第1章(静力学基本概念与物体受力分析)

研究物体的受力和平衡的规律。

研究物体的受力和平衡的规律。

研究物体在外力作用下的内力、变形和失效的规律。

研究物体在外力作用下的内力、变形和失效的规律。

工程力学工程力学静力学静力学材料力学材料力学提出保证构件具有足够强度、刚度和稳定性的设计准则和方法。

提出保证构件具有足够强度、刚度和稳定性的设计准则和方法。

构件应有足够的抵抗破坏的能力(足够的强度)构件应有足够的抵抗破坏的能力(足够的强度)构件在外力作用下发生不可恢复的塑性变形或断裂构件在外力作用下发生不可恢复的塑性变形或断裂塑性变形断裂塑性变形+断裂强度失效构件在外力作用下产生过量的弹性变形构件在外力作用下产生过量的弹性变形构件应有足够的抵抗变形的能力(足够的刚度)构件应有足够的抵抗变形的能力(足够的刚度)风振作用下扭曲变形发射架的刚度要求很高刚度失效构件应有足够的保持原有平衡状态的能力(足够的稳定性)构件应有足够的保持原有平衡状态的能力(足够的稳定性)构件在外力作用下其平衡形式发生突然改变构件在外力作用下其平衡形式发生突然改变稳定失效将研究对象从周围物体中分离出来，作为受力体分析所受力，作出受力图。

将研究对象从周围物体中分离出来，作为受力体分析所受力，作出受力图。

C F BF FA CB 分析BC 杆的受力，作出受力图物体的受力分析1.力系等效2.力系的简化AF A B A F A BBF B F ′作用在刚体上的力系用另一力系代替而不改变对刚体的效应。

作用在刚体上的力系用另一力系代替而不改变对刚体的效应。

用最简单的力系等效代替复杂的力系。

用最简单的力系等效代替复杂的力系。

力系的简化刚体处于平衡状态时作用于刚体上的力系满足的条件。

刚体处于平衡状态时作用于刚体上的力系满足的条件。

3F x 0F=∑y0F =∑x y2F 1F 求F 1、F 2根据平衡条件可求作用在平衡刚体上的未知力。

根据平衡条件可求作用在平衡刚体上的未知力。

力系的平衡条件一、刚体的概念刚体是在力的作用下不变形的物体。

刚体是在力的作用下不变形的物体。

任何物体在力作用下有变形，当物体变形不大或变形对所研究的问题没实质影响时，可将物体抽象为刚体。

任何物体在力作用下有变形，当物体变形不大或变形对所研究的问题没实质影响时，可将物体抽象为刚体。

F 1F 2′F 1′F 2F F 11′≠F F 22′≠杆件变形非常小F F 11′≈F F 22′≈∆0s →二、平衡的概念平衡是指物体相对惯性参考系静止或作匀速直线平移。

平衡是指物体相对惯性参考系静止或作匀速直线平移。

工程技术中常把固连于地球的参考系视为惯性参考系，平衡则指物体相对于地球处于静止或作匀速直线平移。

工程技术中常把固连于地球的参考系视为惯性参考系，平衡则指物体相对于地球处于静止或作匀速直线平移。

0=a 0=v 静止匀速直线运动0=a 0≠v三、力和力系的概念1.力外效应（运动效应）外效应（运动效应）内效应（变形效应）内效应（变形效应）力的作用点力的作用点力的方向力的方向力的大小力的大小力是物体间相互的机械作用。

力是物体间相互的机械作用。

力的作用效应力的三要素具有一方向的带箭头的线段表示力具有一方向的带箭头的线段表示力线段的起点或终点表示力的作用点线段的起点或终点表示力的作用点线段长度表示力的大小线段长度表示力的大小线段的方向和箭头的指向表示力的方向线段的方向和箭头的指向表示力的方向力是矢量力是矢量2.力系力系是作用在物体上的一群力。

