01静力学基础和物体受力分析分析
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《静力学专题》课件
02 静力学分析方法
力的平衡分析
力的平衡分析
通过分析物体所受的力，确定物体在静止或匀速直线运动状态下 的受力情况。
力的平衡分析步骤
确定研究对象、分析受力情况、建立平衡方程、求解未知量。
力的平衡分析的应用
解决各种工程实际问题，如桥梁、建筑、机械等领域的结构稳定性 问题。
力矩平衡分析
力矩平衡分析
01
通过分析物体所受到的力矩，确定物体在旋转或角速度运动状
态下的受力情况。
力矩平衡分析步骤
02
确定研究对象、分析受力情况、建立力矩平衡方程、求解未知
量。
力矩平衡分析的应用
03
解决各种工程实际问题，如旋转机械、航空航天、车辆等领域
的设计和稳定性问题。
力的分布分析
力的分布分析
通过分析物体上力的分布情况，了解物体在不同位置的受力情况 。
学提供了更深入的理解和更广泛的应用。
静力学与流体力学
要点一
总结词
静力学与流体力学在研究流体平衡和稳定性方面有共同之 处，两者在理论和方法上相互借鉴。
要点二
详细描述
流体力学主要关注流体（液体和气体）的运动状态和受力 情况，而静力学则关注物体在静止或平衡状态下所受的力 。在研究流体平衡和稳定性方面，静力学中的一些基本原 理，如力的平衡和力矩平衡，可以应用于流体的平衡和稳 定性分析。此外，流体力学中的一些概念，如流体压力、 流速和流量等，也为静力学提供了更深入的理解和更广泛 的应用。
《静力学专题》ppt课 件
目录
Contents
• 静力学基础 • 静力学分析方法 • 静力学应用 • 静力学与其他学科的交叉
01 静力学基础
静力学的基本概念
1静力学公理.受力分析
伽利略对自由落体和物体在斜面上的运动 进行多次实验 “加速度”
理论力学的研究方法
2. 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。
忽略微小变形
刚体模型
理想约束模型
抓住物体间机械运动的
相互限制的主要方面
理论力学的研究方法
3. 将理论力学的理论用于实践，在解释世界、 改造世界中得到验证和发展。
约束和约束反力
1.具有光滑接触表面的约束 约束反力作用在接触点， 方向沿接触表面的公法线，并指向受力物体。 这种约束反力称为法向反力。表示为 FN
C
FNA
A B
FNC
FN
FNB
光滑接触面约束
约束反力——法向反力，压力 FN
FN
滑槽与销钉
光滑接触面约束
FN
齿轮啮合力
2.柔索约束
绳索、链条或胶带等
例1-1：用力F 拉动碾子，遇到障碍A。
作碾子的受力图。
F FAPBFPNAF
NB
物体的受力分析和受力图
例1-2：屋架如图所示。已知自重P，均布风力q
作屋架的受力图。
P
F
Ay
F
B
F
Ax
P
例1-3 画出下列各研究对像的受力图： （1）CD杆；（2）横梁AB（包括电动机）
B
F
Ay
A
P1
D
P
2
A
F
D
B
F
二力平衡的必要与充分条件: 二力等值，反向，共线。
B A
F′
无论刚体形状如何，如果只受两个力作用且平衡， 则这两个力必然满足二力平衡条件。
静力学的基本公理及受力分析
平衡条件的推导与证明
01
02
03
04
平衡条件是物体受到的合外力 为零，即$F_{合} = 0$。
平衡条件是物体受到的合外力 为零，即$F_{合} = 0$。
平衡条件是物体受到的合外力 为零，即$F_{合} = 0$。
平衡条件是物体受到的合外力 为零，即$F_{合} = 0$。
平衡条件的实际应用
在工程实践中，平衡条 件的应用非常广泛，如 桥梁设计、建筑结构稳 定性分析、机械零件的 强度计算等。
100%
三角形法则
如果有一个力产生某种效果，那 么这个力也可以产生同样的效果 ，只不过是选择的路径不同而已 。
80%
多边形法则
如果有n个力共同作用产生的效果 和一个单独的力产生的效果相同 ，那么这个单独的力就等于这n个 力的合力。
力的分解
正交分解法
将一个力分解为互相垂直的分 力。
按实际作用效果分解
解方程
解方程求出x轴和y轴方向上的加速度，进而求出 合加速度的大小和方向。
05
平衡状态与平衡条件
平衡状态的定义与分类
平衡状态是指物体处于静止或匀速直 线运动的状态，即物体速度为零或保 持恒定的速度。
平衡状态分为完全平衡状态和部分平 衡状态，完全平衡状态是指物体受到 的合外力为零，部分平衡状态是指物 体受到的合外力矩为零。
