工力静力学1

上海东方明珠
三 峡 大 坝
1994年12月14日，当今世界第一大的水电工程--三峡大坝工程正式动工，它 位于西陵峡中段的湖北省宜昌市境内的三斗坪，距下游葛洲坝水利枢纽工程 38公里。到2009年工程全部完工。大坝为混凝土重力坝，坝顶总长3035米， 坝顶高程185米，正常蓄水位175米，总库容393亿立方米，其中防洪库容 221.5亿立方米，能够抵御百年一遇的特大洪水。配有26台发电机的两个电 站年均发电量849亿度。航运能力将从现有的1000万吨提高到5000万吨，万 吨级船队可直达重庆，同时运输成本也将降低35％ 。
东方明珠塔位于上海黄浦江畔、浦东陆 家嘴嘴尖上，1991年7月30日动工， 1994年10月1日建成，塔高468米，与 外滩的万国建筑博览群隔江相望，列亚 洲第一，世界第三高塔，东方明珠塔仅 次于加拿大多伦多电视塔和俄罗斯的莫 斯科电视塔。东方明珠电视塔选用了东 方民族喜爱的圆曲线体作为基本建筑线 条。主体有三个斜筒体，三个直筒体和 11个球体组成，形成巨大空间框架结构。 筒体内有6部电梯，其中一部是可载50 人的双层电梯，还有一部在上球体和太 空舱间运行。塔体可供游览之处有：下 球体、中间球体及环廊、上球体及太空 仓等。下球顶高118米，设有观光环廊 和梦幻太空城等；上球顶高295米，有 旋转茶室、餐厅和可容纳1600人观光平 台。
二、研究方法
1、理论分析 理论力学一般用如下方法研究：从实际出发， 经过抽象化、综合、归纳、建立公理，再应用数学演绎和逻辑 推理而得到定理和结论，形成理论体系，然后再通过实践来证 实理论的正确性。 2、实验分析 测定基本力学量，如摩擦因数、速度位移 等有关运动的量，振动频率等有关振动的量。
第一篇 静力学
本章重点、难点
⒈重点
力、刚体、平衡和约束等概念。 静力学公理 。 柔索约束、光滑接触面约束、光滑铰链约 束的特征及约束反力的画法。 单个物体及物体系的受力分析。
⒉难点
约束的概念，约束的特征及约束反力的画法。 体系的受力分析。
第一 节 工程力学课程的主要内容
工程力学主要包括静力学、材料力学、运动学和动力学四个部分。
4、力——力是物体相互间的机械作用，其作用 结果使物体的形状和运动状态发生改变。 力 系——作用于同一物体或物体系上的一群力。 等效力系——对物体的作用效果相同的两个力系。 平衡力系——能使物体维持平衡的力系。 力——在特殊情况下，能和一个力系等效 的一个力。 静力学研究的三个问题： 1、物体的受力分析 分析物体共受几个力，以及 每个力的作用位置和方向。 2、力系的简化（力系的等效代换） 研究力系的 简化并不限于静力学问题，也为动力学提供基础。 3、建立各种力系的平衡条件 研究作用在物体上的各种力系所需满足的平衡条件。 合
591～599年，跨度 37.4米,采用拱高只 有7米的浅拱-敞肩 拱，敞肩拱的运用 为世界桥梁史上的 首创，并有“世界 桥梁鼻祖”的美誉。
赵州桥（安济桥）
故 宫 俯 瞰 全 景
故宫，又名紫禁城，位于北京市中心，今天人们称她为故宫，意为过去的皇宫。 故宫东西宽750米，南北长960米，面积达到72万平方米，为世界之最；故宫的 整个建筑被两道坚固的防线围在中间，外围是一条宽52米，深6米的护城河环 绕；接着是周长3公里的城墙，墙高近10米，底宽8．62米。城墙上开有4门， 南有午门，北有神武门，东有东华门，西有西华门，城墙四角，还耸立着4座角 楼，角楼有3层屋檐，72个屋脊，玲珑剔透，造型别致，为中国古建筑中的杰 作。
理论力学的内容包括以下三个部分：
静力学 研究物体的平衡规律，同时也研究力的一般性质及其合成法则。 运动学 研究物体运动的几何性质，而不考虑物体运动的原因。 动力学 研究物体的运动变化与其所受的力之间的关系。
要使构件正常工作应该满足以下三个要求：
1、强度：构件抵抗破坏的能力 2、 刚度：构件抵抗变形的能力 3、稳定性：构件维持其原有平衡形式的能力 材料力学的任务 : 设计构件时，在保证满足强度、刚度、 稳定性的要求的前提下，还必须尽可能合理选用材料和降低
FB B B
B
FB
B
二力杆(二力构件): 受两力作用而平衡 的构件或直杆. 公理3 加减平衡力系公理 F1
A F1 A
B
F2 B F2
可以在作用于 刚体的任何一个力系上加上或去掉几个互成平衡 的力，而不改变原力系对刚体的作用。
推论1 力的可传性 作用在刚体上的力可 沿其作用线移动而不改变力对刚体的效应. 右图中 F = F1 = F2 (F1 , F2) (F , F2)
三、学习工程力学的目的 运用工程力学可以直接解决许多工程实际问题。工程力学又是工 科专业一些后继课程的基础，例如结构力学、弹性力学、流体力 学、振动学、土力学、混凝土结构、机械设计等都以工程力学原 理为基础。
第三 节 工程力学发展过程与成就
