汽车专业工程力学_ppt课件

2、力偶的性质
（1）力偶对物体不产生移动效应，因此力偶没有合力。 （2）作用于刚体同一平面内的两个力偶等效的充要条件 是力偶矩彼此相等。
（3）力偶矩保持不变，力偶可以在其作用面内任意搬移， 或者同时改变力偶中的力的大小和力偶臂的长短，力偶对 刚体的效应不变。
3、平面力偶系的合成 力偶对物体只产生转动效应，转动效应的大小 取决于力偶矩的大小及转向。所以，物体内某一平 面内受力偶系作用时，也只能使物体产生转动效应。 力偶系对物体转动效应的大小等于各力偶转动效应 的总和，即平面力偶系可以合成为一个合力偶，其 力偶矩等于各分力偶矩的代数和。合力偶矩用M表 示：
M M M M M 1 2 n
§2–2 约束和约束力
1. 基本概念
自由体
—— 可以任意运动（获得任意位移）的物体。
非自由体 —— 运动(位移)受到某些限制的物体。 约束 —— 由周围物体所构成的、限制非自由体位移 的条件。 约束力 —— 约束对被约束体的作用力。 主动力 —— 约束力以外的力，能主动使物体运动 或具有运动趋势的力。
力三角形法
F2 FR FR F2 A F1 F2
F1
FR
A
F1
A
推论(三力汇交定理)
当刚体在三个力作用下平衡时，设其中两力的作用线 相交于某点，则第三力的作用线必定也通过这个点。 F1 证明： A1 A A3 F3 A2 F2 F1 A F2 F
=
推论(三力汇交定理)
当刚体在三个力作用下平衡时，设其中两力的作用线 相交于某点，则第三力的作用线必定也通过这个点。 F1 证明： A1 A A3 F3 A2 F2 F
常见的几种类型的约束柔绳链条胶带构成的约束约束和约束力柔索约束力的方向沿它的中心线且背离物体为拉力柔绳约束柔绳链条胶带构成的约束约束和约束力约束类型与约束类型与实例实例ff11ff22胶带构成的约束约束和约束力约束类型与约束类型与实例实例柔绳约束链条构成的约束约束和约束力约束类型与约束类型与实例实例光滑接触面约束光滑接触面约束约束和约束力约束类型与约束类型与实例实例ffffff沿接触点处的公法线指向物体为压力约束和约束力约束类型与约束类型与实例实例ffff光滑接触面约束实例约束和约束力约束类型与约束类型与实例实例光滑圆柱铰链约束ff光滑圆柱铰链约束约束和约束力约束类型与约束类型与实例实例ffyyffxx固定铰链支座固定铰链支座光滑圆柱铰链约束约束和约束力约束类型与约束类型与实例实例ffffff活动铰链支座活动铰链支座光滑圆柱铰链约束约束和约束力约束类型与约束类型与实例实例约束和约束力约束类型与约束类型与实例实例光滑圆柱铰链约束实例约束和约束力约束类型与约束类型与实例实例约束和约束力约束类型与约束类型与实例实例光滑圆柱铰链约束实例约束和约束力约束类型与约束类型与实例实例光滑圆柱铰链约束实例约束和约束力约束类型与约束类型与实例实例光滑球铰链约束
Байду номын сангаас
例：圆柱齿轮如图，受到啮合力Fn的作用，设Fn =1400N， 齿轮的压力角α=200，节圆半径，r=60mm，试计算力Fn对轴 心O的力矩。
解： 1）直接法：由力矩定义求解
M ( F ) F h F r cos o n n n

2）合力矩定理
将力Fn分解为切向力Ft和法 (径)向力Fr，即
约束类型与实例
柔绳约束
§2–2 约束和约束力
光滑接触面约束
约束类型与实例
F
F
F
沿接触点处的公法线，指向物体，为压力
光滑接触面约束
§2–2 约束和约束力
约束类型与实例
F
F
§2–2 约束和约束力
约束类型与实例
光滑接触面约束实例
§2–2 约束和约束力
光滑圆柱铰链约束
A
B
约束类型与实例
汽车专业工程 力学
课时安排：30个学时。 理论力学：静力学６个学时； 平面力系６个学时。 材料力学：拉伸与压缩６个课时； 实验2个课时； 剪切与挤压2个课时； 扭转4个课时； 弯曲4个课时。
第一章
绪论
一 工程力学的研究对象
相对于地球静止或以远小于光速而运动的宏观物体（结 构和构件） 1、 构件 ：组成机械的零件或建筑物的杆件统称为构件
三工程力学的研究方法
工程力学解决问题的一般方法，类似于一般科学 研究的普遍方法，可归纳为：
提出问 题，选 择有关 的研究 系统。 对系统 进行抽 象与简 化，建 立力学 模型。 利用力 学原理 进行分 析、推 理，得 出结论 与已知 结论相 比较， 或由实 验进行 验证。 确认或 进一步 改善模 型，深 化认识
