工程力学课件--2.ppt

1、1山东建筑大学 力学教研室Gong Gong HuiHuiLingLing静力学基础静力学基础1 (1)(1)内内 容容 提提 要要1.1.静力学中的基本概念静力学中的基本概念2.2.静力学公理静力学公理3.3.约束和约束反力约束和约束反力2022-11-1712山东建筑大学 力学教研室Gong Gong HuiHuiLingLing静力学基础静力学基础11-1.1-1.静力学中的基本概念静力学中的基本概念一、力的概念一、力的概念力是物体相互间的一种机械作用力是物体相互间的一种机械作用运动效应运动效应：使物体的运动状态改变。：使物体的运动状态改变。(理力理力）变形效应变形效应：使物体发生变形。

2、（：使物体发生变形。（材力材力）1 1、力的定义、力的定义2022-11-1723山东建筑大学 力学教研室Gong Gong HuiHuiLingLing静力学基础静力学基础12 2、力的三要素：大小、方向、作用点、力的三要素：大小、方向、作用点力的图示力的图示FP普通字母普通字母力的大小（力的大小（F）黑体字母黑体字母力矢。（力矢。（F F）力是矢量遵循矢量的运算法则采用有向线段表示用黑体字母表示矢量力的单位：N，kN2022-11-1734山东建筑大学 力学教研室Gong Gong HuiHuiLingLing静力学基础静力学基础13 3、等效力系、等效力系等效力系：等效力系：如果作用于物

3、体上的一个力系可用另一个如果作用于物体上的一个力系可用另一个力系代替，而不改变原力系对物体的力系代替，而不改变原力系对物体的外效应外效应，则这两个，则这两个力系称为等效力系。力系称为等效力系。=F1FnF2P1P2Pn力系（力系（F F1 1，F F2 2，F Fn n）与）与力系（力系（P P1 1，P P2 2 ，P Pn n ）等效）等效力系：力系：作用在物体上的若干个力的总称作用在物体上的若干个力的总称合力：合力：如果一个力如果一个力F FR R与一个力系（与一个力系（F F1 1，F F2 2 ，F Fn n ）等效，则力等效，则力F FR R称为力系的合力，而力系中的各力称为合力称

4、为力系的合力，而力系中的各力称为合力F FR R的分力。的分力。2022-11-1745山东建筑大学 力学教研室Gong Gong HuiHuiLingLing静力学基础静力学基础1二、刚体的概念二、刚体的概念刚体刚体是指在运动中和受力作用后，形状和大小都不发生是指在运动中和受力作用后，形状和大小都不发生 改变，且内部各点之间距离不变的物体。改变，且内部各点之间距离不变的物体。质点质点是指具有一定质量是指具有一定质量,而几何形状和尺寸可忽略不计的物体而几何形状和尺寸可忽略不计的物体。质点系质点系是指有限个或无限个相互联系并组成运动整体的一群是指有限个或无限个相互联系并组成运动整体的一群 质点。

5、质点。对刚体而言力之产生对刚体而言力之产生运动效应运动效应2022-11-1756山东建筑大学 力学教研室Gong Gong HuiHuiLingLing静力学基础静力学基础1三、平衡的概念三、平衡的概念平衡平衡 是指物体在力作用下相对于惯性参考系处于静止是指物体在力作用下相对于惯性参考系处于静止 或作匀速直线平动的状态。或作匀速直线平动的状态。平衡力系平衡力系：作用在物体上正好使之保持平衡的力系。：作用在物体上正好使之保持平衡的力系。若（若（F F1 1，F F2 2，F Fn n ）使物体平衡，则称为平衡力系。）使物体平衡，则称为平衡力系。F2F1Fn平衡条件！2022-11-1767山东

6、建筑大学 力学教研室Gong Gong HuiHuiLingLing静力学基础静力学基础1作用在同一作用在同一刚体刚体二个力，使刚体平衡的充分、必要条件：二个力，使刚体平衡的充分、必要条件：此此二力等值、反向、共线。二力等值、反向、共线。一、二力平衡公理一、二力平衡公理1-2.1-2.静力学公理静力学公理F1F2BA变形体？2022-11-1778山东建筑大学 力学教研室Gong Gong HuiHuiLingLing静力学基础静力学基础1二力构件二力构件（二力体）：只受二力作用而平衡的构件或杆件。（二力体）：只受二力作用而平衡的构件或杆件。受力特点：所受两力受力特点：所受两力 必沿两力作用点

