第一节静力学

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第一章静力学基本知识

第一章静力学基本知识
链杆约束
4. 链杆约束
约束类型与实例
C A
B B
FB
FA A
二力杆约束
C
FA
A A
B
FB
B
? 受力图正确吗
双铰链刚杆约束
C
D
A
B
三、支座及支座反力 工程中将结构或构件支承在基础或另一静
止构件上的装置称为支座。支座也是约束。支 座对它所支承的构件的约束反力也称支座反力 。 建筑工程中常见的三种支座:固定铰支座 (铰链支座)、可动铰支座和固定端支座。
例1-1 重量为FW的圆球,用绳索挂于光滑墙上, 如图所示。试画出圆球的受力图。
FTA
O
O
FNB
W
W
切记:约束反力一定要与约束的类型相对应
例1-2 梁AB上作用有已知力F,梁的自重不计, A端为固定铰支座,B端为可动铰支座,如图所示 。试画出梁AB的受力图。
F
F
FAx

A
B
FAy
O
FB

F

FA
公理5告诉我们:处于平衡状态的变 形体,可用刚体静力学的平衡理论。
反之不一定成立,因对刚体平衡的充分必 要条件,对变形体是必要的但非充分的。
刚体(受压平衡) )
柔性体(受压不能平衡
课后作业 :
1-1 平衡的概念是什么?试举出一、两个物体 处于平衡状态的例子。 1-2 力的概念是什么?举例说明改变力的三要 素中任一要素都会影响力的作用效果。 1-3 二力平衡公理和作用与反作用公理的区别 是什么?
2、动荷载 是指荷载的大小、位置、方向随时间的变化而迅速变化 ,称为动荷载。如动力机械产生的荷载、地震力等
三、力系的分类

静力学基础PPT幻灯片

静力学基础PPT幻灯片
在笛卡尔坐标系中F的矢量式为
F Fxi Fy j Fzk
(1-2)
11
1.1 力与力的投影 直接投影法
直接投影法
若已知力F在直角坐标轴上的三个投影,其 大小和方向分别为:
F Fx2 Fy2 Fz2
(1-3)
cos Fx
F
cos Fy
F
cos Fz
F
(1-4)
光滑球铰链(球铰链):一般用于空间问题。 光滑圆柱铰链(柱铰链):用于空间和平面情形。
1.光滑球铰链约束:
A F
A
B
FAz
A
FAx
FAy
1.3 约束与约力
1.3.3 光滑铰链约束 2.光滑圆柱铰链约束:
F
Fy

Fx
1.3 约束与约束力
1.3.4 链杆约束
定义:两端用光滑铰链与物体连接,中间不受力(包括自重在内)的刚性 直杆称为链杆。一般用符号 F表A 示。
大小:标量, Fxy·h 转向:正负符号确定(逆时针为正/右手 螺旋)
方向:转轴轴线方向(确定)
单位:N·m
n
Oh
Fxy
注意:当力与轴平行(Fxy)或0 相交时(h=0),亦即力与
轴共面时,力对轴之矩等于零。
1.2 力矩与力偶
1.2.2 力对点之矩
在右图中,设力F的作用点为A,自空间任 一点O向A点作一矢径,用r表示,O点称 为矩心,力F对O点之矩定义为矢径r与F的 矢量积,记为 MO。(F )
M x (F ) yFz zFy M y (F ) zFx xFz M z (F ) xFy yFx
这说明,力对点之矩在过该点任意轴上的投影等于力对该点的轴之矩。

第1章 静力学基础

第1章  静力学基础

第一章静力学基础学习目标:1.理解力、刚体、约束、约束力的概念和静力学公理。

2.掌握物体受力图分析。

静力学是研究物体在力系作用下平衡规律的科学,主要解决两类问题:一是将作用在物体上的力系进行简化,即用一个简单的力系等效地替换一个复杂的力系,这类问题称为“力系的简化(或力系的合成)问题”;二是建立物体在各种力系作用下的平衡条件,这类问题称为“力系的平衡问题”。

