绪论静力学课件.ppt

1、工程力学是土建类专业一门重要的技术基础课。工程力学是土建类专业一门重要的技术基础课。是岩土工程，工程地质，勘查工程等专业必修的是岩土工程，工程地质，勘查工程等专业必修的一门课程，它包括理论力学中的静力学和材料力一门课程，它包括理论力学中的静力学和材料力学两部分内容。学两部分内容。n 本课程主要以吉林大学建设工程学院力学教本课程主要以吉林大学建设工程学院力学教研室苏明主编的研室苏明主编的工程力学工程力学教材为主，参考教教材为主，参考教材，教育部高等教育组编材，教育部高等教育组编工程力学工程力学高等教育高等教育出版社出版；卢万年主编出版社出版；卢万年主编工程力学工程力学，西安工，西安工业大学出版社

2、出版；吴代华主编业大学出版社出版；吴代华主编材料力学材料力学，武汉工业大学出版社出版；梁治明主编武汉工业大学出版社出版；梁治明主编材料力材料力学学高等教育出版社出版。高等教育出版社出版。第1页，共39页。为学好为学好工程力学工程力学这门课程，充分考虑成人教育这门课程，充分考虑成人教育的特点，方便于自学，本人在制作课件时，精选教学内的特点，方便于自学，本人在制作课件时，精选教学内容，突出重点、强化应用、抓好基本概念、基本理论和容，突出重点、强化应用、抓好基本概念、基本理论和基本方法；每章都做了小结，提出知识要点，习题和考基本方法；每章都做了小结，提出知识要点，习题和考核要求。核要求。本课件教学内

3、容共分十一章，第一章静力学的基本课件教学内容共分十一章，第一章静力学的基本概念，第二章平面力系，第三章滑动摩擦，第四章本概念，第二章平面力系，第三章滑动摩擦，第四章材料力学的基本概念，第五章轴向拉伸和压缩，第六材料力学的基本概念，第五章轴向拉伸和压缩，第六章应力状态，第七章强度理论，第八章剪切与挤压，章应力状态，第七章强度理论，第八章剪切与挤压，第九章扭转，第十章弯曲，第十一章组合变形的强度第九章扭转，第十章弯曲，第十一章组合变形的强度计算。计算。第2页，共39页。第3页，共39页。一、静力学研究什么：一、静力学研究什么：物体在力系作用下的平衡问题物体在力系作用下的平衡问题 二、平衡的概念：二

4、、平衡的概念：物体相对于地球处于静止或匀速物体相对于地球处于静止或匀速 直线运动状态。直线运动状态。三、任务：三、任务：物体的受力分析物体的受力分析力系的等效替换力系的等效替换 （或简化）（或简化）建立各种力系的平衡条件建立各种力系的平衡条件1 1、物体的受力分析：、物体的受力分析：分析物体（包括物体系）受分析物体（包括物体系）受哪些力，每个力的作用位置和方向，并画出物体的哪些力，每个力的作用位置和方向，并画出物体的受力图受力图第4页，共39页。3 3、建立各种力系的平衡条件：、建立各种力系的平衡条件：建立各种力系的平衡条建立各种力系的平衡条件，并应用这些条件解决静力学实际问题件，并应用这些条

5、件解决静力学实际问题 在任何外力作用下，不发在任何外力作用下，不发生大小和形状改变的物体。生大小和形状改变的物体。2 2、力系的等效替换（或简化）：、力系的等效替换（或简化）：用一个简单力系用一个简单力系等效代替一个复杂力系等效代替一个复杂力系第5页，共39页。二、力的三要素：二、力的三要素：大小、方向、作用点.三、力的分类：三、力的分类：1、体积力：、体积力：作用在物体内部各个点上，如重力、惯性力 2、表面力：、表面力：作用在物体表面上的力（）分布力：连续作用于物体某个或某段长度上的力，如水压力（如右）。第6页，共39页。牛顿牛顿(N)或千牛顿或千牛顿(KN)1KN=1000N第7页，共39

6、页。公理：就是被人们公认的，客观事实存在的规律，换言之就是人们通过实验总结出来的基本规律公理公理1 1 二力平衡公理二力平衡公理 使刚体平衡的充分必要条件最简单力系的平衡条件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：这两个力的大小相等，方向相反，且作用在同一直线上。12FF 第8页，共39页。公理公理2 2 加减平衡力系公理加减平衡力系公理推论推论 力的可传性原理力的可传性原理作用在刚体上的力是滑动矢量，力的三要素为大小、方向和作用线 在已知力系上加上，或减去任意的平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用。作用于刚体上某点的力，可以沿着它的作用线移到刚体内任意一点，并不改变该力对刚体