F F F n t r
由合力矩定理得：
M F F F o( n) M o( t )M o( r) F 0 t r F n rcos
思考题： P15 2-1、2-2、2-3、2-4、2-5
作业：
P16 2-1、2-2
2-1-3力偶的概念和性质 1、力偶的概念
定义：作用在物体上的一对大小相等、方向相反、 作用线相互平行的两个力称为力偶， F ， F 它既不平衡，也不能合成为一个合力，只能 使 物体产生转动效应。力偶两个力所在的平面，称为力
§2–2 约束和约束力
2. 常见的几种类型的约束 柔绳、链条、胶带构成的约束
柔索约束力的方向沿它的中心线且背离物体，为拉力
§2–2 约束和约束力
柔绳、链条、胶带构成的约束
F1
约束类型与实例
F2
柔绳约束
§2–2 约束和约束力
胶带构成的约束
约束类型与实例
§2–2 约束和约束力
链条构成的约束
公理四(力平行四边形公理) 作用于物体上任一点的两个力可合成为作用于同一点 的一个力，即合力。合力的矢由原两力的矢为邻边而作出 的力平行四边形的对角矢来表示。
即，合力为原两力的矢量和。
F2 FR
矢量表达式：FR= F1+F2
A F1
公理四(力平行四边形公理) 作用于物体上任一点的两个力可合成为作用于同一点的 一个力，即合力。合力的矢由原两力的矢为邻边而作出的力 平行四边形的对角矢来表示。
第二章
刚体静力分析基础
静力学研究物体作机械运动的特殊 情况——物体处于静止状态时力的平衡 规律。包括：受力分析、力系的简化、 平衡的条件等等。 物体的静平衡是指物体相对于地面 保持静止或作匀速直线运动的状态。
§2–1 力与力偶
2－1－1 力的概念和性质 一、力的概念 1.力的定义 力是物体相互间的机械作用，其作用结果使 物体的形状和运动状态发生改变。 外效应（运动）—改变物体运动状态的效应 2. 力的效应 内效应—引起物体变形的效应 3. 力的运动效应 移动效应 转动效应
=
F3
A A3
公理五(作用和反作用公理)
任何两个物体相互作用的力，总是大小相
等，作用线相同，但指向相反，并同时分别作 用于这两个物体上。
２-１-２.力对点之矩
１.力矩的概念
力使物体产生转动效应的物理量称为力矩。产生转动的中心 点称为力矩中心（简称矩心），力的作用线到力矩中心的距 离d称为力臂，力使物体绕矩心转动的效应取决于力F的大 小与力臂d的乘积及力矩的转动方向。力对点之矩用MO（F） 来表示，即 ：
建立力学模型是最关键的。(需要知识和经验)
模型包括材料性能、载荷、约束、几何形状等 真实情况的理想化和简化。
材 料 模 型
变形体模型
刚体模型
载 荷 模 型
汽车通过轮胎作用在 桥面上的集中力模型
桥面板作用在钢梁 的分布力模型
建立力学模型是最关键的。(需要知识和经验)
研究不同的问题，采用不同的模型。 好的模型，既能使问题的求解简化， 又能使结果基本符合实际情况，满足精度。
例如，研究工程构件（如杆、梁、轴等）时， 先将其理想化为刚体，研究其上的受力和运动； 再将其视为变形体，并假定变形是弹性的， 研究在载荷作用下构件的弹性变形；
若进一步考虑材料的塑性，可研究其弹—塑性 行为。就会得到更进一步的启发。
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四 工程力学的作用 —— 承前启后的阶段性
1. 后续的力学（其它的变形体力学） 学好工程力学对学习其他变形体力学的奠基作用 结构力学，弹性力学，塑性力学，断裂力学, 纳米力学 流体力学 2. 后续的专业课程 建筑结构 机械设计 结构设计原理 3. 有助于学习其它工程：土木、机械、航空、航天、交 通、运输、材料、生物、工程、仪表等 4. 今后工程工作中直接受益
2、 结构 ：由构件组成的体系，工程结构是工程实际中 采用的结构
二 工程力学的任务 1 对构件的三项基本要求
具有足够的强度 构件在外载作用下，抵抗破坏的能力。 例如储 气罐不应爆破。 （破坏 —— 断裂或变形过量不能恢复） 具有足够的刚度 构件在外载作用下，抵抗可恢复变形的能力。 例如机床主轴不应变形过大，否则影响加工精度。 满足稳定性要求 构件在某种外载作用下，保持其原有平衡状态的 能力。例如柱子不能弯等。
偶作用面。两力作用线之间的垂直距离，叫作力偶臂 （ 以 d 来表示）。 力偶使物体转动的方向称为力偶的转 向。力偶对物体的转动效应，取决于力偶中的力与力偶 臂的乘积，称为力偶矩。记作： M 或M： F ， F
