静力学基础解析

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2工程力学静力学第二章 基本力系

2工程力学静力学第二章 基本力系
6
即:平面汇交力系的合力等于各分力的矢量和,合力的作用 平面汇交力系的合力等于各分力的矢量和, 线通过各力的汇交点。 线通过各力的汇交点。 二、平面汇交力系平衡的几何条件(力多边形自行封闭) 平面汇交力系平衡的几何条件(力多边形自行封闭) 平面汇交力系平衡的充要条件是
R = ∑F = 0
在上面几何法求力系的合力中,合力 为零意味着力多边形自行封闭。所以平 平 面汇交力系平衡的必要与充分的几何条 件是: 件是: 力多边形自行封闭 或 力系中各力的矢量和等于零
30
§2 - 3
问题的提出: 问题的提出: 平面一般力系的简化
与力偶不同,力是滑移 矢量而不是自由矢量, 其作用线如果作平行移 动,会改变它对刚体的 作用效果。
力线平移
31
力线平移定理 F` O
∥ F`=F``= F
F`
. .
A
F
O
.
F``
结论: 力的作用线可以平行移动,移动后必须附加一个力偶 必须附加一个力偶,附加力偶 必须附加一个力偶 的力偶矩等于原来的力对所移动点的力矩。 M=mo(F) 平移结果: 平移结果:一力平移后即引出一个附加力偶以维持力在原作用点时的 作用效应,附加力偶之矩等于原力对新作用点之矩,转动方向取决于 原力绕新作用点的转动方向。
由图可看出,各分力在x轴和在y 轴投影的和分别为:
即:
Rx = X1 + X2 + X4 = ∑X
Ry = Y1 + Y2 + Y3 + Y4 = ∑Y
Rx = ∑ X
R y = ∑Y
合力投影定理:合力在某一轴上的投影, 合力投影定理:合力在某一轴上的投影,等于各分力在同一 轴上投影的代数和。 轴上投影的代数和。

1.1静力学基础

1.1静力学基础

一点。
F1
证明:1 利用力的可传性原理找到、
F2两个力的交点O;
A
R12
2 利用平行四边形法则在交 点O合成一个合力R12;
CO
B
F2
3 合力R12与第三个力F3满足 二力平衡公理,必定共线,
F3
2020/9/26
各力的汇交点
即三力平衡必汇交与一点O。
4.作用与反作用原理公理(公理四)
两物体间相互作用的力,总是大小相等、方向相反、 沿同一作用线,分别作用在相互作用的两个物体上。
2020/9/26
1.平面力系— 力的作用线在同一平面上的力系为平面力
系。平面力系又可以分为:
平面汇交力系 —所有力的作用线汇交于一点的平面力系
平面平行力系 —所有力的作用线都互相平行的平面力系
平面力偶系—物体受同一平面的一群力偶作用
平面任意力系 —所有力的作用线既不交于同一点,又不
互相平行的平面力系。 如果作用于刚体上的一力系可用另一力系来代替,而不改 变刚体的运动状态,则称两力系互为等效力系。一个力与 一个力系等效,则称这个力为该力系的合力;力系中的各 个力称为合力的分力。将各分力代换成合力的过程,称为 力2系020/的9/26合成;将合力代换成分力的过程,则称为力的分解
R
R
怎 样 求 合 力 2020/9/26 ?
力三角形法则
求合力例题: 已知皮带预紧力s1、s2和包角,求对轴的压力Q
轴上压力Q 包角
怎 样 求 合 力 ?
皮带轮
2020/9/26
皮带预紧力S
推论2:三力平衡汇交定理
若刚体在三个力的作用下处于平衡,且其中二
力相交于一点,则第三个力的作用线必通过同

