静力学基本概念

有相互机械作用力，要分清研究对象（受力体） 都与周围哪些物体（施力体）相接触，接触处 必有力，力的方向由约束类型而定。
要注意力是物体之间的相互机械作用。因此对
2、不要多画 力
于受力体所受的每一个力，都应能明确地指出 它是哪一个施力体施加的。
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工程力学（静力学与材料力学）
3、不要画错力的方向 约束反力的方向必须严格地按照约束的类型来画，不
• 平衡力系: 作用于刚体上使刚体保持平衡的力系 {F1 , F2 , , Fn } {0}
工程力学（静力学与材料力学）
§1 静力学基本概念
力的作用效应 • 内效应: 物体的变形。 • 外效应: 物体运动状态的改变。
注意： 1. 力作用于可变形的物体时，既
有内效应，也可能有外效应。
2. 力作用于刚体时，不会有内效
工程力学（静力学与材料力学）
6
§2 约束与约束力
（一）柔索-绳索、 链条、胶带等 假设条件：不计质量 。 约束力特点：力沿柔索方向，受拉。
2 2 2 限制运动的条件 x y L
限制该方向的运动
约束的性质：约束力的方向与限制物体运动的方向相反。
工程力学（静力学与材料力学）
7
§2 约束与约束力
11
（三）光滑圆柱铰链
工程力学（静力学与材料力学）
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§2 约束与约束力
1、固定铰链支座
固 定 铰 链 简 图
A
FAx
FAy
A
工程力学（静力学与材料力学）
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固定铰支座
FAy
FAx
工程力学（静力学与材料力学）
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§2 约束与约束力
首都机场候机楼顶棚拱架支座
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2、连接铰链(中间铰链）
约束特点：由两个各穿孔的构件及圆柱销钉组 成，如剪刀．
工程力学（静力学与材料力学）
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FAy A A
FAx
A
工程力学（静力学与材料力学）
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§2 约束与约束力
B
' FBy
FBy
' B FBx
FBx
B 注意：作用力与反作用力的关系 问题：在忽略肌肉力的情况下，人 体的哪些关节可以视为连接铰链？
工程力学（静力学与材料力学）
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§2 约束与约束力
3、活动铰链支座 A
A
FA
4、径向轴承
Fy
工程力学（静力学与材料力学）
Fx
19
工程力学（静力学与材料力学）
20
§2 约束与约束力
固定与活动铰链支座的应用
工程力学（静力学与材料力学）
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固定铰链支座和活动铰链支座实例
工程力学（静力学与材料力学）
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§2 约束与约束力
（四）光滑球铰链
B C
F D
M A
E
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H
解： 1.杆AB(带销钉A) 的受力图。 FB B FF F
B C
F D
M A
E
工程力学（静力学与材料力学）
A
FA
43
2.杆CD(带销钉C,F) 的 受力图 H
B C
F
FC
D C
F
M A
E
FF
F
FB
FF
B
D M
C
A A
FA
B FB
B
工程力学（静力学与材料力学）
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链杆约束
FA C A D A
B
FB
B
工程力学（静力学与材料力学）
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（六）固定端（插入端）约束
在工程中常见的
雨搭
车刀
FRA
① FAx
,
FAy
, A为固定端
M
FAy
约束力;
② FAx ,FAy 限制物体平 动, MA为限制转动。
工程力学（静力学与材料力学）
工程力学（静力学与材料力学）
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特殊情况：
（1）滑槽与销钉（双面约束）
工程力学（静力学与材料力学）
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§2 约束与约束力
（2）二力构件/二力杆 二力平衡原理：作用于刚体上的两个力为平衡力系的充分必要 条件是：此二力等值、反向、共线。
不计杆件自重
W
W
若刚体上只有两点受力且不计其质量，则该刚体称为二力构件
第一章 静力学基本概念与受力分析
•§1 静力学基本概念 •§2 约束与约束力 •§3 受力图
工程力学（静力学与材料力学）
1
§1 静力学基本概念
• 刚体：在力作用下不变形的物体，即刚体内部任意两点间 的距离保持不变。 • 平衡：物体相对惯性参考系静止或作匀速直线平移。