应用
在分析平衡问题时，可以应用二力平衡公理，判断物体是否处于 平衡状态。
公理三：加减平衡力系公理
上或减去任意平衡力系，不会 改变物体原有的运动状态。
应用
在分析受力时，可以忽略一些小 的力或力矩，简化问题。
03
受力分析
受力分析的定义与目的
定义
受力分析是对物体所受到的各种力的分析过程，包括分析力 的种类、方向和大小。
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
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1章 静力学基本概念与物体受力分析
3
§ 1-3 受力图
三、 画受力图注意事项
（5）对多个物体组成的物体系统，注意首先找出其中的全 对多个物体组成的物体系统，注意首先找出其中的全 部二力杆（ 部二力杆（体）。 注意利用三力汇交定理，确定未知约束力的方位。 （6）注意利用三力汇交定理，确定未知约束力的方位。 受力图上不要随便移动力的作用点 便于检查。 不要随便移动力的作用点， （7）受力图上不要随便移动力的作用点，便于检查。 （8）同一处若有几个不同的约束提供的约束力共同作用 不要以合力的形式画出。 时，不要以合力的形式画出。 方位确定、指向未定的约束力可假定其指向； （9）方位确定、指向未定的约束力可假定其指向；方向 未定的，可用其正交分量表示。 未定的，可用其正交分量表示。 10）分析受力时，除特别说明或已给出外， （10）分析受力时，除特别说明或已给出外，一般不考虑 摩擦力和自重。 摩擦力和自重。
7
H
C E A
F α
G D
B
P 1
P 2
例题
例 题 1
解： 1.物块 B 的受力图。 . 受力图。
H
§4 静力学基本概念
G C D
B
F D
D B
E A
F α
P 2
P 1
P 2
8
例题
例 题 1
§4 静力学基本概念
2. 球 A 的受力图。 受力图。
H
G C D
B
E A F
F E
A
F
E
α
P 1
F F
P 1
W
F T
A C
W
26
例 1.3 水平梁AB两端用铰支座 两端用铰支座 水平梁 和辊轴支座(右图 ， 和辊轴支座 右图)，在 C处作 右图 处作 用一集中荷载F，梁重不计， 用一集中荷载 ，梁重不计， 画出梁AB的受力图。 画出梁 的受力图。 的受力图 O A
§ 1-3 受力图
三、 画受力图注意事项
（5）对多个物体组成的物体系统，注意首先找出其中的全 对多个物体组成的物体系统，注意首先找出其中的全 部二力杆（ 部二力杆（体）。 注意利用三力汇交定理，确定未知约束力的方位。 （6）注意利用三力汇交定理，确定未知约束力的方位。 受力图上不要随便移动力的作用点 便于检查。 不要随便移动力的作用点， （7）受力图上不要随便移动力的作用点，便于检查。 （8）同一处若有几个不同的约束提供的约束力共同作用 不要以合力的形式画出。 时，不要以合力的形式画出。 方位确定、指向未定的约束力可假定其指向； （9）方位确定、指向未定的约束力可假定其指向；方向 未定的，可用其正交分量表示。 未定的，可用其正交分量表示。 10）分析受力时，除特别说明或已给出外， （10）分析受力时，除特别说明或已给出外，一般不考虑 摩擦力和自重。 摩擦力和自重。
7
H
C E A
F α
G D
B
P 1
P 2
例题
例 题 1
解： 1.物块 B 的受力图。 . 受力图。
H
§4 静力学基本概念
G C D
B
F D
D B
E A
F α
P 2
P 1
P 2
8
例题
例 题 1
§4 静力学基本概念
2. 球 A 的受力图。 受力图。
H
G C D
B
E A F
F E
A
F
E
α
P 1
F F
P 1
W
F T
A C
W
26
例 1.3 水平梁AB两端用铰支座 两端用铰支座 水平梁 和辊轴支座(右图 ， 和辊轴支座 右图)，在 C处作 右图 处作 用一集中荷载F，梁重不计， 用一集中荷载 ，梁重不计， 画出梁AB的受力图。 画出梁 的受力图。 的受力图 O A
[工学]《理论力学》第一章 静力学公理和物体的受力分析
![[工学]《理论力学》第一章 静力学公理和物体的受力分析](https://img.taocdn.com/s3/m/46385e5331b765ce05081456.png)
4. 刚体: 一级定义: 不变的物体.