7、的作用。第9页，共39页。亦可用力三角形求得合力矢公理公理3 3 力的平行四边形公理力的平行四边形公理 作用在物体上某点的两个力，其合力的大小和方向可由这两力所组成的平行四边形的对角线来表示。合力的作用点与这两力的作用点相同。合力(合力的大小与)(矢量的和)12RFFF合力的大小21FFR第10页，共39页。第11页，共39页。公理公理4 4 作用与反作用公理作用与反作用公理作用力和反作用力总是同时存在，同时消失，等值、反向、共线，作用在相互作用的两个物体上注意；公理一和公理四的区别，在画物体受力图注意；公理一和公理四的区别，在画物体受力图时要注意此公理的应用时要注意此公理的应用第12页，共3

8、9页。变形体变形体在某一力系作用下处于平衡，如将此变形体刚化为刚体，其平衡状态保持不变。柔性体（受拉力平衡）刚化为刚体（仍平衡）第13页，共39页。二、约束二、约束：对非自由体的位移起限制作用的物体.约束反力：约束反力：约束作用在物体上的力一、自由体：一、自由体：在空中不受限制在任何方向运动的物体 非自由体：非自由体：物体在进行某些位移往往受到周围物体的限制约束力大小待定方向与该约束所能阻碍的位移方向相反作用点接触处1-4 1-4 约束和约束反力约束和约束反力 几个基本概念几个基本概念第14页，共39页。（一）柔性约束柔性约束1、柔软的绳索、皮带或链条等构成的约束三、工程中常见的几种约束力和约

9、束反力的确定2、特点（1）只能承受拉力，不能承受压力（2）不能伸长（3）约束反力沿着柔性约束，而背离物体用 T T 表示第15页，共39页。第16页，共39页。（二）、刚性约束1、光滑面约束（1）具有光滑接触面（点、线）的约束，忽略摩擦力（2）特点 1）约束不能限制物体，沿约束表面切线的位移 2）约束反力作用在接触点处，方向沿接触表面垂直于公切线并指向受力物体，用 N N 表示。第17页，共39页。2 2、铰链约束、铰链约束铰链包括圆柱形和球形铰链,其中圆柱形还包括固定铰链支座和活动铰链支座铰链铰链：是由一销钉将两个钻有同样大小孔的构件连接在一起，如右图XY第18页，共39页。特点：特点：构件

10、与地面或机架固定而成；构件与地面或机架固定而成；约束反力在平面内用待定约束反力在平面内用待定X X、Y Y表示。表示。（1 1）固定铰链支座固定铰链支座圆柱型铰链：圆柱型铰链：第19页，共39页。（2）活动铰链支座活动铰链支座特点：特点：在上述固定铰支座与光滑固定平面之间装有光滑辊轴而成在上述固定铰支座与光滑固定平面之间装有光滑辊轴而成约束反力约束反力YA通过铰链中心并垂直于支撑面通过铰链中心并垂直于支撑面YAA第20页，共39页。3 3、固定端约束、固定端约束将构件和固定物体连在一起将构件和固定物体连在一起特点：不允许构件绕此端转动，也不允许构件此端沿任何方向移动。约束反力约束反力：用两个相

11、互垂直的分力XA、YA和力偶MA表示。AXAYAMAXAXAYAM第21页，共39页。球型铰链球型铰链特点：通过球与球壳将构件连接，构件可以绕球心任意转动，但构件与球心不能有任何移动约束力：当忽略摩擦时，球与球座亦是光滑约束问题约束力通过接触点,并指向球心,是一个不能预先确定的空间力.可用三个正交分力表示第22页，共39页。受力图：受力分析过程用图形表示出来计算简图受力图：受力分析过程用图形表示出来计算简图怎样画受力图：怎样画受力图：4 4、先画主动力，再画被动力、先画主动力，再画被动力1 1、确定研究对象、确定研究对象3 3、受力分析、找出主动力、被动力、受力分析、找出主动力、被动力2、解除

12、约束（取分离体）、解除约束（取分离体）第23页，共39页。1、凡是作用在研究对象上的力全部画出、凡是作用在研究对象上的力全部画出2、凡是不直接作用在研究对象上的力一律不画、凡是不直接作用在研究对象上的力一律不画第24页，共39页。例例1-11-1解：画出简图解：画出简图画出主动力画出主动力画出约束力画出约束力碾子重为碾子重为 P，拉力为，拉力为F ，A、B 处光滑处光滑接触，画出碾子的受力图接触，画出碾子的受力图第25页，共39页。例例1-21-2 解解：取取 杆，其为二力构件，简称杆，其为二力构件，简称二力杆，其受力图如图二力杆，其受力图如图(b)(b)水平均质梁水平均质梁 AB重为重为P1