静力学是建筑力学的基础,在土木工程实际中有着广泛的应用。

它所研究的两类问题(力系的简化和力系的平衡),对于研究物体的受力和变形都有十分重要的意义。

力在物体平衡时所表现出来的基本性质,也同样表现于物体在一般运动的情形中。

在静力学中关于力的合成、分解与力系简化的研究结果,可以直接应用于动力学。

本章将阐述静力学中的一些基本概念、静力学公理、建筑工程上常见的典型约束力与约束反力,以及物体的受力分析。

第一节基本概念一、力力的概念是人们在生活和生产实践中,通过长期的观察、分析和总结而逐步形成的。

当人们推动小车时,由于手臂肌肉的紧张和收缩而感受到了力的作用。

这种作用不仅存在于人与物体之间,而且广泛地存在于物体与物体之间,例如机车牵引车辆加速前进或者制动时,机车与车辆之间、车辆与车辆之间都有力的作用。

大量事实表明,力是物体(指广义上的物体,其中包括人)之间的相互作用,离开了物体,力就不可能存在。

力虽然看不见摸不着,但它的作用效应完全可以直接观察,或用仪器测量出来。

实际上,人们正是从力的效应来认识力本身的。

1.力的定义力是物体之间相互的机械作用。

由于力的作用,物体的机械运动状态将发生改变,同时还引起物体产生变形。

前者称为力的运动效应(或外效应);后者称为力的变形效应(或内效应)。

在本课程中,主要讨论力对物体的变形效应。

2.力的三要素实践表明,力对物体作用的效应,决定于力的大小、方向(包括方位和指向)和作用点,这三个因素称为力的三要素。

力的大小表示力对物体作用的强弱。

第一章静力学基本知识

第一章静力学基本知识

公理4
作用力和反作用力定律
等值、反向、共线、异体、且同时存在。
[例] 吊灯
17
§1-3 约束与约束反力
一、概念 自由体:位移不受限制的物体叫自由体。 非自由体:位移受限制的物体叫非自由体。 约束:对非自由体的某些位移预先施加的限制条件称为约束。 (这里,约束是名词,而不是动词的约束。) 约束反力:约束给被约束物体的力叫约束反力。
固定端(插入端)约束
在生活中常见的有:
②固定铰支座
28
③活动铰支座(辊轴支座)
29
§1-4 物体的受力分析和受力图
一、受力分析
解决力学问题时,首先要选定需要进行研究的物体,即选
择研究对象;然后根据已知条件,约束类型并结合基本概念和
公理分析它的受力情况,这个过程称为物体的受力分析。
作用在物体上的力有:一类是:主动力,如重力,风力,气体
推论2:三力平衡汇交定理 刚体受三力作用而平衡,若其中两力作 用线汇交于一点,则另一力的作用线必汇交 于同一点,且三力的作用线共面。(必共面,
在特殊情况下,力在无穷远处汇交——平行
力系。)
14
• 1.作用力与反作用力公理 • 两个物体之间的作用力与反作用力总是大 小相等,方向相反,沿同一直线且分别作 用在这两个物体上。
18
• 一. 约束与约束反力的概念 • 在空间可以自由运动的物体称为自由体; 在空间的运动受到限制的物体称为非自由 体。限制非自由体运动的装置,称为约束。 如房屋中的柱是梁的约束,地基是基础的 约束等。
• 约束对物体的运动起阻碍作用,这种阻碍物 体运动的作用,称为约束反力,简称反力。 约束反力的方向总是与被约束物体的运动 (或运动趋势)的方向相反。
实践所验证,是无须证明而为人们所公认的结论。

第一章-工程力学知识【可修改文字】

第一章-工程力学知识【可修改文字】

第一节 静力学的基本概念和物体受力分析 五、简单力系分析
1、平面汇交力系合成与平衡的几何法 平面汇交力系:各力的作用线位于同一平面内并且
汇交于同一点的力系,如图1-19。
图1-19 平面汇交力系
第一节 静力学的基本概念和物体受力分析
(1)平面汇交力系的合成的几何法 用平面四边形法则或力三角形法求两个共点力的合
图1-12 光滑接触面约束
第一节 静力学的基本概念和物体受力分析
(1)中间铰链约束,如图1-13 :用中间铰链约束的 两物体都能绕接触点转动,两物体相互转动又相互制约。
约束反力的确定:其约束反力用过铰链中心两个大 小未知的正交分力来表示。
图1-13 中间铰链约束
第一节 静力学的基本概念和物体受力分析
(4)平面力偶系的简化与平衡: 1)作用在物体同一平面内的各力偶组成平面力偶系。 平面力偶系可以合成为一合力偶,此合力偶的力偶矩等 于力偶系中各力偶的力偶矩的代数和,即:M=m1+ m2+…+mn=Σm; 2)平面力偶系平衡的必要与充分条件:平面力偶 系中所有各力偶的力偶矩的代数和等于零,即:Σm=0。
(1)二力平衡公理:作用于刚体 上的两个力处于平衡的必要和充分条 件是:力的大小相等、方向相反、作 用于同一个物体同一直线上。矢量式 可表示为:F1=-F2,如图1-5。
图1-5 二力平衡条件
第一节 静力学的基本概念和物体受力分析
二力杆件(或二力体):受两个力作用而平衡的杆件,
如图1-6。
F1
F2
(1)力对物体的作用效力 内效应:使物体发生变形的效
应。 注:静力学只考虑外效应。
(2)力的三要素:力的大小、方向、作用点。 (3)力是矢量(用一带箭头的线段表示)如图1-1表 示,单位为N或KN。