力系是作用在物体上的一群力。

FFAF ABBF BF ′AF AB等效力系指分别作用于同一物体其效应相同的两个力系。

等效力系指分别作用于同一物体其效应相同的两个力系。

平衡力系指作用于刚体使其保持平衡的力系。

平衡力系指作用于刚体使其保持平衡的力系。

平衡力系等效力系平面力系指力系中力作用线在同一个平面内。

平面力系指力系中力作用线在同一个平面内。

空间力系指力系中力作用线不在同一个平面内。

空间力系指力系中力作用线不在同一个平面内。

2F 1F 3F xy2F 1F 3F xyz平面力系空间力系2F 1F 3F 2F 1F 3F 2F 1F 3F 汇交力系指力系中力作用线汇交于一点。

汇交力系指力系中力作用线汇交于一点。

平行力系指力系中力作用线平行。

平行力系指力系中力作用线平行。

任意力系指力系中力作用线任意分布。

任意力系指力系中力作用线任意分布。

汇交力系任意力系平行力系一、二力平衡公理作用在刚体上的两个力，平衡的充分与必要条件：两个力的大小相等、方向相反、作用在一直线上。

作用在刚体上的两个力，平衡的充分与必要条件：两个力的大小相等、方向相反、作用在一直线上。

1.对于变形体，以上为必要而非充分条件。

F FFF FFFF2.二力构件在二力作用下平衡的构件。

在二力作用下平衡的构件。

二力必等值反向二力必等值反向FFFF二力构件是否一定是直杆?F ACB二力作用线必沿二力作用点的连线二力作用线必沿二力作用点的连线BF CF B F C F在已知力系上加减任意平衡力系，不改变原力系对刚体的作用效应。

在已知力系上加减任意平衡力系，不改变原力系对刚体的作用效应。

二、加减平衡力系公理AF ABBF BF ′力系等效AF AB1.简化力系将已知力系中的平衡力系去掉，不会改变刚体的运动效应。

将已知力系中的平衡力系去掉，不会改变刚体的运动效应。

BF BF ′力系简化AF AB BF BF ′AF AB2.力的可传性原理力的三要素：力的大小、力的方向、力的作用线力的三要素：力的大小、力的方向、力的作用线力沿其作用线可平移至刚体上任意点而不会改变刚体的运动效应。

力沿其作用线可平移至刚体上任意点而不会改变刚体的运动效应。

F ′F ′′FA B 力的三要素：力的大小、力的方向、力的作用点力的三要素：力的大小、力的方向、力的作用点刚体F AB加平衡力F =F =F′′′减平衡力F =F′′F ′F ′′F AB作用于物体某一点上两个力的合力，作用于同一点，其大小和方向由这两个力所构成的平行四边形的对角线表示。

作用于物体某一点上两个力的合力，作用于同一点，其大小和方向由这两个力所构成的平行四边形的对角线表示。

三、力的平行四边形法则F 1A 2A 1A F 2AF 1F 2F R1.力的三角形法则作用于物体某一点上两个力的合力，作用于同一点，两个力首尾依次相连，合力的大小和方向由第一个力的始点到第二个力的终点表示。

作用于物体某一点上两个力的合力，作用于同一点，两个力首尾依次相连，合力的大小和方向由第一个力的始点到第二个力的终点表示。

力合成矢量表达式R 12F F F =+F 1A 2A 1A F 2A F 1F 2F RA F 1F 2F R F 1F 2A F RA F 1F 23F 3A 2.三力平衡汇交作用在刚体同一平面内的三个互不平行的力平衡，三力的作用线必须汇交于一点。

