《力學(xué)與結(jié)構(gòu)》課件-1.靜力學(xué)公理與 物體的受力圖

章節(jié)1力學(xué)基本概念2

靜力學(xué)公理3約束與約束反力4物體的受力圖1.1

靜力學(xué)公理理解常見(jiàn)的幾種約束類型的特點(diǎn)及其約束反力理解平衡的概念掌握靜力學(xué)的公理及其推論掌握物體以及物體系統(tǒng)的受力圖理解力的概念學(xué)習(xí)目標(biāo)1.力的概念

定義：力是物體間的相互作用。力的效應(yīng)：①運(yùn)動(dòng)效應(yīng)(外效應(yīng))②變形效應(yīng)(內(nèi)效應(yīng))。力的三要素：①大?、诜较颌圩饔命c(diǎn)力的單位：國(guó)際單位制：牛頓(N)、千牛頓(kN)力的表示方法：有大小又有方向的量，可用一帶箭頭的線段來(lái)表示，這種表示方法，稱為力的圖示法。F1ABCF2F32.力系的分類（1）共線力系：各力的作用線均處于一條直線上的力系。（2）匯交力系：各力的作用線或其延長(zhǎng)線匯交于一點(diǎn)的力系。（3）平行力系：各力的作用線互相平行的力系。（4）一般力系：各力的作用線既不共線，也不完全匯交或平行的力系。（1）平衡力系：使物體保持平衡狀態(tài)的力系。（2）不平衡力系：使物體處于非勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的力系。根據(jù)力系作用下物體所處的狀態(tài)根據(jù)各力作用線在空間分布情況根據(jù)力系中各力作用線間相互關(guān)系（1）平面力系：各力的作用線均位于同一平面內(nèi)的力系。（2）空間力系：各力作用線不在同一平面的力系力系是指作用在物體上的一群力力系的簡(jiǎn)化：用一個(gè)簡(jiǎn)單力系等效代替一個(gè)復(fù)雜力系。等效力系：兩個(gè)力系的作用效果完全相同。合力：如果一個(gè)力與一個(gè)力系等效，則稱這個(gè)力為力系的合力。1.二力平衡公理

公理：是人類經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)而得到的結(jié)論，它被反復(fù)的實(shí)踐所驗(yàn)證，是無(wú)須證明而為人們所公認(rèn)的結(jié)論。

作用于剛體上的兩個(gè)力，使剛體平衡的必要與充分條件是：兩個(gè)力大小相等|F1|=|F2|

方向相反F1

=–F2

作用在同一直線上作用于同一個(gè)物體上。剛體F1F22.加減平衡力系公理在已知力系上加上或減去任意一個(gè)平衡力系，并不改變?cè)ο祵?duì)剛體的作用。推論1：力的可傳性原理作用于剛體上的力可沿其作用線移到同一剛體內(nèi)的任一點(diǎn)，而不改變?cè)摿?duì)剛體的效應(yīng)。3.力的平行四邊形法則作用于物體上同一點(diǎn)的兩個(gè)力可合成一個(gè)合力，此合力也作用于該點(diǎn)，合力的大小和方向由以原兩力矢為鄰邊所構(gòu)成的平行四邊形的對(duì)角線來(lái)表示。力的三角形法則推論2：三力平衡匯交定理剛體受三力作用而平衡，若其中兩力作用線匯交于一點(diǎn)，則另一力的作用線必匯交于同一點(diǎn)，且三力的作用線共面。（必共面，在特殊情況下，力在無(wú)窮遠(yuǎn)處匯交—平行力系。）4.作用力和反作用力定律等值、反向、共線、異體、且同時(shí)存在。例：作用和反作用公理與二力平衡公理是有區(qū)別的。二力平衡公理中的兩個(gè)力是作用在同一物體上，而作用和反作用公理中的二力是分別作用在兩個(gè)相互作用的不同物體上1.2物體的受力圖1.約束與約束反力概念自由體：位移不受限制的物體。非自由體：位移受限制的物體叫非自由體。約束：一般物體都受到周圍其他物體的限制而不能自由運(yùn)動(dòng)，則這些周圍物體稱為該物體的約束。對(duì)非自由體的某些位移預(yù)先施加的限制條件稱為約束。約束力：約束與非自由體接觸相互產(chǎn)生了作用力，約束作用于非自由體上的力叫約束力或稱為約束反力。

123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(diǎn)在物體與約束相接觸的那一點(diǎn)

約束力特點(diǎn)2.約束類型4鏈桿約束5

支座光滑圓柱鉸鏈約束3柔性約束1光滑支承面約束2

柔性約束概念：由柔軟的繩索、鏈條或皮帶構(gòu)成的約束特點(diǎn)：繩索類只能受拉，約束反力作用在接觸點(diǎn)，方向沿柔性約束的中心線，沿繩索背離物體。AF1F2約束力方向與所能限制的物體運(yùn)動(dòng)方向相反。F1F2

