第一單元靜力分析基礎(chǔ)

工程力學(xué)第一單元靜力分析基礎(chǔ)

通過(guò)本單元的學(xué)習(xí)了解力學(xué)的發(fā)展歷史以及力學(xué)在工程實(shí)際中的應(yīng)用，掌握力學(xué)中的相關(guān)概念，理解各種約束類(lèi)型的特點(diǎn)和約束力的畫(huà)法，掌握物體受力分析的方法。學(xué)習(xí)目標(biāo)綜合知識(shí)模塊一工程中的力學(xué)

力學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史

能力知識(shí)點(diǎn)1力學(xué)知識(shí)最早起源于對(duì)自然現(xiàn)象的觀察和在生產(chǎn)勞動(dòng)中的經(jīng)驗(yàn)。伽利略在實(shí)驗(yàn)研究和理論分析的基礎(chǔ)上，最早闡明自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，提出加速度的概念。牛頓繼承和發(fā)展前人的研究成果,提出物體運(yùn)動(dòng)三定律。伽利略、牛頓奠定了動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)。

在我國(guó)，有關(guān)力學(xué)的生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)更是源遠(yuǎn)流長(zhǎng)。力學(xué)與現(xiàn)代工程能力知識(shí)點(diǎn)2長(zhǎng)期以來(lái)，力學(xué)始終與土建、機(jī)械、船舶、航空等工程技術(shù)緊密結(jié)合。

早期的汽車(chē)現(xiàn)代的跑車(chē)

工程中的相關(guān)術(shù)語(yǔ)

能力知識(shí)點(diǎn)3

用來(lái)變換或傳遞能量、物料和信息，能減輕或替代人類(lèi)勞動(dòng)的工具。

一、機(jī)器與機(jī)構(gòu)機(jī)器例如：釘鞋機(jī)執(zhí)行裝置：提線、壓角板、針桿傳動(dòng)裝置：凸輪機(jī)構(gòu)原動(dòng)裝置：手柄機(jī)器的組成原動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置執(zhí)行裝置

具有確定地相對(duì)運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的組合體。機(jī)構(gòu)可以傳遞機(jī)械運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力或改變機(jī)械運(yùn)動(dòng)的形式。機(jī)構(gòu)單缸內(nèi)燃機(jī)機(jī)器連桿機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)二、構(gòu)件與桿件構(gòu)件

機(jī)構(gòu)中最小的運(yùn)動(dòng)單元。

桿件

長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于其他兩個(gè)方向尺寸的構(gòu)件。

構(gòu)件根據(jù)幾何特征可分為桿、板、殼、塊曲桿：軸線是曲線的桿。桿件軸線：截面形心的連線。橫截面：垂直于桿的軸線的截面。直桿：軸線是直線的桿。等直桿：各橫截面相同的直桿。能力知識(shí)點(diǎn)4

力的基本概念

物體相對(duì)地球保持靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。物體之間的相互的作用。（2）力產(chǎn)生的效應(yīng)（1）力外效應(yīng)---物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化。內(nèi)效應(yīng)---物體的形狀發(fā)生變化。（3）物體平衡力的大小、力的方向、力的作用點(diǎn)。力的大小、力的方向。（5）力的三要素符號(hào)：印刷體F

手寫(xiě)體F（4）力是矢量（6）力的表示方法FAAF線段的終點(diǎn)為作用點(diǎn)線段的起點(diǎn)為作用點(diǎn)（7）力系力系平面力系匯交力系平行力系任意力系空間力系由若干個(gè)力組成的系統(tǒng)。平面匯交力系平面任意力系平面平行力系（8）剛體在外力作用下，大小和形狀保持不變的物體。說(shuō)明

剛體是一個(gè)理想化的力學(xué)模型，實(shí)際上是不存在的。實(shí)際物體在力的作用下，都會(huì)產(chǎn)生程度不同的變形，但微小變形對(duì)所研究物體的平衡問(wèn)題不起主要作用，可以忽略不計(jì)，這樣可以使問(wèn)題的研究大為簡(jiǎn)化。（9）工程中常見(jiàn)的力集中力

當(dāng)力的作用范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于桿件長(zhǎng)度時(shí)，可以認(rèn)為作用于一點(diǎn)的力。F作用在桿件上的力均勻分布在桿的全長(zhǎng)或部分長(zhǎng)度。ABq(N/m)用單位長(zhǎng)度上的力表示。單位是N/m均布載荷能力知識(shí)點(diǎn)5

力的基本性質(zhì)

公理1二力平衡公理

作用在剛體上的兩個(gè)力，使剛體保持平衡的必要和充分條件是：這兩個(gè)力大小相等，方向相反，且作用在同一條直線上。剛體保持平衡力等值、反向、共線必要充分二力桿(構(gòu)件)

二力桿（構(gòu)件）所受的力必沿著兩個(gè)力作用點(diǎn)的連線，而與桿件形狀無(wú)關(guān)。二力桿（構(gòu)件）只受兩個(gè)力作用的桿件（構(gòu)件）。

說(shuō)明

F1F2F1F2二力桿二力構(gòu)件公理2加減平衡力系公理

在已知力系上加上或者減去任意平衡力系，并不改變?cè)ο祵?duì)剛體的作用。FA且F1=F2=FF1F2BBF加上平衡力F1、F2減去平衡力F、F1推論1力的可傳性原理