7、连线。必沿两力作用点连线。FBABFACDF1F22022-11-1789山东建筑大学 力学教研室Gong Gong HuiHuiLingLing静力学基础静力学基础1在作用于在作用于刚体刚体上的任一力系中，加上或减去一个平衡力系上的任一力系中，加上或减去一个平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用效应，并不改变原力系对刚体的作用效应。二二.加、减平衡力系公理加、减平衡力系公理作用在刚体上的力可沿其作用线移动，而不改变作用在刚体上的力可沿其作用线移动，而不改变该力对刚体的作用效应。该力对刚体的作用效应。力在刚体上的的可传性力在刚体上的的可传性2022-11-17910山东建筑大学 力学教研室Gon

8、g Gong HuiHuiLingLing静力学基础静力学基础1AFBF F1 1=-F=-F2 2=F=F适于同一个刚体适于同一个刚体AFBF1F2=ABF1=2022-11-171011山东建筑大学 力学教研室Gong Gong HuiHuiLingLing静力学基础静力学基础1三、力的平行四边形法则三、力的平行四边形法则FnF1F2ABDF1ABF2CCFnF Fn n=F=F1 1+F+F2 2作用于物体上同一点的两个力可以合成为作用于该点作用于物体上同一点的两个力可以合成为作用于该点的一个合力，它的大小和方向，由这两个力为邻边所的一个合力，它的大小和方向，由这两个力为邻边所构成的平行

9、四边形的对角线来表示。构成的平行四边形的对角线来表示。2022-11-171112山东建筑大学 力学教研室Gong Gong HuiHuiLingLing静力学基础静力学基础1F1F2ABDCFnFnF1CF2AD逆过程也成立。一般正交分解。逆过程也成立。一般正交分解。FF1F2P7P7：思考题：思考题1-11-1？2022-11-171213山东建筑大学 力学教研室Gong Gong HuiHuiLingLing静力学基础静力学基础1=F3C刚体受不平行的三力作用而平衡时，此三力作用线必刚体受不平行的三力作用而平衡时，此三力作用线必共面且汇交于一点。共面且汇交于一点。三力平衡汇交定理三力平衡

10、汇交定理证：证：F F1 1，F F2 2，F F3 3 是不平行的三个相互平衡的力是不平行的三个相互平衡的力F2F1F3oABC力的可传递性力的可传递性oF1F2将力将力F F1 1，F F2 2移到其汇交点移到其汇交点o oFR12平形四边形法则平形四边形法则力力 F F3 3 应与应与 F FR12 R12 平衡平衡两力平衡定理两力平衡定理F F3 3与与 F FR12R12共线共线 得合力得合力F FR12R122022-11-171314山东建筑大学 力学教研室Gong Gong HuiHuiLingLing静力学基础静力学基础1两物体间相互作用的力，总是等值、反向、共线，两物体间相

11、互作用的力，总是等值、反向、共线，并分别作用在这两个物体上。并分别作用在这两个物体上。四四.作用、反作用定律作用、反作用定律GFNFN1G（F FN N，F FN1N1 ）是作用力与反作用力。）是作用力与反作用力。（G G，F FN1N1 ）是一对平衡力。）是一对平衡力。2022-11-171415山东建筑大学 力学教研室Gong Gong HuiHuiLingLing静力学基础静力学基础1五五.刚化原理刚化原理 变形体在已知力系作用下处于平衡，如果设想将此变形体刚化为刚体，则其平衡状态不变。2022-11-171516山东建筑大学 力学教研室Gong Gong HuiHuiLingLing静

12、力学基础静力学基础1 1-3 1-3 约束和约束反力约束和约束反力1.1.自由体与非自由体自由体与非自由体非自由体：某些方面的运动受到周围物体的限制。非自由体：某些方面的运动受到周围物体的限制。（如灯（如灯绳、合页轴、铁轨）绳、合页轴、铁轨）自由体：能在空中自由运动（飞机、鸟）自由体：能在空中自由运动（飞机、鸟）一、关于约束的一、关于约束的 概念概念2022-11-171617山东建筑大学 力学教研室Gong Gong HuiHuiLingLing静力学基础静力学基础1（1 1）约束：阻碍物体运动的限制物。）约束：阻碍物体运动的限制物。（2 2）约束力：约束作用于被约束物体上力。）约束力：约束

13、作用于被约束物体上力。方向：与所限制物体运动趋势的方向相反。方向：与所限制物体运动趋势的方向相反。作用点：约束与被约束物体的接触处。作用点：约束与被约束物体的接触处。约束力大小：约束力大小：未知待求。未知待求。2.2.约束和约束反力约束和约束反力主动力：主动引起物体运动或使物体有运动趋势的力。主动力：主动引起物体运动或使物体有运动趋势的力。2022-11-171718山东建筑大学 力学教研室Gong Gong HuiHuiLingLing静力学基础静力学基础11 1、柔索约束、柔索约束（柔绳、皮带、链条等柔绳、皮带、链条等）特征：只限制沿柔索中心线伸长方向的运动。特征：只限制沿柔索中心线伸长方

