工程静力学基础课件.ppt

在在外力外力作用下，作用下，形状形状、大小大小均均保持不变保持不变的物体。的物体。是是抽象化抽象化的概念，是的概念，是为了为了研究问题方便研究问题方便而引入的而引入的1-1 静力学基本概念静力学基本概念研究物体研究物体平衡平衡的科学。的科学。一、平衡态与平衡条件一、平衡态与平衡条件平衡态平衡态：物体相对于惯性参考系（如地球）保持物体相对于惯性参考系（如地球）保持静止静止或或匀速直线运动匀速直线运动的状态。的状态。平衡条件平衡条件：物体处于物体处于平衡态平衡态时，作用于其上的时，作用于其上的外力外力应满足的条件应满足的条件。二、刚体二、刚体力力：物体间的相互机械作用，是物体间的相互机械作用，是矢量矢量。单位单位：国际：国际：牛顿牛顿（N），千牛千牛（kN）；工程：工程：千克力千克力（kgf）。注意注意：凡以凡以人名命名人名命名的的单位符号单位符号的的第一个字母第一个字母要要大写大写，如如瓦特瓦特（W）、）、安培安培（A）、）、焦尔焦尔（J）力系力系：同一个物体同一个物体上作用着上作用着 两个及其以上的力两个及其以上的力，则则这些力组成这些力组成力系力系。三、力与力系三、力与力系五、力的作用效应五、力的作用效应力力的的作作用用效效应应运动状态运动状态的变化的变化发生发生变形变形移动移动转动转动（外效应外效应）形状形状大小大小（内效应内效应）有关有关力的合成力的合成和和分解分解的知识的知识见下节见下节。六、合力与分力六、合力与分力合力合力：分力分力：正交分力正交分力：力系的作用效果力系的作用效果与与一个力等效一个力等效，则该力为力系的则该力为力系的合力合力。一个力可以一个力可以分解分解为两个及其以上的力，为两个及其以上的力，其中的每一个力为原力的其中的每一个力为原力的分力分力。由于一个力的分力有多组，常由于一个力的分力有多组，常将力分解为将力分解为两个相互垂直的力两个相互垂直的力。七、作用于物体上的载荷七、作用于物体上的载荷 任何物体任何物体上都作用着一定的上都作用着一定的载荷载荷，化工设，化工设备、机械是在一定载荷下工作的。当其上的备、机械是在一定载荷下工作的。当其上的载荷超过一定限度时，设备机械就不能正常载荷超过一定限度时，设备机械就不能正常工作了。工作了。因此有必要对因此有必要对物体上的载荷物体上的载荷做深入了解。做深入了解。作用于物体作用于物体上的载荷上的载荷力力力偶力偶有有移动效应移动效应 转动效应转动效应只有只有转动效应转动效应后面讲后面讲1-2 1-2 静力学公理静力学公理 公理公理：人们经过长期实践，从大量的事实中概人们经过长期实践，从大量的事实中概括总结出来，无需证明。括总结出来，无需证明。力的基本性质力的基本性质是是公理及其推论公理及其推论，它是静力它是静力学的理论基础，是学的理论基础，是解题的依据解题的依据。提醒同学们注意提醒同学们注意：本人对力的基本性本人对力的基本性质的总结质的总结与与教材编排不同教材编排不同，但实质内容，但实质内容是一样的。是一样的。力的基本性质力的基本性质一、力的可消性一、力的可消性 1、二、二力平衡公理力平衡公理（二力平衡条件二力平衡条件）（）（只用于只用于刚体刚体）2、加、加减平衡力系公理减平衡力系公理（只用于刚体刚体）在作用于刚体的任一力系中，加上或减去加上或减去任一平任一平衡力系衡力系，并不改变不改变原力系对刚体的运动效应运动效应。二力杆二力杆FFFF形状大小都不形状大小都不变的物体变的物体：二力平衡二力平衡下下 的的杆件杆件。若若刚体刚体在在两个力两个力作用下作用下平衡平衡，充要条件充要条件是：是：两力两力大小相等，方向相反，并且在同一条直线上大小相等，方向相反，并且在同一条直线上，即，即 “等值等值、反向反向、共线共线”。如图如图1.3所示。所示。作用于刚体上的力，可作用于刚体上的力，可沿其作用线沿其作用线移至其上的移至其上的任一点，而任一点，而不改变不改变力对该刚体的力对该刚体的运动效应运动效应。证明证明：刚体上刚体上A点点作用着一个力作用着一个力F，在其作用线上有另在其作用线上有另一个一个点点B。AFB根据根据加减平衡力系公理加减平衡力系公理，在，在B点点加上一个二力平加上一个二力平 衡力系衡力系（F1=F2=F），F1F2 而而F与与F1为一为一平衡力系平衡力系，可，可消去，最后结果为力消去，最后结果为力F传至传至B点点。ABF三、力的可传性三、力的可传性（1 1）1、力的可传性、力的可传性力的传递力的传递（只用于刚体只用于刚体）四、力的可分性四、力的可分性 两个力的两个力的合力合力是是唯一的唯一的，一个力可分解一个力可分解为两个力为两个力，却有，却有无数个解无数个解，其法则亦可，其法则亦可用用平行四边形法则平行四边形法则，常分解为，常分解为正交分力正交分力。