工程力学(二)第1章 静力学基础

工程力学(二)第1章 静力学基础
两物体间相互作用的力,总是大小相等, 指向相反,且沿同一直线。
FT' FT P P
‹#› 10
§1-3 约束和约束力
1.3.1 约束的概念 1. 自由体与非自由体 在空间能向一切方向自由运动的物体,称 为自由体。 当物体受到了其他物体的限制,因而不能沿 某些方向运动时,这种物体为非自由体。 2. 约束 限制非自由体运动的物 体是该非自由体的约束。
F
A
P B
‹#› 22
例 题 1-2
解:碾子的受力图为:
F F
A
P P B A FNA B FNB
‹#› 23
例 题 1- 3
在图示的平面系统中,匀
H C
E A K D B
质球 A 重P1,物块B重P2,借其
G
本身重量与滑轮C 和柔绳维持
在仰角是q 的光滑斜面上。试
q
P2
分析物块B ,球A的受力情况,
连 接 , 底 边 AC 固 定 , 而 AB
边的中点D 作用有平行于固
C
F
A
定边AC 的力F,如图所示。
不计各杆自重,试画出杆AB 和BC 的受力图。
‹#› 27
例 题 1-4
B D
解:1. 杆 BC 的受力图。 杆两端B、C为光滑铰链连 接,当杆自重不计时,根据二 力平衡公理知B、C两处的约束 力FB、FC 必是沿BC且等值反 向。
并分别画出平衡时它们的受力 图。
P1
‹#› 24
例 题 1-3
解: 1.物块 B 的受力图。
H
FD E G
C D B P1 P2
D B K
A
q
P2
‹#› 25
例 题 1-3

工程力学(静力学与材料力学)-1-静力学基础

工程力学(静力学与材料力学)-1-静力学基础

力偶及其性质
力偶-最简单、最基本的力系
工程中的
力偶实例
F1
F2
1. 力偶的定义
两个力大小相等、方向相反、作用线互相平行、
但不在同一直线上,这两个力组成的力系称为力
偶(couple)。
(F,F)
力偶臂
dF F
力偶的作用面
平面力偶及其性质
m
B
F
o
dA
F’
力偶没有合力,不能用一个力来代替,也不能用一个力与之平
力偶及其性质
力偶及其性质
力偶-最简单、最基本的力系 力偶的性质 力偶系及其合成
力偶及其性质
力偶-最简单、最基本的力系
力偶及其性质
力偶-最简单、最基本的力系
工程中的力偶实例
钳工用绞杠丝锥攻螺纹时, 两手施于绞杆上的力和,如果 大小相等、方向相反,且作用 线互相平行而不重合时, 便组成一力偶 。
O
d1
d d2
F1
力和力矩
合力之矩定理
FR
n
mOFR=mOFi
i1
F2
例1 已知:如图 F、R、r, a , 求:MA(F)
解:应用合力矩定理
R Fy
F
r
a
a
Fx
M A ( F ) M A ( F x ) M A ( F y )
A
a a
M A ( F ) F x ( R r c) o F y r s sin
解 : 可以直接应用力矩公式计算力F 对O点之矩。但是,在本例的情形 下,不易计算矩心O到力F作用线的 垂直距离h。
如果将力F分解为互相垂直的
两个分力Fl和F2,二者的数值分别

F1=Fcos45

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。

西安交大工程力学01静力学基础

西安交大工程力学01静力学基础
F
F
A
P B
P FNA A
B
FNB
§1-4 物体受力分析和受力图 例1-3 简易吊车的受力分析。
C FAx A FB FAy D B
D A B
FB
G
D A FA B
G
§1-4 物体受力分析和受力图
F
例1-4 三铰拱的受力分析。
C
A F C FC A B FA FC C
B
FB
§1-4 物体受力分析和受力图 例1-5 滑槽机构的受力分析。
今日作业
1-2(d) 1-3(c) 1-4(c) 1-7
§1-3 约束和约束力
b、固定铰链约束
Fx Fy
§1-3 约束和约束力
c、可动铰链约束
§1-3 约束和约束力
(4)球形铰链约束
约束结构: 由一物体的球部嵌入另一物体的球窝构成。 约束特性: 允许物体绕球心 O 转动,不能沿径向移动。 约束反力: 通过球心,方向不能预先确定,通常用三个正交 分力Fx,Fy,Fz 表示。
§1-2 静力学公理 静力学公理是人类在长期生活和生产实践中,总结 归纳出来的客观规律。 公理一、二力平衡公理
作用在一个刚体上的两个力,使刚体保持平衡的 充要条件: 二力等值、反向、共线。
F1 F 2
§1-2 静力学公理 公理二、加减平衡力系公理
在受力物体上加上或减去任 意平衡力系,不改变物体的 平衡(运动)状态。
§1-3 约束和约束力
(5)轴承约束
a、滑动轴承:
FAx
x z
FAy
A
y
b、滚动轴承: 径向轴承(向心滚子轴承) 止推轴承(向心推力轴承)
z
FAz
FAy