在力的作用下, 其内部任意两点之间的距离 始 终保持
二级定义:
刚体是这样的一种点的集合, 即其上任意
两点的距离始终保持不变.
§1－2 静力学公理
公理一: 力的平行四边形法则( 合力矢等于二力矢的几何和)
F1
A
FR
FR F1 F2
F2
公理二: 二力平衡公理
注意: 不平行三力 共面汇交仅
是平衡的必要条件.
F3
C
FR
F3
公理四: 作用与反作用定律 作用力与反作用力总是同时存在, 两力等值、反向、共线, 且 分别作用在两个相互作用的物体上.( 牛顿第三定律) 公理五: 刚化公理 变形体在某一力系作用下处于平衡, 若将此变形体硬化为刚 体, 则平衡的状态保持不变.
( 2 ) 诸物体若以光滑铰链连接, 则每一个物体在铰链处 受到的约束反力应理解为铰链对此物体的力, 而不要笼 统理解为物体之间的‘ 相互作用力’. 这一点, 在铰链 连接三个和三个以上的物体时, 以及铰链本身承受外载 荷的情况下尤其要注意.
F F ' F1
A B
加一对平 衡力
F
A
减一对平 衡力
F1
F 减一对平
衡力 加一对平 衡力
'
F
A
B
'
B
F
推论二： 三力平衡汇交定理
设处于平衡的刚体受三个力的作用， 若其中两个力的作 用线汇交于一点， 则此三力必在同一平面内且第三力也 汇交于同一点.
B
F2
F1
A
O C
F3
F2 F2 F1
A O B
2019/2/16
1—静力学的基本概念与物体受力分析
③作用点在物体与约束相接触的那一点。
1.4.2 具有光滑接触表面的约束
法线
切线
FN 约束力沿接触面公法线方向指向物体。
1.4.3 柔性体约束
属于这一类约束的有:柔软的绳索、链条或胶带等
约束反力为拉力，作用线沿柔性体背离物体。
举例
T P P
S1 S'1
S2
S'2
1.4.4 圆柱铰链和固定铰链支座
作用于刚体上的力是：滑动矢量。
公理3 力的平行四边形法则
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。或者说，合力矢等于这两个力矢的几何和，即
FR F1 F2
它是力系简化的基础。
F1
A
FR
F2
推论2
例７ 销钉问题。试分别画出AB、BC杆、销钉C及构 架整体的受力图。 C
解：
A FA
F
B FB FCB C
C
FCB’ C A
FCA F C FCA’ F ’
A FA
F FA
FB
B
CB （AC杆含销C） （AC杆不含销C） （销钉C） （BC杆不含销C）来自 例８ 画出下列各构件的受力图。
O
C
E D Q A B
例1 作图示轧路机轧轮的受力图(忽略摩擦)。
F F
A
P
B
A
P
B
FA
FB
例2 如图所示结构，画AD、BC的受力图。
P
A
FC
C
C B
A C
D
FB P
D
B
FA
F'C
1.4.2 具有光滑接触表面的约束
法线
切线
FN 约束力沿接触面公法线方向指向物体。
1.4.3 柔性体约束
属于这一类约束的有:柔软的绳索、链条或胶带等
约束反力为拉力，作用线沿柔性体背离物体。
举例
T P P
S1 S'1
S2
S'2
1.4.4 圆柱铰链和固定铰链支座
作用于刚体上的力是：滑动矢量。
公理3 力的平行四边形法则
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。或者说，合力矢等于这两个力矢的几何和，即
FR F1 F2
它是力系简化的基础。
F1
A
FR
F2
推论2
例７ 销钉问题。试分别画出AB、BC杆、销钉C及构 架整体的受力图。 C
解：
A FA
F
B FB FCB C
C
FCB’ C A
FCA F C FCA’ F ’
A FA
