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，理解各種約束類型的特點和約束力的畫法，掌握物體受力分析的方法。學(xué)習(xí)目標(biāo)綜合知識模塊一工程中的力學(xué)

力學(xué)發(fā)展簡史

能力知識點1力學(xué)知識最早起源于對自然現(xiàn)象的觀察和在生產(chǎn)勞動中的經(jīng)驗。伽利略在實驗研究和理論分析的基礎(chǔ)上，最早闡明自由落體運動的規(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,提出物體運動三定律。伽利略、牛頓奠定了動力學(xué)的基礎(chǔ)。

在我國，有關(guān)力學(xué)的生產(chǎn)實踐活動更是源遠(yuǎn)流長。力學(xué)與現(xiàn)代工程能力知識點2長期以來，力學(xué)始終與土建、機械、船舶、航空等工程技術(shù)緊密結(jié)合。

早期的汽車現(xiàn)代的跑車

工程中的相關(guān)術(shù)語

能力知識點3

用來變換或傳遞能量、物料和信息，能減輕或替代人類勞動的工具。

一、機器與機構(gòu)機器例如：釘鞋機執(zhí)行裝置：提線、壓角板、針桿傳動裝置：凸輪機構(gòu)原動裝置：手柄機器的組成原動裝置傳動裝置執(zhí)行裝置

具有確定地相對運動構(gòu)件的組合體。機構(gòu)可以傳遞機械運動和動力或改變機械運動的形式。機構(gòu)單缸內(nèi)燃機機器連桿機構(gòu)凸輪機構(gòu)機構(gòu)二、構(gòu)件與桿件構(gòu)件

機構(gòu)中最小的運動單元。

桿件

長度遠(yuǎn)大于其他兩個方向尺寸的構(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。能力知識點4

力的基本概念

物體相對地球保持靜止或做勻速直線運動的狀態(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)---物體運動狀態(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。力的大小、力的方向。（5）力的三要素符號：印刷體F

手寫體F（4）力是矢量（6）力的表示方法FAAF線段的終點為作用點線段的起點為作用點（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。說明

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

當(dāng)力的作用范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于桿件長度時，可以認(rèn)為作用于一點的力。F作用在桿件上的力均勻分布在桿的全長或部分長度。ABq(N/m)用單位長度上的力表示。單位是N/m均布載荷能力知識點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力，使剛體保持平衡的必要和充分條件是：這兩個力大小相等，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力作用點的連線，而與桿件形狀無關(guān)。二力桿（構(gòu)件）只受兩個力作用的桿件（構(gòu)件）。

說明

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，并不改變原力系對剛體的作用。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

作用在一個剛體上某點的力，可以沿著它的作用線移動到剛體內(nèi)任意一點，并不改變該力對剛體的作用效應(yīng)。

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

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

已知：F1F2兩力且互相垂直。求合力

tanα=F1/F2FRαF2F1

F1F12+F22FR=力的大小：力的方向：F2F1αFRFRαF2F1力的三角形法則：任意兩個力首尾相接，合力為第一個力的起點指向第二力的終點。F1F3F2OF12F1F2F3OFRF12F3OF1F3F2OF2FRF1F3力的多邊形法則：若干個力首尾相接，構(gòu)成折線，合力為第一個力的起點指向最后一個力的終點。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，分別作用在這兩個物體上。

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

能力知識點1

工程中常見的約束

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，可以做任意運動的物體。非自由體：因為受到周圍其它物體的限制而不能做任意運動的物體。約束：限制某些物體運動的物體。G約束反力符號FT方向：沿柔性體的方向，指向：背離物體。作用點：接觸點GFTFT1FT2（1）柔性約束（繩索、鏈條、皮帶）

約束反力符號

FN

方向：沿接觸面的法線方向，指向物體。作用點：接觸點（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釘將兩根桿或一根桿和支座連接起來的約束形式?；顒鱼q鏈鉸鏈的受力分析接觸點銷桿件FF，1、銷給桿件的約束力沿孔的法線指向孔壁。F，2、銷給桿件的約束力可用兩個互相垂直的分力表示。即：FXFYFXFY21FyFx2固定鉸鏈活動鉸鏈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，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：既限制物體的移動，又限制物體轉(zhuǎn)動。FAFFAXFAYMA一端完全固定的約束狀態(tài)稱為固定端約束。能力知識點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？力的方向和作用點的位置又是怎樣？

將研究物體解除全部約束，移出機構(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為分離體。分離體在分離體上畫出外力（主動力、約束力。）受力圖畫受力圖的步驟

3）根據(jù)不同約束的特點畫出所有約束力。

1）確定研究對象，畫出分離體。2）畫出所有主動力（重力、電場力）。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作為物體所受的力。4、受力分析時應(yīng)先找出二力構(gòu)件，并畫出二力構(gòu)件的受力圖。5、受力圖上只畫外力。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