汽车机械基础第章静力学基础_图文

汽车机械基础第章静力学基础_图文

一、柔索约束: 工程上常见的钢丝绳、传动带、链 条等都可以简化为柔索,柔索只能承受 拉力。所以柔索对物体的约束反力,作 用点在接触处,方向沿柔索背离物体, 恒为拉力(如下图)。通常用FT表示这 类约束反力。
柔索约束与约束反力
二、光滑接触面约束
当两物体直接接触,并忽略接触处的摩擦时,约 束只能限制物体过接触点沿接触面公法线指向约束物 体的运动,而不能限制物体在接触面的切线方向的运 动,故约束反力必然过接触点的法向,并指向被约束 的物体,称为法向反力。通常用FN表示此类约束反力 。如下图所示。
第二节 静力学基本公理
公理就是人类经过长期的观察和实践积 累起来的经验,加以概括和总结得到的结论 ,它的正确性在实践中得到了验证,已被人 们公认为符合客观现实的真理。静力学公理 概括了力的一些基本性质,是建立静力学理 论的基础。
公理1:二力平衡公理
作用于一个刚体上的力,使刚体保持 平衡状态的必用在同一直线上( 简称二力等值、反向、共线)。如下图所 示,用矢量式表示F1=-F2。
作用与反作用公理概括了自然 界物体间相互作用的关系,表明一 切力都是成对出现的。
这里应当注意,此公理与二力 平衡公理是有差别的,此公理叙述 了两个物体之间的相互作用的关系 ,而二力平衡公理叙述了作用于同 一刚体上的二力平衡条件。
公理3:加减平衡力系公理
在任意一个已知力系上加上或减去任一个 平衡力系,不会改变原力系对刚体的作用。
则F=F1+F2
为求F大小与方向,可用几何作图法或几何关 系计算。
推论2:三力平衡汇交定理 刚体受三个力作 用而平衡,若其中两力的作用线汇交于一点,则此 三力必共面,且作用线必汇交于一点。
第三节 约束和约束反力
位移不受限制的物体称为自由体。位 移受到限制的物体称为非自由体。对非自 由体的某些位移起限制作用的周围物体称 为约束。约束限制物体运动的力称为该物 体的约束反力。

工程力学第一章

工程力学第一章

物体受到约束时,物体与约束之间相互有作用力,约束对被约束物体 的作用力称为约束力(或约束反力)。
约束力有两个特点: (1)约束力的方向总是与约束所限制的运动(或趋势)方向相反。 (2)约束力的大小与被约束物体的运动状态及受力情况有关。 作用于非自由体上除约束力以外的力统称为主动力,如重力、推力等。 相对于主动力,约束力是被动力。工程中约束的种类很多,下面介绍几 种常见的约束类型,并分析其特点。
画受力图是求解力学问题的重要一步,不能省略,更不能发生错误,否则将 导致以后分析计算上的错误结果。画受力图应遵循如下步骤: (1)根据题意,明确并选取研究对象,即分离体。按照需要可以选取单个物体, 也可以选取几个物体组成的物体系统。如果有二力杆,要先取出来研究其受 力。 (2)画出分离体上的全部主动力。 (3)按照被解除约束的类型,逐一画出研究对象周围的所有约束对它的约束力。 特别要注意铰链约束力以下两点的画法: ①铰链约束的特点是能完全限制各被连接物体的移动,但无法限制物体绕销 钉的转动。 ②被销钉连接的各物体之间没有直接的相互作用,它们分别与销钉发生相互 作用。铰链约束力,就是销钉对构件的反作用力。
能使柔绳平衡。
图1-4
公理2 加减平衡力系公理
在作用于刚体的力系中,添加或除去平衡力系,不改变原力系对刚体的 作用效果。 公理2只适用于刚体,对于变形体不成立。加减平衡力系是力系简化的重 要依据,给出如下推论,用公理2加以证明。
推论1 力的可传性原理
作用在刚体上的力,可沿力的作用线在刚体上移动,而保持它对 刚体的作用效果不变。Biblioteka 第三节约束和约束力
在空间可以自由运动,可获得任意方向 位移的物体,称之为自由体。例如,天空中飞 行的飞机、火箭、人造卫星等。位移受到某种 限制的物体,称之为非自由体。 约束:限制物体自由运动的条件(或周围物体)。

