静力学-受力分析.ppt

1,工程力学,南昌大学,2,第一部分 静力学,3,目 录,静力学,第1章 静力学公理和物体的受力分析 第2章 基本力系 第3章 一般力系,4,一、静力学 是研究物体在力系作用下的平衡条件的科学。在静力学中所指的物体都是刚体。所谓刚体，是指在力的作用下，大小和形状都不变的物体。这是一个理想化的力学模型。 二、力 1定义：力是物体间相互的机械作用，这种作用物体的机械运动状态发生变化。 2. 力的效应： 运动效应(外效应) 变形效应(内效应)。,引 言,静力学,5,静力学,3. 力的三要素：大小，方向，作用点。 4.力的单位：国际单位制： 牛顿(N)，千牛顿(kN) 三、力系 力系是指作用在物体上的一群力。 平衡力系：物体在力系作用下处于平衡，我们称这个力系为平衡力系。 四、平衡 平衡是指物体相对于惯性参考系保持静止或作匀速直线运动的状态。,6,静力学,在静力学中，我们将研究以下三个问题： 1. 物体的受力分析 2. 力系的等效替换（或简化） 3. 建立各种力系的平衡条件,7,第1章 静力学公理和物体的受力分析,静力学,8,目 录,静力学,1.1 静力学公理 1.2 约束和约束反力 1.3 物体的受力分析与受力图,9,静力学,1.1 静力学公理,公理：是人类经过长期实践和经验而得到的结论，它被反复的实践所验证，是无须证明而为人们所公认的结论。,公理1 二力平衡公理 作用在刚体上的两个力，使刚体保持平衡的必要和充分条件是：这两个力大小相等， | F1 | = | F2 | ； 方向相反 ， F1 = F2 ； 作用线共线； 作用于同一个物体上。,10,静力学,说明： 对刚体来说，上面的条件是充分必要的； 对变形体来说，上面的条件只是必要条件；, 二力体：只在两个力作用下平衡的刚体叫二力体。,二力杆,11,静力学,在已知力系上加上或减去任意一个平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用。,推论1：力的可传性 作用于刚体上的力，可沿其作用线移到同一刚体内的任一点，而不改变该力对刚体的效应。,因此，对刚体来说，力作用三要素为：大小，方向，作用线。,公理2 加减平衡力系原理,12,静力学,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。）,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，可合成为一个合力。此合力也作用于该点，合力的大小和方向，由这两力矢为邻边所构成的平行四边形的对角线确定。,推论2：三力平衡汇交定理,13,静力学,公理4 作用力和反作用力定律,作用力与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。,证 为平衡力系， 也为平衡力系。 又 二力平衡必等值、反向、共线， 三力 必汇交，且共面。,例 吊灯,14,静力学,公理5 刚化原理,变形体在某一力系作用下处于平衡，如将此变形体变成刚体（刚化为刚体），其平衡状态保持不变。,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；刚体的平衡条件是变形体平衡的必要条件，而非充分条件。,15,静力学,1.2 约束和约束反力,一、概念,1.自由体：位移不受限制的物体叫自由体。 2 .非自由体：位移受限制的物体叫非自由体。 3 .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。) 4 .约束反力：约束对物体的作用，实际上就是力，这种力叫约束反力，简称反力。约束反力方向必与该约束所能阻碍的位移方向相反。,16,静力学, 大小常常是未知的； 方向总是与约束限制的物体的位移方向相反； 作用点在物体与约束相接触的那一点。,约束反力特点：,G,5 .主动力：主动使物体产生运动，或运动趋势的力，称为主动力。如重力、风力、气体压力、已知施加在物体上的外力等。,17,静力学,绳索类只能受拉，所以它们的约束反力是作用在接触点，方向沿绳索背离物体。,二、约束类型和确定约束反力方向的方法：,1. 由柔软的绳索、链条或皮带构成的约束,18,静力学,接触面束只能受压，约束反力是作用在接触点处，方向沿公法线，指向受力物体。,2.具有光滑接触表面的约束 （光滑指摩擦力不计）,19,静力学,3.光滑铰链约束, 圆柱铰链,20,静力学,A,A,21,静力学, 固定铰链支座,22,静力学,固定铰支座约束反力，用一对正交力表示。,23,静力学,滑槽与销钉 （双面约束）,24,静力学,二 力 杆,25,静力学, 活动铰支座（辊轴支座）,N 的实际方向 也可以向下。,26,静力学,活动铰支座（辊轴支座）约束反力用个力表示。,27,静力学,一、受力分析 在工程实际中，为了求出未知的约束反力，需要根据已知力，应用平衡条件求解。为此，首先要确定构件受了几个力，每个力的作用位置和作用方向，这种分析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、气体压力等。二类是约束反力，为未知的被动力。 注意，凡图中未画出重力的就是不计重力，凡不提及摩擦时视为光滑。,1.3 物体的受力分析与受力图,28,静力学,画物体受力图主要步骤为：选研究对象 取分离体； 画上主动力；画出约束反力。,二、受力图,例1 画出图示各物体的受力图。 解：分别选圆盘O、杆AB为研究对象；取分离体；画出其所受到的全部力。,29,静力学,例2 画出图示各构件的受力图。 解：分别选圆盘O、杆AC、杆BC、圆盘C为研究对象；取分离体；画出其所受到的全部力。,30,静力学,31,静力学,32,静力学,例3 画出图示各构件的受力图。,说明：三力平衡必汇交当三力平行时，在无限远处汇交，它是一种特殊情况。,33,静力学,例4 尖点问题。,应去掉约束,应去掉约束,34,静力学,例5 画出图示各构件的受力图。,35,静力学,三、画受力图应注意的问题,除重力、电磁力外，物体之间只有通过接触才有相互机械作用力。分析时要分清研究对象（受力体）都与周围哪些物体（施力体）相接触，只有接触处才会有约束反力，约束反力的方向由约束类型而定，不要漏画力。,2.不要多画力,要注意力是物体之间的相互机械作用。因此对于受力体所受的每一个力，都应能明确地指出它是哪一个施力体施加的，不要多画力。,1.不要漏画力,36,静力学,约束反力的方向必须严格地按照约束的类型来画，不能单凭直观或根据主动力的方向来简单推想。在分析两物体之间的作用力与反作用力时，要注意，作用力的方向一旦确定，反作用力的方向一定要与之相反，不要把箭头方向画错。,即受力图一定要画在分离体上。,37,静力学,一个力，属于外力还是内力，因研究对象的不同，有可能不同。当物体系统拆开来分析时，原系统的部分内力，就成为新研究对象的外力。,对于某一处的约束反力的方向一旦设定，在整体、局部或单个物体的受力图上要与之保持一致。,38,思 考 题 1.图示中各物体的受力图是否有错误?如何改正?,图1.1,图1.2,静力学,39,图1.4,图1.3,图1.5,静力学,40,2.二力平衡条件与作用和反作用定律都是说二