14、向的运动。约束反力沿柔索的中心线，背离被约束的物体。约束反力沿柔索的中心线，背离被约束的物体。（拉力）（拉力）二、工程中常见的几种约束类型及其约束反力二、工程中常见的几种约束类型及其约束反力2022-11-171819山东建筑大学 力学教研室Gong Gong HuiHuiLingLing静力学基础静力学基础1GGF1F2F1F2F 1F 22022-11-171920山东建筑大学 力学教研室Gong Gong HuiHuiLingLing静力学基础静力学基础1GFAFBFCFDFEGABCDE2022-11-172021山东建筑大学 力学教研室Gong Gong HuiHuiLingLing

15、静力学基础静力学基础1约束力通过接触点，方向沿接触面的公法线并指向被约束体。约束力通过接触点，方向沿接触面的公法线并指向被约束体。2 2、光滑面约束、光滑面约束B CAG公法线公法线FNFAFBFC（压力）（压力）2022-11-172122山东建筑大学 力学教研室Gong Gong HuiHuiLingLing静力学基础静力学基础13 3、光滑圆柱铰链约束、光滑圆柱铰链约束带孔的两构件套在圆轴销钉上。带孔的两构件套在圆轴销钉上。约束反力作用在与销钉轴线垂直的平面内，约束反力作用在与销钉轴线垂直的平面内，并通过销钉中心，并通过销钉中心，方向待定方向待定。FFyFx2022-11-172223山

16、东建筑大学 力学教研室Gong Gong HuiHuiLingLing静力学基础静力学基础1（1 1）固定铰支座（固定铰支座（底座固定底座固定）约束反力通过圆孔中心，方向不定约束反力通过圆孔中心，方向不定FxFy2022-11-172324山东建筑大学 力学教研室Gong Gong HuiHuiLingLing静力学基础静力学基础1（2 2）可动铰支座：底座与支撑面间有辊轴。（辊轴支座）可动铰支座：底座与支撑面间有辊轴。（辊轴支座）公法线公法线反力：垂直于支撑面，通过销钉中心，指向可假设。反力：垂直于支撑面，通过销钉中心，指向可假设。FA2022-11-172425山东建筑大学 力学教研室Go

17、ng Gong HuiHuiLingLing静力学基础静力学基础1轴线轴线FAyFAx4 4、轴承约束、轴承约束（1 1）滑动轴承（）滑动轴承（sliding bearingsliding bearing）：在滑动摩擦下工作的轴承。）：在滑动摩擦下工作的轴承。约束反力通过轴心，用互相垂直的两个分力表示。约束反力通过轴心，用互相垂直的两个分力表示。轴被轴承支承的部分称为轴颈，与轴颈相配的零件称为轴瓦。2022-11-172526山东建筑大学 力学教研室Gong Gong HuiHuiLingLing静力学基础静力学基础1滚动轴承（rolling bearing）是将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变

18、为滚动摩擦，从而减少摩擦损失的一种精密的机械元件。滚动轴承一般由外圈，内圈，滚动体和保持架组成。（2 2）滚动轴承）滚动轴承2022-11-172627山东建筑大学 力学教研室Gong Gong HuiHuiLingLing静力学基础静力学基础1（A A）向心轴承：）向心轴承：主要用于承受径向载荷的滚动轴承。主要用于承受径向载荷的滚动轴承。轴线轴线FAyFAx2022-11-172728山东建筑大学 力学教研室Gong Gong HuiHuiLingLing静力学基础静力学基础1（B B）止推轴承）止推轴承约束反力用垂直轴向和沿轴向的三个分力表示，方向待定。约束反力用垂直轴向和沿轴向的三个分力

19、表示，方向待定。FxFzFy是用来专门承受轴向力的专用轴承是用来专门承受轴向力的专用轴承,就是轴平行的方向的力的轴承。就是轴平行的方向的力的轴承。止推轴承一般是由两个止推垫片或更多止推垫片和若干滚动体组成。止推轴承一般是由两个止推垫片或更多止推垫片和若干滚动体组成。2022-11-172829山东建筑大学 力学教研室Gong Gong HuiHuiLingLing静力学基础静力学基础1两端铰接，中间不受力的直杆。（二力杆）两端铰接，中间不受力的直杆。（二力杆）ABABFAFBAFA反力反力：沿链杆中心线，其指向或被离物体（拉力），：沿链杆中心线，其指向或被离物体（拉力），或朝向物体（压力）。或