静力学 ppt课件

静力学 ppt课件

P
P
FN '
作用力和反作用力
(1) P 和 P’
FN (2) FN 和 FN’
P’
公理5:刚化原理
变形体在某一力系作用下处于平衡,若将该 物体刚化为刚体,则平衡状态保持不变。
该公理的作用为:刚体静力学的结果可用于变形 体。
§1-2 约束和约束力
一、有关概念
自由体: 非自由体(被约束体): 研究对象
6、其它约束 (1)球 铰
FRy FRx
FRz
球 股骨
球窝 盆骨
盆骨与股骨之间的球铰连接
(2)止推轴承
FA y
A
A FA z
FA x
§1-3 研究对象、分离体、受力图
受力分析-过程与方法
确定研究对象 取分离体; 根据约束性质确定约束力; 画受力图。
受 力 分 析 示 例 (1)
W
取 分离 体
约束力的方向与所阻碍的位移方向相反
判别:二力杆 判别:三力汇交平衡
2、明确研究对象 研究对象的选取,要根据解题的需要,合理选择。
研究对象可以是单个物体,可以是由几个物体构成的 子系统,也可以是整体。
3、画研究对象受力图时要画上 (1)作用在研究对象上的所有主动力 (2)作用在研究对象上的所有约束反力
约束反力要画在被约束体和约束的接触处 (用约束反力代替原先的约束)
约束(约束体): 对被约束体(研究对象)
的位移起限制作用的周围 物体
约束力:约束对被约束体(研究对象)的
作用力
约束力的方向:
与该约束所阻碍的位移方向相反
二、平面问题中的几种常见的约束 1、光滑接触面约束
光滑: 接触面之间无摩擦
约束力: 作用于接触点,沿二个接触面 的公法线方向(若为尖点和面 的接触,则沿该面的法线方向)
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绪论
一、理论力学的研究对象和内容
理论力学是研究物体机械运动ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ般规律的科学
静力学:研究受力物体在力系作用下的平衡; 运动学:从几何角度研究物体的运动; 动力学:研究受力物体的运动与作用力之间的关系。
二、理论力学的研究方法
● 通过观察生活和生产实践中的各种现象,进行多次 的科学实验,经过分析、综合和归纳,总结出力学的 最基本的规律。
为学好后续力学课程做好准备。
有助于培养正确的分析问题和解决问题的能力,为今 后解决生产实际问题、从事科学研究工作打下基础。
C vC ω
圈操
艺术体操运动员使圈高速转动,并在地面上 向前抛出,不久圆圈可自动返回到运动员跟前。 我们应该怎样来解释这种现象
五、基本要求
● 准确地理解基本概念; ● 熟悉基本定理与公式,并能在正确条件下灵活应用; ● 学会一些处理理论力学问题的基本方法。
理论力学
飞鸟与空中客车机翼相撞
垮塌前的彩虹桥
垮塌后的彩虹桥
法庭以外的问题-力学素质的重要性 -从简单力学问题到高等力学问题。
简单力学问题- 大部队过桥时不能齐步走
高等力学问题- 冲击载荷的概念: 人跑步时脚上的力量有多大? 损伤累积与结构寿命 与跑步的次数有关
人跑步时脚上的力量有多大?
脚上的力量
对刚体的作用 。
推理1 力的可传性
作用于刚体上某点的力,可以沿着它的作用线移到刚体内任意
一点,并不改变该力对刚体的作用。
B
F2
B
F2
F
A
A F F1
A
推理2 三力平衡汇交定理
作用于刚体上三个相互平 衡的力,若其中两个力的作用 F3 线汇交于一点,则此三力必在 同一平面内,且 第三个力的 作用线必通过汇交点。
第一阶段: 以积累资料为主要特征; 第二阶段: 经典力学; 第三阶段: 应用力学。
四、学习理论力学的目的
为解决工程实际问题打下一定的基础。
计算机硬盘驱动器
给定不变的角加速 度,从启动到正常运 行所需的时间以及所 需经历的转数。
已知转台的质量及 其分布,当驱动器到 达正常运行所需角速 度时,驱动马达的功 率如何确定?
12500N
6000N
3000N
3500N
4500N 假设人体重量为750N
肇事运砂车准载12.54吨,实际载货为 54.1吨,超载41.56吨,超载比例 331%。
爆破拆除危桥
因地震后被确定为“危桥”,有40年历史的四川简阳市沱 江一桥于本月25日被实施爆破,不料380公斤炸药并未让这 座“危桥”趴下。事后,当地交通局和爆破工程人员马上 寻找原因,并用机械协助处理。“我们用机械找到了受力 平衡点,经过三次处理,目前桥面和桥拱已按计划坍塌。”
● 在对事物观察和实验的基础上,经过抽象化建立 力学模型,形成概念,在基本规律的基础上,经过逻 辑推理和数学演绎,建立理论体系。
● 将理论力学的理论用于实践,在解释世界、改造世 界中不断得到验证和发展。
三、力学发展简史
1687年牛顿发表的《自然哲学的数学原理》; 1900年普朗克的量子力学与1905年爱因斯坦相 对论的提出。
(2)使物体发生变形——变形效应或内效应(材力)
力的三要素及其表示:
力的作用线
F
(1)力的大小,
A
力的三要素: (2)力的方向,
(3)力的作用点。
F
F0
可用一矢量表示F F = F F0
(定位矢量或固定矢量)
力的单位
N(牛顿)、kN(千牛)
§1-2 静力学公理
公理1 力的平行四边形规则
★ 作用在物体上同一点的两个力,可以合成为一个合力。合 力的作用点也在该点,合力的大小和方向,由这两个力为边构 成的平行四边形的对角线确定。
——属光滑面约束
● 约束反力特征:
方位 沿销钉的径向 指向 指向不定(假定两互相垂直分量)
活支铰链或中间铰 销钉