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。

静力学分析基础

静力学分析基础

与静力学有密切联系。
静力学在新技术领域的应用
1 2
静力学在机械设计中的应用
机械设计中的结构分析和优化设计需要应用静力 学理论,以确保机械设备的稳定性和可靠性。
静力学在航空航天领域的应用
航空航天器在静止状态下的受力分析需要应用静 力学理论,以确保其结构的完整性和安全性。
3
静力学在土木工程中的应用
土木工程中的建筑物和桥梁等结构的稳定性分析 和设计需要应用静力学理论。
静力学分析基础
目录
• 静力学基本概念 • 静力学基本原理 • 静力学分析方法 • 静力学在工程中的应用 • 静力学的发展与展望
01
静力学基本概念
力的概念
总结词
力的概念是静力学分析中的基本要素,它描述了物体之间的相互作用。
详细描述
力是一个矢量,具有大小和方向两个基本属性。在物理学中,力是改变物体运 动状态的原因。在静力学中,主要关注处于平衡状态的物体所受的力。
02
静力学基本原理
二力平衡原理
总结词
二力平衡原理是静力学的基本原理之一,它指出一个物体在两个大小相等、方向相反且作用线通过同一点的力作 用下,将处于平衡状态。
详细描述
二力平衡原理是静力学中最基本的原理之一。当一个物体受到两个大小相等、方向相反且作用线通过同一点的力 作用时,物体将处于平衡状态,不会发生运动或转动。这个原理是静力学分析的基础,广泛应用于各种工程领域。
05
静力学的发展与展望
静力学与其他学科的交叉研究
静力学与材料科学
01
静力学在材料科学中广泛应用于研究材料的力学性能,如强度、
刚度和稳定性等。
静力学与流体力学
02
流体力学中的流体静力学是研究流体静止或相对静止状态下的
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光滑面约束的约束力是通过接触点、沿该点公 法线并指向被物体。一般用FN表示
FR
FN
FN´
FR
滑槽与销钉
3、光滑铰链约束
铰链约束的定义
铰 铰
将具有相同圆孔的两构件用圆柱形销钉连接起来, 称为中间铰约束
注意,图中的FR才是真正的约束力,满足光滑表面接触 约束特征,但其方向无法事先确定,故受力分析时将其向 坐标轴向投影得到Fx和Fy作为等效约束力分量。
作用于刚体并使之保持平衡的力系称为平衡力系, 或称为零力系
二、三个静力学公理
1、力的平行四边形法则
力的矢量和法则,可发展成为三角形法则
可用于汇交力系的几何加和,求合力
n
FR=
i=1
Fi
2、二力平衡原理
二力平衡与二力构件
作用在刚体上的两个力平衡的必要与充分条件是: 两个力大小相等、方向相反、并沿同一直线作用
制物体沿绳索伸长方向的位移,只能承受拉力,不 能承受任何轴向压力和横向力。
FT
约束力作用在与 物体的连接点上,作
用线沿柔索方向,背
向 物 体 。 通 常 用 FT 表示。
滑 轮 缆 索
带 轮 、 链 轮
2、光滑刚性面约束(光滑表面接触)
光滑指无摩擦或摩擦力可以忽略
光滑刚性面约束特 点:这种约束不能阻 止物体沿接触点切面 任何方向的运动或位 移,而只能限制沿接 触点处公法线指向约 束方向的运动或位移 。
力的作用点是物体相互作用位置的抽象化
力是矢量,用F表示 矢量的模表示力的大小;用F表示 矢量的作用线方位以及箭头表示力的方向;F0 矢量的始端(或未端)表示力的作用点。
力矢量可在三维坐标系统内解析表达(两种方法)
实际载荷的简化 (表面力)
※ 载荷的分类