13、，电动机，电动机重为重为P2，不计杆，不计杆CD的自重，画的自重，画出杆出杆 CD 和梁和梁AB的受力的受力图图图图(a)CD第26页，共39页。取取ABAB梁，其受力图如图梁，其受力图如图 (c)(c)若这样画，梁若这样画，梁CDCD的受力的受力图又如何改动图又如何改动?CD杆的受力图能否杆的受力图能否画为图（画为图（d d）所示？）所示？第27页，共39页。例例1-31-3 不计三铰拱桥的自重与摩擦，不计三铰拱桥的自重与摩擦，画出左、右拱画出左、右拱 ACAC，CBCB的受力的受力图与系统整体受力图图与系统整体受力图解解：右拱右拱CB CB 为二力构件，其受力为二力构件，其受力图如图（图如

14、图（b b）所示）所示第28页，共39页。系统整体受力图如图系统整体受力图如图（d d）所示）所示取左拱取左拱 ,其受力图如图其受力图如图（c）所示）所示第29页，共39页。考虑到左拱考虑到左拱ACAC三个力作用下平三个力作用下平衡，也可按三力平衡汇交定理衡，也可按三力平衡汇交定理画出左拱画出左拱ACAC的受力图，如图的受力图，如图（e e）所示）所示此时整体受力图如图（此时整体受力图如图（f f）所示所示第30页，共39页。讨论：若左、右两拱都考讨论：若左、右两拱都考虑自重，如何画出各受力虑自重，如何画出各受力图？图？如图如图（g g）（h h）（i i）第31页，共39页。例例1-4 防水

15、闸门用木支柱防水闸门用木支柱AB顶柱，其结构如图所示，试画顶柱，其结构如图所示，试画闸门的受力图闸门的受力图第32页，共39页。例例1-5 分别作出下图中分别作出下图中AD、AB和和DE杆的受杆的受力图。力图。第33页，共39页。第34页，共39页。第35页，共39页。第36页，共39页。一、力是矢量，具有大小、方向、作用点三个要素。一、力是矢量，具有大小、方向、作用点三个要素。二、静力学公理是静力学的理论基础，它们是二力平衡公理，加减二、静力学公理是静力学的理论基础，它们是二力平衡公理，加减平衡力系公理，力的平行四边形法则和作用反作用定律。平衡力系公理，力的平行四边形法则和作用反作用定律。三

16、、约束与约束反力：限制物体运动的限制物称为约束。约三、约束与约束反力：限制物体运动的限制物称为约束。约束对物体的作用力称为约束力，作用在约束与被约束的接束对物体的作用力称为约束力，作用在约束与被约束的接触处，方向与被限制的运动或运动趋势方向相反。工程中触处，方向与被限制的运动或运动趋势方向相反。工程中常见的约束类型：柔性约束、光滑面约束、铰链约束和固常见的约束类型：柔性约束、光滑面约束、铰链约束和固定端约束。定端约束。四、受力图：是通过受力分析在研究对象上画出所有主动力，四、受力图：是通过受力分析在研究对象上画出所有主动力，约束反力的力学简图，是解决工程力学问题的重要手段约束反力的力学简图，是

17、解决工程力学问题的重要手段第37页，共39页。1、当力臂不是很明确时，可利用合力矩定理计算力对点之矩。、当力臂不是很明确时，可利用合力矩定理计算力对点之矩。2、作受力图的步骤：、作受力图的步骤：（1）、取研究对象（解除约束后的自由体）、取研究对象（解除约束后的自由体）（2）、在研究对象上，按照已知条件画出受力图。）、在研究对象上，按照已知条件画出受力图。（3）、在去掉约束处，按照约束类型画约束反力。）、在去掉约束处，按照约束类型画约束反力。（4）、检查力是否多画、漏画和错画。）、检查力是否多画、漏画和错画。画受力图时，只画外力而不画内力，先检查是否有二力构件，画受力图时，只画外力而不画内力，先

18、检查是否有二力构件，若有二力构件应先画二力构件，其受力方向一定沿二力作用点的若有二力构件应先画二力构件，其受力方向一定沿二力作用点的连线且反向；若有三力构件，检查三力构件的作用线是否汇交于连线且反向；若有三力构件，检查三力构件的作用线是否汇交于一点；还应注意作用力和反作用之间的关系。一点；还应注意作用力和反作用之间的关系。第38页，共39页。1.了解力的概念了解力的概念2.理解静力学公理、约束与约束反力、熟悉各种理解静力学公理、约束与约束反力、熟悉各种常见的类型常见的类型3.掌握将简单的工程杆件抽象为工程力学模型的初掌握将简单的工程杆件抽象为工程力学模型的初步能力，并能按问题的要求熟练地选取分离体，画步能力，并能按问题的要求熟练地选取分离体，画出受力图出受力图第39页，共39页。