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2
§1 静力学基本概念
6 、同一系统各研究对象的受力图必须整体与局部一致，相
互协调，不能相互矛盾。 对于某一处的约束反力的方向一旦设定，在整体、局 部或单个物体的受力图上要与之保持一致。
7 、正确判断二力构件。
工程力学（静力学与材料力学）
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为便于记忆，将上述方法、要点概括为几句话：
研究对象要分离，解除约束代以力； 反力勿按直观画，约束类型是依据； 外力勿丢，内力勿画，作用反作用勿忘。
“勇气号”火星探测器 着陆装置
工程力学（静力学与材料力学）
应，只可能有外效应。
4
§2 约束与约束力
•自由体：可以在空间任意运动的物体
•非自由体：运动受到某些限制的物体
工程力学（静力学与材料力学）
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§2 约束与约束力
•约 束：限制物体运动的条件。 •约束体：约束非自由体运动的物体。 •列车是非自由体 •铁轨是约束体 •铁轨作用在车轮 上的力为约束力 •约束力：约束体作用在非自由体上的力。
一点且三个力的作用线共面。
F1 F3
F1
A
F12
C
O
F2
B
F2
三力平衡汇交定理说明了不平行的三个力平衡的必要条
件。但是，值得注意的是，三力汇交是刚体平衡的必要条 件，但非充分条件。
工程力学（静力学与材料力学）
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例:杆AB有一滑槽，杆CD 中部有一固定于杆CD上的销 钉F，销钉可在滑槽中滑动，A，C为铰链，HB为柔绳， E端为固支端， D处作用了主动力偶M， H 试分析系统受力， 画出受力图。
（二）光滑面约束 约束力沿公法线方向指向被约束的物体
公切面 公法线
A
C
B
FA
FC
FB
假设条件：不计摩擦
8
FN
工程力学（静力学与材料力学）
§2 约束与约束力
不计摩擦时，齿轮间的约束也属于光滑面约束。
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光滑接触面约束动画
工程力学（静力学与材料力学）
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工程力学（静力学与材料力学）
FAx
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§3 受力图
一、受力分析
解决力学问题时，首先要选定需要进行研究的物体，即选
择研究对象；然后根据已知条件，约束类型并结合基本概念和
公理分析它的受力情况，这个过程称为物体的受力分析。
作用在物体上的力有：
一类是:主动力,如重力,风力,气体压力等。
二类是：被动力，即约束力。
工程力学（静力学与材料力学）
能单凭直观或根据主动力的方向来简单推想。在分析
两物体之间的作用力与反作用力时，要注意，作用力 的方向一旦确定，反作用力的方向一定要与之相反， 不要把箭头方向画错。Leabharlann 4、受力图上不能再带约束。
即受力图一定要画在分离体上。
工程力学（静力学与材料力学）
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5、受力图上只画外力，不画内力。
一个力，属于外力还是内力，因研究对象的不同，有 可能不同。当物体系统拆开来分析时，原系统的部分 内力，就成为新研究对象的外力。
•力 系： 作用在物体上的一组力 {F1 , F2 , , Fn } F3 Fn Pm
F2
P1
F1
P2
• 等效力系: 对同一刚体产生相同作用效应的力系 {F1 , F2 , , Fn } {P1 , P2 , , Pm } • 合力: 与某力系等效的力
{F1 , F2 ,, Fn } {FR }
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二、受力图
受力图的画法步骤： 1.取分离体。 2.画出对象所受的全部主动力。 3.在存在约束的地方，按约束类型逐一画出约束力。
工程力学（静力学与材料力学）
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例：结构如图所示，不计构件自重，画出AB杆的受力图。
A C B
A
B
D
C
FAx
A
FAy
C
FC
W
D CD杆为二力杆
W
B
W
工程力学（静力学与材料力学）
或二力杆。作用力沿两点连线、大小相等、方向相反。
工程力学（静力学与材料力学）
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（2）二 力 杆（链杆约束）
FA
工程力学（静力学与材料力学）
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链杆约束
C A FA
A
B B FB
工程力学（静力学与材料力学）
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链杆约束
C
A FA A
B
FB B
受力图正确吗
工程力学（静力学与材料力学）
?
31
链杆约束
W
A
FAy
4、研究整体
FAx
W
W
A
D
C
F
B W
' Ax
FD
A
C
FBx
W
FBy
3、研究AB杆