可也分可为按体照积载荷力和的表作面用力方中式分为
得到物体所受到的力,包括主动力和 约束力,其中以约束力为主。力的作 用点和方向
得到简化后的力系,终极目标为一 个合力和一个合力偶
对简化后的力系,采用平衡条件求 解平衡方程,得到约束力的大小
静力学的主要数学方法
矢量代数 微积 分
关于受力分析-问题
我们是否能够采用高中物理和大学物理中的知识来 判明结构中各物体所受的力?
FB FB
力的可传性
刚体力学中,只要保持力的大小和方向不变, 将力的作用点沿力的作用线移动,刚体的运动效应 不会发生变化。
加减平衡力系原理
作用在刚体上的力可以沿作用线移动,为滑移矢。
力的可传性对于变形体并不适用! 力的可传性只限于研究力的运动效应。
三力平衡汇交原理
作用在平衡刚体上、作用线处于同一 平面内的三个互不平行力的作用线必定汇 交于一点
若力的作用线不通过 物体质心,则力将使物体既 发生平移又发生转动
力对物体的作用效应取决于力的大小、方向和作 用点三要素
力的大小反映了物体间相互作用的强弱程度。 单位为 “牛顿”简称“牛”,英文字母N和kN分 别表示牛和千牛
力的方向指的是静止质点在该力作用下开始运 动的方向。沿该方向画出的直线称为力的作用线, 力的方向包含力的作用线在空间的方位和指向
静载F1 荷和动F2载荷

其中工程力学中涉及到的动载荷
主要为冲击载荷和交变载荷
汽车通过轮胎作用在桥面上的力
分 布 力
桥面板作用在钢梁的力
通常用单位长度的力表示沿长度方向上的分布力的强 弱程度,称为载荷集度,用q表示,单位为N/m。
3、力系的概另当外然念,与根此据定其义中类力似的还相可互定位义置空、间指力向系
Nanjing University of Technology
第一篇 静力学
静力学研究物体的受力与平衡的一般规律
静力学的研究模型是刚体 平衡是运动的特殊情形,是指物体对惯性参考 系保持静止或作匀速直线平动 力系指作用在物体上的相互有关的力的集合
静力学的主要内容
受力分 析 力系的等效 力系的简化 力系的平衡
F
怎样确定O、B二处的受力?
A 处固定 F
怎样确定 A 处的受力?
D、E 二处为活页铰链
E F D
怎样确定 D、E 二处的受力?
对于一定的牵引力
怎样确定配重 W 或滑轮位置?
பைடு நூலகம்
对于处于某一 位置的机械臂
A
怎样确定A、B、G三处的受力?
第1章 静力学基础
基本概念和静力学公理
一、三个基本概念 1、刚体
F


F
F´ F



F´ 体
F

变 形 体
对于塔吊和组成塔吊的每一根杆件
刚 体
研究塔吊不致倾倒,确定所需配重
2、力的概念
力对物体的作用效应分为运动效应和变形效应 变形效应与物体在力作用下的变形有关,非刚体 力学研究范畴,如材料力学、弹性力学等
力使物体产生两种运动效应
若力的作用线通过物体的质心, 则力将使物体在力的方向平移
A
B
对于只能受拉、不能受压的柔性体,上述二力平衡条 件只是必要的,而不是充分的。
在两个力作用下保持平衡的构件称为二力构件,简称 二力杆。二力杆可以是直杆,也可以是曲杆。
3、加减平衡力系原理
平衡力系即为零力系 在承受任意力系作用的刚体上,加上任意平衡力 系,或减去任意平衡力系,都不会改变原来力系对刚 体的作用效应。
试分析下列结构中各构件的受力;讨论哪些 构件属于二力构件与 三力汇交
※ 介绍: 作用力与反作用力定律 刚化原理
约束与约束 力
一、概念
1、自由体
2、非自由体
3、约束 约束是一种条件
4、主动力与约束力 5、约束力的特征
作用点为连接物体的接触点,约束力的方向与 物体相对运动方向相反
主动力的大小和方向一般是事先给定的,彼此是独 立的;
约束力的方向和作用点一般事先可知,但大小通常 是未知的,需要根据平衡条件或动力学方程事后确定。
物体受力分析就是要正确地表示出约束力的作用线 或力的指向
二、典型约束与其约束力
约束力的方向和作用线与约束的类型、性质有关, 工程中实际约束可以概括为以下几类典型力学模型。
1、柔索约束
弯曲刚度为零的绳索,一定条件下的力学简化模型 如链条、皮带、钢丝绳等。约束特点:只能限
两个或两关汇个系交以, 力上力系、系的力还力可偶组分系成为、的(平力空行间力的或系系平、统面任称)意为力系,由 n个力所组成的力系力等系,可以用记号{Fi}表示。
力系的分类及与力系有关的概念
如果力系中的所有力的作用线都处于同一平面内, 这种力系称为平面力系
两个力系如果分别作用在同一刚体上,所产生的运 动效应是相同的,这两个力系称为等效力系
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