FF1F2F3F4力的分解力的分解正交分解正交分解FF1F2力的分解力的分解五、力的成对性五、力的成对性 作用力作用力与与反作用力反作用力总是总是同时发生同时发生，其，其大小大小相等相等、方向相反方向相反，沿，沿同一直线同一直线分别作用于分别作用于两个两个互相作用的互相作用的物体物体上。上。注意注意：不是平衡力系不是平衡力系！由于由于两个力作用于两个力作用于不同物体不同物体上上，尽管有，尽管有“等值、反向、共线等值、反向、共线”为什么？为什么？（作用与反作用公理作用与反作用公理）二、约束与约束反力二、约束与约束反力 约束约束：限制、阻碍非自由体运动的限制、阻碍非自由体运动的物体物体。如如放在地板上的讲台，其放在地板上的讲台，其约束为地板约束为地板。约束反力约束反力：又称又称反力反力，指约束作用在被约束指约束作用在被约束物体上的力物体上的力。如放在地板上的讲台，地板给讲。如放在地板上的讲台，地板给讲台一个支持力。台一个支持力。主动力主动力：能主动改变物体的运动状态或趋势能主动改变物体的运动状态或趋势的力。的力。如如重力、气体压力等。重力、气体压力等。约束反力的特征约束反力的特征：作用点作用点在两物体的在两物体的接触点接触点处；处；其其方向方向与被约束物体位移与被约束物体位移方向相反方向相反。（2）特点特点：只能限制物体沿柔性物体伸长方向的位移只能限制物体沿柔性物体伸长方向的位移 只有只有绷紧时绷紧时起作用起作用 反力只能是反力只能是拉力拉力（3）反力方向反力方向：沿中心沿中心 线方向背离被约束物体。线方向背离被约束物体。图图1.9GGTB三、约束的类型三、约束的类型（1）1、柔性约束柔性约束（1）定义定义：由绳索、皮带和链条等由绳索、皮带和链条等柔性物体柔性物体所构成的约束。所构成的约束。（又称又称柔软体约束柔软体约束）用用T表示表示 如如导轨导轨、光滑球面光滑球面等，光滑无摩擦。等，光滑无摩擦。GA反力反力沿接触点的沿接触点的公法线方公法线方向向，背离光滑面背离光滑面N只能是只能是压力压力！三、约束的类型三、约束的类型（2）2、理想光滑面约束理想光滑面约束 3、光滑圆柱铰链约束光滑圆柱铰链约束（铰链约束铰链约束）如如轴承对轴的约束轴承对轴的约束。其由两带孔的物体用圆柱。其由两带孔的物体用圆柱销钉插入孔中连接而成。销钉插入孔中连接而成。又如门上的又如门上的合页合页。（1）固定铰链约束）固定铰链约束如如轴承轴承，被约束物体被约束物体只能只能转动转动，不能，不能移动移动，有有两个两个反力反力。XAYA 如如火车车轮火车车轮对对车体车体。被约束物体被约束物体可移动可移动、可转动可转动。RA 只有只有一个反力一个反力无力偶矩无力偶矩有力有力三、约束的类型三、约束的类型（3）（2）可动铰链约束）可动铰链约束AAAA4、固定端约束固定端约束如如电线杆电线杆XAmA故有故有三个三个反力反力（两个力两个力及及一个力偶矩一个力偶矩）YA非自由体非自由体不可移动不可移动，不可转动不可转动 有有力偶矩力偶矩有有两个力两个力三、约束的类型三、约束的类型（4）（以后再详细讲以后再详细讲）AA二、二、分离体分离体的受力图（的受力图（1）在分离体上表示出其所受的力，叫在分离体上表示出其所受的力，叫受力图受力图。其步骤如下其步骤如下：（1）明确研究对象，画明确研究对象，画分离体分离体；（2）先画先画已知力已知力（主动力主动力）（3）画画反力反力。（解除约束，代之以反力解除约束，代之以反力）注意：注意：力不可多，不可少力不可多，不可少；根据约束类型，画反力根据约束类型，画反力；注意应用注意应用二力平衡定理二力平衡定理、三力平衡汇三力平衡汇交定理交定理和和作用与反作用公理作用与反作用公理等等力的基本性质力的基本性质。例例 有一起重机构，有一起重机构，如图如图（a）所示。所示。梁梁AB自重自重W，拉杆拉杆BC自重不计自重不计，试分别，试分别画出画出拉拉杆杆BC、梁梁AB及及整体整体的的受力图受力图。（b）CABHGal解解：分析分析：画受力图时，要：画受力图时，要从受力最简单的从受力最简单的构件入手构件入手 显然显然拉杆拉杆BC即是！即是！（1 1）拉杆拉杆BC受力图受力图见见图图(b)为什么？为什么？拉杆拉杆BC为为二力杆二力杆拉杆拉杆BC只在只在B、C处有力的作用，处有力的作用，B、C处的所有力均可处的所有力均可各合成一个力各合成一个力，即，即共有两个力，在两个力作用下平衡共有两个力，在两个力作用下平衡。RBRC（a）二、二、分离体分离体的受力图（的受力图（2）BCRBCABHGal（a）（2）AB梁受力图梁受力图A点点固定铰链支座固定铰链支座，有，有两个两个正交反力正交反力XA、YA；B处处由由作用与反作用公理作用与反作用公理得得RB，与，与RB反向、等值。反向、等值。（3）整体受力图整体受力图ABHG（c）WXAYACABHG（d）RCWXAYA二、二、分离体分离体的受力图（的受力图（3）先画出先画出重力重力W、重力、重力G 由于前面由于前面A、C点反力已求知点反力已求知，则则受力图受力图易画出。易画出。