20、朝向物体（压力）。5 5、链杆约束、链杆约束2022-11-172930山东建筑大学 力学教研室Gong Gong HuiHuiLingLing静力学基础静力学基础16 6、固定端约束、固定端约束在平面问题中约束力分三部分，既水平约束力在平面问题中约束力分三部分，既水平约束力 F Fx x 和和竖直约束力竖直约束力F Fy y 以及力矩为以及力矩为 M M 的约束力偶。的约束力偶。FAFAFAxFAyMA2022-11-173031山东建筑大学 力学教研室Gong Gong HuiHuiLingLing静力学基础静力学基础11.1.力的定义力的定义力是物体相互间的一种机械作用。力是物体相互间的

21、一种机械作用。总总 结结 2.2.力的三要素：大小、方向、作用点。力的三要素：大小、方向、作用点。3.3.刚体的概念刚体的概念刚体是指在运动中和受力作用后，形状和大小刚体是指在运动中和受力作用后，形状和大小 都不发生都不发生 改变，且内部各点之间改变，且内部各点之间距离不变的物体。距离不变的物体。4.4.质点是指具有一定质量，而几何形状和尺寸可忽略不计的物体。质点是指具有一定质量，而几何形状和尺寸可忽略不计的物体。5.5.质点系是指有限个或无限个相互联系并组成运动整体的一群质点。质点系是指有限个或无限个相互联系并组成运动整体的一群质点。2022-11-173132山东建筑大学 力学教研室Gon

22、g Gong HuiHuiLingLing静力学基础静力学基础16.6.平衡的概念平衡的概念平衡平衡 是指物体在力作用下相对于惯性参考系处于是指物体在力作用下相对于惯性参考系处于 静止或作匀速直线平动的状态。静止或作匀速直线平动的状态。总总 结结 7.7.二力平衡公理二力平衡公理9.9.加、减平衡力系公理加、减平衡力系公理8.8.二力构件二力构件（二力体）：只受二力作用而平衡的构件或杆件。（二力体）：只受二力作用而平衡的构件或杆件。二力构件受力特点：所受两力二力构件受力特点：所受两力 必沿两力作用点连线。必沿两力作用点连线。10.10.作用在刚体上的力可沿其作用线移动，而不改变该力对刚体作用在

23、刚体上的力可沿其作用线移动，而不改变该力对刚体 的作用效应。的作用效应。2022-11-173233山东建筑大学 力学教研室Gong Gong HuiHuiLingLing静力学基础静力学基础111.11.力的平行四边形法则力的平行四边形法则总总 结结 12.12.三力平衡汇交定理三力平衡汇交定理刚体受不平行的三力作用而平衡时刚体受不平行的三力作用而平衡时，此三力作此三力作用线必共面且汇交于一点。用线必共面且汇交于一点。13.13.作用、反作用定律作用、反作用定律两物体间相互作用的力，总是等值、两物体间相互作用的力，总是等值、反向、共线，并分别作反向、共线，并分别作用在这两个物体上。用在这两个

24、物体上。2022-11-173334山东建筑大学 力学教研室Gong Gong HuiHuiLingLing静力学基础静力学基础11.1.只要作用在刚体上的三个力汇交与一点，该刚体一定平衡。只要作用在刚体上的三个力汇交与一点，该刚体一定平衡。2.2.只要两个力大小相等，方向相同，则它们对物体的作用效果相同。只要两个力大小相等，方向相同，则它们对物体的作用效果相同。3.3.物体在两个力作用下平衡的必要与充分条件是这两个力大小物体在两个力作用下平衡的必要与充分条件是这两个力大小 相等、方向相反，沿同一直线。相等、方向相反，沿同一直线。问问 题题 判判 断断2022-11-173435山东建筑大学 力学教研室Gong Gong HuiHuiLingLing静力学基础静力学基础11.1.只要作用在刚体上的三个力汇交于一点，该刚体一定平衡。只要作用在刚体上的三个力汇交于一点，该刚体一定平衡。（错）（错）2.2.只要两个力大小相等，方向相同，则它们对物体的作用效果相同。只要两个力大小相等，方向相同，则它们对物体的作用效果相同。（错）（错）3.3.物体在两个力作用下平衡的必要与充分条件是这两个力大小物体在两个力作用下平衡的必要与充分条件是这两个力大小 相等、方向相反，沿同一直线。相等、方向相反，沿同一直线。（错）（错）问问 题题 判判 断断 答答 案案2022-11-1735