F FA
FB
B
CB （AC杆含销C） （AC杆不含销C） （销钉C） （BC杆不含销C）来自 例８ 画出下列各构件的受力图。
O
C
E D Q A B
例1 作图示轧路机轧轮的受力图(忽略摩擦)。
F F
A
P
B
A
P
B
FA
FB
例2 如图所示结构，画AD、BC的受力图。
P
A
FC
C
C B
A C
D
FB P
D
B
FA
F'C
静力学基本概念和受力分析(38)
梁和柱的设计
在建筑结构中，梁和柱是主要的承重构件。静力学分析可以帮助设计者 确定梁和柱的尺寸、形状和材料，以满足建筑物的载荷要求。
03
基础设计
建筑基础必须能够支撑整个建筑物，并传递载荷到土壤或岩石中。静力
学分析有助于设计者确定基础的形式、深度和材料，以确保其稳定性。
机械设计中的静力学
机器部件的强度分析
应用
在分析受力平衡问题时，可以通过力的平行四边形法则判断合力的性质，从而确定物体的 平衡状态。
注意事项
力的平行四边形法则只适用于共点力，不适用于非共点力。
05
静力学在工程中的应用
建筑结构中的静力学
01 02
建筑结构的稳定性
静力学在建筑结构设计中至关重要，它涉及到建筑物的稳定性、安全性 和持久性。通过静力学分析，可以确定建筑结构的承载能力和抵抗风、 地震等外力的能力。
航空航天中的静力学
机翼和机身的结构设计
在飞机和航天器的设计中，机翼和机身的结构必须能够承受飞行过程中的气动力、重力和其他外力。静力学分析有助 于设计者确定这些结构的形状、尺寸和材料。
火箭推进剂的压力容器
火箭推进剂的压力容器必须能够承受极高的内部压力。静力学分析有助于设计者确定容器的壁厚、支撑结构和材料， 以确保容器在承受内部压力时不会发生破裂或变形。
平衡条件
一个物体在三个共点力作 用下处于平衡状态时，这 三个力的合力为零。
应用
在工程中，力的平衡是分 析稳定性和承载能力的基 础。
力矩的平衡
定义
应用
力矩的平衡是指物体受到的各个力矩 在大小和方向上相互抵消，使物体处 于静止或匀速转动状态。
在工程中，力矩的平衡是分析稳定性 和转动能力的基础。
在建筑结构中，梁和柱是主要的承重构件。静力学分析可以帮助设计者 确定梁和柱的尺寸、形状和材料，以满足建筑物的载荷要求。
03
基础设计
建筑基础必须能够支撑整个建筑物，并传递载荷到土壤或岩石中。静力
学分析有助于设计者确定基础的形式、深度和材料，以确保其稳定性。
机械设计中的静力学
机器部件的强度分析
应用
在分析受力平衡问题时，可以通过力的平行四边形法则判断合力的性质，从而确定物体的 平衡状态。
注意事项
力的平行四边形法则只适用于共点力，不适用于非共点力。
05
静力学在工程中的应用
建筑结构中的静力学
01 02
建筑结构的稳定性
静力学在建筑结构设计中至关重要，它涉及到建筑物的稳定性、安全性 和持久性。通过静力学分析，可以确定建筑结构的承载能力和抵抗风、 地震等外力的能力。
航空航天中的静力学
机翼和机身的结构设计
在飞机和航天器的设计中，机翼和机身的结构必须能够承受飞行过程中的气动力、重力和其他外力。静力学分析有助 于设计者确定这些结构的形状、尺寸和材料。
火箭推进剂的压力容器
火箭推进剂的压力容器必须能够承受极高的内部压力。静力学分析有助于设计者确定容器的壁厚、支撑结构和材料， 以确保容器在承受内部压力时不会发生破裂或变形。
平衡条件
一个物体在三个共点力作 用下处于平衡状态时，这 三个力的合力为零。
应用
在工程中，力的平衡是分 析稳定性和承载能力的基 础。
力矩的平衡
定义
应用
力矩的平衡是指物体受到的各个力矩 在大小和方向上相互抵消，使物体处 于静止或匀速转动状态。
在工程中，力矩的平衡是分析稳定性 和转动能力的基础。