B A
FB1y B
FB1x
F B2 y
自由体 —— 位移不受限制的物体。 非自由体 —— 位移受到限制的物体。 ★ 约束:对非自由体的某些位移起限制作用的周 围物体称为约束。
★ 约束反力
约束对非自由体施加的力——约束反力 约束反力的方向必与该约束所能够阻碍的位移方向相反,大 小通常是未知的。
工程中常见的几类 约束
1. 具有光滑接触表面的约束 ● 约束特征: 只限制物体沿公
法线趋向于支承面方 向的运动 ● 反力特征: 方位: 沿接触处的公法线
指向: 指向物体(物体受压)
2.柔性体约束 ●约束特征: 只限制物体沿柔性体伸长方向的运动
● 反力特征:
方位:沿柔性体轴线 指向:背离物体(受拉)
3. 光滑圆柱形铰链约束
固定铰链或铰支座 ● 约束特征:
只限制物体沿圆柱形径 向的运动。不限制其轴 向和绕轴的转动运动。
F2
FR
A
F1
O
FR=F1+ F2
FR F2
F1
公理2 二力平衡条件
★ 作用在刚体上的两个力,使刚体保持平衡的充要条件是: 这两个力的大小相等,方向相反,且在同一直线上。
B A
F2
F1= F2
F1
注意: 公理对于刚体的平衡是充要条件,
而对变形体仅为平衡的必要条件;
公理3 加减平衡力系原理
★ 在已知力系上加上或减去任意的平衡力系,并不改变原力系
刚体是抽象化的力学模型
理论力学研究的物体都是刚体 刚体力学
静力学——刚体静力学
2. 力的概念
力是物体间相互的机械作用,这种作用使物体的 机械运动状态发生变化。
作用方式: (1)直接接触作用; (2)间接作用,如磁场、电场、重力场等。
作用效应:
(1)使物体的运动状态发生改变——运动效应或外效 应,如位置、速度、加速度等(理力);
第一篇 静力学
※ 物体的受力分析 ※ 力系的等效替换(或简化) ※ 建立各种力系的平衡条件
第1章 静力学公理和物体的受力分析
※ 刚体和力的概念 ※ 静力学公理 ※ 约束和约束反力 ※ 物体的受力分析和受力图 ※ 结论与讨论
§1.1 刚体和力的概念
1. 刚体的概念 在力的作用下,其内部任意两点之间的距离始终保 持不变。
作用于刚体上的力—— 滑动矢量
F1
F1 A
C
O
F12
B
F2
F2
公理4 作用与反作用定律
作用力和反作用力总是同时存在,两力的大小相等、方向相反, 沿着同一直线,分别作用在两个相互作用的物体上。
公理5 刚化原理
变形体在某一力系作用下处于平衡,如将此变形体刚化为刚体, 其平衡状态保持不变。
§1-3 约束和约束反力
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