作用在一個(gè)剛體上某點(diǎn)的力，可以沿著它的作用線移動(dòng)到剛體內(nèi)任意一點(diǎn)，并不改變?cè)摿?duì)剛體的作用效應(yīng)。

剛體上力的三要素：大小、方向、作用線CABFABCF力不能從一個(gè)剛體移到另一個(gè)剛體力的可傳性適用范圍：一個(gè)剛體伸長(zhǎng)量ＦＦＦＲＦＲ剛體ＦＦ變形體伸長(zhǎng)量公理3力的平行四邊形公理

作用在剛體上同一點(diǎn)的兩個(gè)力，可以合成為一個(gè)合力。合力的作用點(diǎn)也在該點(diǎn)，合力的大小、方向，由這兩個(gè)力為邊構(gòu)成的平行四邊形的對(duì)角線確定。

已知：F1F2兩力且互相垂直。求合力

tanα=F1/F2FRαF2F1

F1F12+F22FR=力的大?。毫Φ姆较颍篎2F1αFRFRαF2F1力的三角形法則：任意兩個(gè)力首尾相接，合力為第一個(gè)力的起點(diǎn)指向第二力的終點(diǎn)。F1F3F2OF12F1F2F3OFRF12F3OF1F3F2OF2FRF1F3力的多邊形法則：若干個(gè)力首尾相接，構(gòu)成折線，合力為第一個(gè)力的起點(diǎn)指向最后一個(gè)力的終點(diǎn)。公理4作用與反作用公理

兩物體間的作用力與反作用力總是同時(shí)存在，且大小相等、方向相反、沿同一條直線，分別作用在這兩個(gè)物體上。

F1F2ABF1FABF，F(xiàn)2作用力與反作用力表達(dá)式：綜合知識(shí)模塊二剛體的受力分析

能力知識(shí)點(diǎn)1

工程中常見(jiàn)的約束

約束力：約束給被約束物體的作用。自由體：在空間的位置不受任何限制，可以做任意運(yùn)動(dòng)的物體。非自由體：因?yàn)槭艿街車(chē)渌矬w的限制而不能做任意運(yùn)動(dòng)的物體。約束：限制某些物體運(yùn)動(dòng)的物體。G約束反力符號(hào)FT方向：沿柔性體的方向，指向：背離物體。作用點(diǎn)：接觸點(diǎn)GFTFT1FT2（1）柔性約束（繩索、鏈條、皮帶）

約束反力符號(hào)

FN

方向：沿接觸面的法線方向，指向物體。作用點(diǎn)：接觸點(diǎn)（2）光滑接觸面約束GGGFN3GGGGFNFNFNFN1FN2G法線：與接觸面垂直的方向。（3）光滑鉸鏈約束固定鉸鏈結(jié)構(gòu)中間鉸鏈結(jié)構(gòu)

鉸鏈約束就是用光滑銷(xiāo)釘將兩根桿或一根桿和支座連接起來(lái)的約束形式?；顒?dòng)鉸鏈鉸鏈的受力分析接觸點(diǎn)銷(xiāo)桿件FF，1、銷(xiāo)給桿件的約束力沿孔的法線指向孔壁。F，2、銷(xiāo)給桿件的約束力可用兩個(gè)互相垂直的分力表示。即：FXFYFXFY21FyFx2固定鉸鏈活動(dòng)鉸鏈21F2F2x’F2y’中間鉸鏈21FxFy1Fx’Fy’2F1xF1y1F2xF2y2F1x’F1y’

如果受力體是二力桿（構(gòu)件），約束為鉸鏈時(shí)，約束反力要按照二力平衡的原理確定約束反力的方向。FABCFB1FAABBFB2FCCFFB`1’FB2’BFBFCBCFACB（4）固定端約束

特點(diǎn)：既限制物體的移動(dòng)，又限制物體轉(zhuǎn)動(dòng)。FAFFAXFAYMA一端完全固定的約束狀態(tài)稱(chēng)為固定端約束。能力知識(shí)點(diǎn)2

剛體的受力圖受力分析物體受到哪些力的作用？這些力的施力物體是什么？力的方向和作用點(diǎn)的位置又是怎樣？

將研究物體解除全部約束，移出機(jī)構(gòu)，并以約束力代替這些約束的作用，這種解除了約束的物體稱(chēng)為分離體。分離體在分離體上畫(huà)出外力（主動(dòng)力、約束力。）受力圖畫(huà)受力圖的步驟

3）根據(jù)不同約束的特點(diǎn)畫(huà)出所有約束力。

1）確定研究對(duì)象，畫(huà)出分離體。2）畫(huà)出所有主動(dòng)力（重力、電場(chǎng)力）。注意：1、分離體的方位、形狀應(yīng)與原物保持一致。2、確定施力物體。3、合力和分力不能同時(shí)作為物體所受的力。4、受力分析時(shí)應(yīng)先找出二力構(gòu)件，并畫(huà)出二力構(gòu)件的受力圖。5、受力圖上只畫(huà)外力。G(a)FN1FN2FAFBFT課堂練習(xí):P13綜合訓(xùn)練W(b)BA(c)FBFAFAFBYFBXFA(d)Bww(f)w(e)FN2FN1FN1FN2ABC(g)FAFBFCXFCYFAFBFA，F(xiàn)FAxFAyABBC(h)FDFCDC(i)qACBFC,FBXFBY(j)DDFCFDCBAFBFD,FAXFAYABOFAFBFA,FO