向由約束類型而定。

16、2 2、不要多畫、不要多畫力力要注意力是物體之間的相互機械作用。因此對要注意力是物體之間的相互機械作用。因此對于受力體所受的每一個力，都應(yīng)能明確地指出于受力體所受的每一個力，都應(yīng)能明確地指出它是哪一個施力體施加的。它是哪一個施力體施加的。工程力學(xué)（靜力學(xué)與材料力學(xué)）473 3、不要畫錯力的方向、不要畫錯力的方向4 4、受力圖上不能再帶約束。、受力圖上不能再帶約束。約束反力的方向必須嚴格地按照約束的類型來畫，不約束反力的方向必須嚴格地按照約束的類型來畫，不能單憑直觀或根據(jù)主動力的方向來簡單推想。在分析能單憑直觀或根據(jù)主動力的方向來簡單推想。在分析兩物體之間的作用力與反作用力時，要注意，作用力兩物

17、體之間的作用力與反作用力時，要注意，作用力的方向一旦確定，反作用力的方向一定要與之相反，的方向一旦確定，反作用力的方向一定要與之相反，不要把箭頭方向畫錯。不要把箭頭方向畫錯。 即受力圖一定要畫在分離體上。即受力圖一定要畫在分離體上。工程力學(xué)（靜力學(xué)與材料力學(xué)）48 5 5、受力圖上只畫外力，不畫內(nèi)力。、受力圖上只畫外力，不畫內(nèi)力。 6 6 、同一系統(tǒng)各研究對象的受力圖必須整體與局部一致，相、同一系統(tǒng)各研究對象的受力圖必須整體與局部一致，相 互協(xié)調(diào)，不能相互矛盾?；f(xié)調(diào)，不能相互矛盾。7 7 、正確判斷二力構(gòu)件。、正確判斷二力構(gòu)件。一個力，屬于外力還是內(nèi)力，因研究對象的不同，有一個力，屬于外力還是內(nèi)力，因研究對象的不同，有可能不同。當(dāng)物體系統(tǒng)拆開來分析時，原系統(tǒng)的部分可能不同。當(dāng)物體系統(tǒng)拆開來分析時，原系統(tǒng)的部分內(nèi)力，就成為新研究對象的外力。內(nèi)力，就成為新研究對象的外力。對于某一