力学知识最早起源于对自然现象的观察和在生产劳动中的经验。人们在建筑、 灌溉等劳动中使用杠杆、斜面、汲水器具，逐渐积累起对平衡物体受力情况的 认识。力学发展历史，大致可以分为三个阶段。这三个阶段以两个重要历史事 件来分开的： ①1687年牛顿的《自然哲学的数学原理》发表； ②1900年普朗克的量子力学与随后1905年爱因斯坦的狭义相对论的提出，引起 了整个自然科学的两次革命。
改革开放以来中国在各个方面都取得了 很大成就，这里不再举更多的例子了。
第二节 理论力学的任务及其研究方法
一、理论力学任务
1、运用力学基本知识结合其他有关的课程，解决工程技 术中的实际问题； 2、为学习一系列的后续课，如材料力学、结构力学、弹性力 学、有限单元法、机械原理、机械零件等课程提供理论基础。
机械运动：物体在空间的位置随时间的变化。包括：静 止、移动、转动、振动、变形、流动、波动、扩散等。 理论力学——研究物体机械运动规律的科学。 运动是物质存在的形式，它的范围很广：物体位置的 变化、发光、发热、化学变化甚至人脑的思维等。 理论力学是以伽利略(Galileo A.D.1564---1642年) 和牛顿(Newton A.D.1642-1727年)所总结的关于机 械运动的基本定律为基础发展起来的，属于古典力 学的范畴。实际上它的研究对象的速度必须远小于 光速(30000轻构件的自重。 由于静力学和材料力学关系紧密，所以本书讲授顺序为：静力 学、材料力学、运动学、动力学。
第二 节 工程力学研究模型与研究方法
一、工程力学的研究模型 刚体——在外界的任何外力作用下形状和大小都始终保持不变 的物体。或者在力的作用下，任意两点间的距离保持 不变的物体。
总是大小相等，作用线相同，但指向相反，并同时分别作用 于这两个物体上。
F1
F2
公理5 刚化公理 设变形体在已知力系作用下维持平衡状态，则如 将这个已变形但平衡的物体变成刚体（刚化），其平衡不受影响。
第二节 约束和约束反力
1. 基本概念
自由体
—— 可以任意运动（获得任意位移）的物体。 非自由体 —— 运动(位移)受到某些限制的物体。 在空中飞行的炮弹、飞机等为自由体，理论上可达到空间任 意位置；而火车、汽车、建筑物等为非自由体，它们的位置 受到周围物体预先给定的限制。 约束 —— 由周围物体所构成的、限制非自由体位移的条件。 约束的作用是对与之连接物体的运动施加一定的限制条件。 地面限制车辆在地面上运动；桥墩限制桥梁的运动，使之保持 固定的位置；轴承限制轴只能在轴承中转动等等。 约束反力—— 约束对被约束体的作用力。也是被动力
A
FR
F1
A
F1
力的多边形法则 F1
FR F3 F5 F4
Fn Fi＋1
A
FR Fi
i 1
n
F2 Fi F1 F2
F12
o
Fi
公理2 二力平衡公理
要使刚体在两个力作用下维持平衡状态， 必须 也只须这两个力大小相等、方向相反、沿同一直线作用。 C FA A A C A A FA
F2
刚体
F1 F1=F2
广东九江 大桥200 米桥面被 撞垮塌 3月9日晚 8时半左 右，信宜 市朱砂镇 一座接近 竣工的石 拱桥“轰” 的一声塌 了 。相 同的施工 单位。
南 京 长 江 二 桥
南京长江二桥位于南京长江大桥下游11公里处，由南汊桥、八卦洲（长江 中第三大岛）公路连接线、北汊桥“二桥一路”组成，全长21.337公里。 其中，南汊大桥为钢箱梁斜拉桥，桥长2938米，主跨为628米，在当时同 类桥型中居国内第一，世界第三。 工程于1997年10月6日正式开工，2001 年3月26日建成通车。
引言
静力学的任务是研究力系的简化与平衡条件。
1、平衡——平衡是物体机械运动的特殊形式，是指物体 相对地球表面处于静止或匀速直线运动状态。
2、刚体——在外界的任何外力作用下形状和大小都 始终保持不变的物体。或者在力的作用下，任 意两点间的距离保持不变的物体。 刚体是一种理想化的力学模型。 一个物体能否视为刚体，不仅取决于变形的 大小，而且和问题本身的要求有关。 3、质点——如果不计物体的大小，只考虑其质量，则 称之为质点。质点是为研究物体运动规律而作的一 种简化，一组有联系的质点构成质点系。 。
1958年，周恩来 总理听取专家汇 报后，批准了丹 江口水利工程建 设规划，并选定 在汉江和丹江的 交汇处修建大坝。 当年9月1日，丹 江口大坝破土动 工。1973年底， 初期工程完工， 此时的丹江口大 坝高162米，蓄水 量174.5亿立方米， 发电机装机容量 90万千瓦。
丹江口大坝
丹江口大坝加高工程，2002年12月27日开工 ，是南水北调中线工 程关键性、控制性、标志性工程，也是国内水电工程加高续建项目 中规模和难度最大的工程。工程总投资为24.25亿元。
二、工程力学的研究方法
工程力学中各部分，由于所研究的问题不同，理论分析的方法也不同。
1、理论力学（静力学、运动学和动力学）的研究对象是刚体，在建立 研究对象力学模型的基础上，根据物体机械运动的基本概念与基本理 论，应用数学推导的方法，确定物体在外力作用下会产生什么样的运 动，或产生给定的运动需要施加什么样的力等