光滑支承面約束概念：物體與另一物體相互接觸，當(dāng)接觸處的摩擦力很小略去不計(jì)時(shí)，兩物體彼此的約束就是光滑接觸面約束特點(diǎn)：約束反力作用在接觸點(diǎn)處

方向沿公法線，指向受力物體

光滑圓柱鉸鏈約束固定鉸：物體與固定在地基或機(jī)架上的支座有相同直徑的孔，用一圓柱形銷釘聯(lián)結(jié)起來(lái)，這種構(gòu)造稱為固定鉸。中間鉸：如果兩個(gè)有孔物體用銷釘連接

點(diǎn)擊添加正文、溫馨提示正文行距在1.2~1.3之間點(diǎn)擊添加正文、溫馨提示正文行距在1.2~1.3之間點(diǎn)擊此處添加標(biāo)題光滑圓柱鉸鏈實(shí)例特點(diǎn)：銷釘不能限制物體繞銷釘轉(zhuǎn)動(dòng)，只能限制物體在垂直于銷釘軸線的平面內(nèi)沿任意方向的平動(dòng)。當(dāng)物體相對(duì)于另一物體有運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，銷釘與圓孔壁便在某處接觸，由于接觸處是光滑的，銷釘?shù)姆戳τ盅亟佑|點(diǎn)與銷釘中心的連線作用。但由于接觸點(diǎn)的位置一般不確定，因此約束反力的方向是未知的。方向：圓柱鉸鏈的反力在垂直于銷釘軸線的平面內(nèi)，通過(guò)銷釘中心，但方向不定。

光滑圓柱鉸鏈約束

鏈桿約束概念：兩端與其他物體用光滑鉸鏈連接，桿中間不受力，且不計(jì)桿自重的剛桿。它可以是直桿，也可以是曲桿或折桿。二力構(gòu)件的約束力方向：沿連桿兩端鉸鏈的連線，指向不定，通常假設(shè)受拉。

鏈桿約束二力構(gòu)件翻斗車

支座概念：任何建筑結(jié)構(gòu)(或構(gòu)件)，都必須安置在一定的支承物上，才能承受荷載達(dá)到正常使用的目的。在工程上常將支座固定在基礎(chǔ)或另一靜止的構(gòu)件上，再將構(gòu)件支承在支座上。支座對(duì)構(gòu)件也是一種約束，支座對(duì)它所支承的構(gòu)件的反力稱為支座反力。固定鉸支座可動(dòng)鉸支座固定端支座

固定鉸支座概念：用光滑圓柱鉸鏈把結(jié)構(gòu)物或構(gòu)件與支座連接，稱為固定鉸支座。支座反力：作用于接觸點(diǎn)，垂直于銷軸，并通過(guò)銷軸軸線，其方向待定。表示：一般用其相互垂直的分力X和Y表示。

可動(dòng)鉸支座概念：在固定鉸支座底板與支承面之間安裝若干個(gè)輥軸就是可動(dòng)鉸支座。支座反力：只能限制構(gòu)件沿支承面法線方向的移動(dòng)，但不能限制物體沿支承面切線方向的移動(dòng)和繞鉸軸中心轉(zhuǎn)動(dòng)，支座反力通過(guò)鉸鏈中心，垂直于支承面，指向待定。

可動(dòng)鉸支座AFABCFBFC

固定端支座概念：固定端支座是工程結(jié)構(gòu)中常見(jiàn)的一種支座，將構(gòu)件的一端插人一固定物而構(gòu)成。支座反力：固定端支座在連接處不發(fā)生任何相對(duì)移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。支座反力可簡(jiǎn)化為阻止構(gòu)件不能移動(dòng)的兩個(gè)分力和阻止構(gòu)件不能轉(zhuǎn)動(dòng)的約束反力偶矩，方向待定。表示：常用相互垂直的分力、和一個(gè)約束反力偶矩所示。

解決力學(xué)問(wèn)題時(shí)，首先要選定需要進(jìn)行研究的物體，即選擇研究對(duì)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(gè)過(guò)程稱為物體的受力分析。去約束取分離體

畫約束反力畫主動(dòng)力

選研究對(duì)象[例1]：分析球和桿AB的受力，桿AB的重力不計(jì)，并繪出受力圖。OWFDFEFAxFAyFBABDFAFBABDGBAC[例2]：分析各桿件的受力，其中桿的重力不計(jì)，并繪出受力圖。畫受力圖應(yīng)注意的問(wèn)題:1.不要漏畫力:除重力、電磁力外，物體之間只有通過(guò)接觸才有相互機(jī)械作用力，要分清研究對(duì)象（受力體）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。2.不要多畫力:對(duì)于受力體所受的每一個(gè)力，都應(yīng)能明確地指出它是哪一個(gè)施力體施加的。3.不要畫錯(cuò)力的方向:約束反力的方向必須嚴(yán)格地按照約束的類型來(lái)畫，不能單憑直觀或根據(jù)主動(dòng)力的方向來(lái)簡(jiǎn)單推想。在分析兩物體之間的作