M F ， F Fd
力偶同力矩一样，是一代数量。 其正负号只表示力偶的转动方向，规 定：力偶逆时针转向时，力偶矩为正， 反之为负。 力偶矩的单位是： N kN m 或 m 力偶矩的大小、转向和作用平面称 为力偶的三要素。
§2–2 约束和约束力
约束类型与实例
§2–2 约束和约束力
约束类型与实例
光滑圆柱铰链约束实例
§2–2 约束和约束力
约束类型与实例
光滑圆柱铰链约束实例
§2–2 约束和约束力
光滑球铰链约束：
F A
约束类型与实例
B
光滑球铰
§2–2 约束和约束力
约束类型与实例
光滑球铰链约束实例
F
A
B
光滑圆柱铰链 约束
§2–2 约束和约束力
光滑圆柱铰链约束 固定铰链支座
约束类型与实例
F
Fy
Fx

固定铰
§2–2 约束和约束力
光滑圆柱铰链约束 活动铰链支座
约束类型与实例
F
F
活动铰 链支座
§2–2 约束和约束力
约束类型与实例
§2–2 约束和约束力
约束类型与实例
光滑圆柱铰链约束实例
双铰链刚杆约束
约束类型与实例
FA C A D A
B
FB
B
§2–2 约束和约束力
插入端约束
约束类型与实例
FAy MA A FAx B
插入端约束
§2–2 约束和约束力
约束类型与实例
M F Fd 2A O OA B
·m。
力矩是代数量，式中的正负号用来表明力矩的转动方向。 规定力使物体绕矩心作逆时针方向转动时，力矩取正号； 反之，取负号。力矩的单位Ｎ·ｍ或kN

合力矩定理：平面汇交力系的合力对平面内任 意一点之矩，等于其所有分力对同一点的力矩 的代数和。即：
大小
4. 力的三要素
方向
作用点
确定力的必要因素 5. 力的表示法 ——力是一矢量，用数学上的矢量记号 来表示，如图。
F
6. 力的单位 —— 在国际单位制中，力的单位是牛顿(N) 1 N= 1公斤•米/秒2 （kg •m/s2 )。
７. 有关基本概念 力 系 —— 作用于同一物体或物体系上的一群力。
等效力系 —— 对物体的作用效果相同的两个力系。 平衡力系 —— 能使刚体维持平衡的力系。 合 分 力 力 —— 能和一个力系等效的一个力。 —— 一个力等效于一个力系，则力系中的各
力称为这个力（合力）的分力。
二.力的性质 公理一(二力平衡公理)
要使刚体在两个力作用下维持平衡状态，必须也只
须这两个力大小相等、方向相反、沿同一直线作用。 公理二(加减平衡力系公理) 可以在作用于刚体的任何一个力系上加上或去掉几
§2–2 约束和约束力
约束类型与实例
§2–2 约束和约束力
双铰链刚杆约束
C A FA
约束类型与实例
A
B B FB
§2–2 约束和约束力
双铰链刚杆约束
C
A FA A
约束类型与实例
B
FB B
受力图正确吗
?
§2–2 约束和约束力
双铰链刚杆约束
C
A A
约束类型与实例
FA
B FB
B
§2–2 约束和约束力
载荷 ：构件和结构承受的负载或荷重 载荷有 —— 内载荷 外载荷
变形 ：在载荷的作用下，构件的形状及尺寸发生 的变化称为变形
2、 工程力学的任务
1）、静力分析、运动分析 2）、研究构件的强度、刚度和稳定性等 3）、合理解决安全与经济之间的矛盾 构件的强度、刚度和稳定性不仅与构件的形 状有关，而且与所用材料的力学性能有关， 因此在进行理论分析的基础上，实验研究是 完成材料力学的任务所必需的途径和手段。
n
M O ( F R ) M O ( F 1 ) M O ( F 2 ) M O ( F n ) M O ( F i )
i 1
其中： F R F 1 F 2 F n F i
力对点之矩的求法
方法1：用力矩的定义式，即力和力臂的乘积 求力矩。 这种方法的关键在于确定力臂 d。 需要注意的是，力臂 d 是矩心到力作用线的 距离，即力臂必须垂直于力的作用线。 方法2：运用合力矩定理求力矩。在工程实际 中，有时力臂的几何关系较复杂，不易确定 时，可将作用力正交分解为两个分力，然后 应用合力矩定理求原力对矩心的力矩。
个互成平衡的力，而不改变原力系对刚体的作用。
推论 (力在刚体上的可传性) 作用于刚体上的力，其作用点可以沿作用线在该刚 体内前后任意移动，而不改变它对该刚体的作用。
F1
B
F
B
F1
F2
A
=
B
F
A
=
A
F1 = －F2 = F
公理三(刚化公理) 设变形体在已知力系作用下维持平衡状态，则如将这个
已变形但平衡的物体变成刚体（刚化），其平衡不受影响。