静力学基础解析
2工程力学静力学第二章 基本力系

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

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

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

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
为
F1=Fcos45
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

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

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

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
集
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
力
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
刚
体
F
F´ F
F´
变
形
F´ 体
F
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