作用在刚体同一平面内的三个互不平行的力平衡，三力的作用线必须汇交于一点。

F 1F 23F 2A 1A 3A四、作用与反作用定律FF ′F F ′=两物体间互相作用的力总是同时存在，大小相等、方向相反、作用在同一直线上。

两物体间互相作用的力总是同时存在，大小相等、方向相反、作用在同一直线上。

FW约束主动力约束对被约束物体的作用力，方向与阻碍的物体运动方向相反。

约束对被约束物体的作用力，方向与阻碍的物体运动方向相反。

对物体运动构成限制的物体称为被限制物体的约束。

对物体运动构成限制的物体称为被限制物体的约束。

使物体运动或有运动趋势的力。

使物体运动或有运动趋势的力。

约束力一、柔索2.约束力特点1.约束性质约束只能承受拉力，不能承受压力和抵抗弯曲。

约束只能承受拉力，不能承受压力和抵抗弯曲。

约束力F 作用于柔索和物体的连接处，方向沿柔索背离被约束物体。

约束力F 作用于柔索和物体的连接处，方向沿柔索背离被约束物体。

F二、光滑支承面约束力F沿接触面公法线指向物体。

约束力F 沿接触面公法线指向物体。

1.约束性质限制物体沿接触面公法线指向约束方向的位移。

限制物体沿接触面公法线指向约束方向的位移。

2.约束力特点三、光滑圆柱铰链1.约束性质两物体用光滑圆柱体相连，限制物体在与圆柱体轴线垂直的平面内移动。

两物体用光滑圆柱体相连，限制物体在与圆柱体轴线垂直的平面内移动。

2.约束力特点约束力F 通过接触点并沿接触面法线方向。

约束力F 通过接触点并沿接触面法线方向。

约束力F 通常用通过铰链中心的两个互相垂直的分力F x 、F y 表示。

约束力F 通常用通过铰链中心的两个互相垂直的分力F x 、F y 表示。

通常接触点与被约束物体所受主动力有关，故约束力F 方向不能确定。

yF x F F约束力F x 、F y 可看成是销钉与固定支座整体对物体的作用力，实际是销钉对物体的作用力。

约束力F x 、F y 可看成是销钉与固定支座整体对物体的作用力，实际是销钉对物体的作用力。

固定铰支座约束1y F 1x F 1y F ′1x F ′2y F 2x F 2y F ′2x F ′中间铰平衡中间铰平衡作用力与反作用力作用力与反作用力11x x F F ′=11y y F F ′=22x x F F ′=22y y F F ′=12x x F F ′=′12y y F F ′=′12x x F F =12y y F F =中间铰约束四、活动铰链支座约束力F垂直于滚子支承面通过铰链中心。

约束力F 垂直于滚子支承面通过铰链中心。

1.约束性质活动铰链支座限制物体沿接触面法线方向移动，不限制物体的转动和沿接触面切线方向移动。

活动铰链支座限制物体沿接触面法线方向移动，不限制物体的转动和沿接触面切线方向移动。

2.约束力特点五、光滑球形铰链通过接触点和球心指向物体，通常用互相垂直的分力Fx 、F y 、F z 表示。

通过接触点和球心指向物体，通常用互相垂直的分力F x 、F y 、F z 表示。

1.约束性质限制物体在空间上任意移动，不限制绕此点任意转动。

限制物体在空间上任意移动，不限制绕此点任意转动。

2.约束力特点六、轴承2.约束力特点1.约束性质通常用通过轴中心的两个互相垂直的分力F x 、F y 表示。

通常用通过轴中心的两个互相垂直的分力F x 、F y 表示。

限制轴承在与轴垂直的平面内移动。

限制轴承在与轴垂直的平面内移动。

向心轴承2.约束力特点1.约束性质限制物体在垂直于轴线的平面内径向运动，而且限制单方向的轴向运动。

限制物体在垂直于轴线的平面内径向运动，而且限制单方向的轴向运动。

通常用互相垂直的分力F x、F y 、F z 表示。

通常用互相垂直的分力F x 、F y 、F z 表示。

止推轴承七、二力构件1.约束性质2.约束力特点二力构件限制物体沿二力构件的两作用点的连线运动。

二力构件限制物体沿二力构件的两作用点的连线运动。