工程力学

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力系的分类 按作用线所在位置分为:平面力系
空间力系 按作用线相互关系分为: 共线力系、
平行力系、 汇交力系、 任意力系
§1-2 静力学基本公理
公理:是人类经过长期实践和经验而得到的结论,它被
反复的实践所验证,是无须证明而为人们所公认的结论。
公理1 二力平衡公理
作用于刚体上的两个力,使刚体平衡的必要与充分条件是:

⒉难点

约束的概念,光滑铰链约束的特征。

物体系的受力分析。
§1-1 静力学基本概念
一、 刚体:绝对不变形的物体,或物体内任意两点间的 距离不改变的物体. (刚体静力学)
二、平衡:物体相对惯性参考系(如地面)静止或作匀 速直线运动.
三、力:物体间的相互机械作用. ( 三要素? 单位?) 力的方向:静止质点在该力作用下开始运动的方
⊥光滑面
N
球铰链——空间三正交分力
止推轴承——空间三正交分力
§1-4 物体的受力分析和受力图
在受力图上应画出所有力,主动力和约束力(被动 力) 画受力图步骤:
1、取所要研究物体为研究对象(隔离体)画出其简图
2、画出所有主动力
3、按约束性质画出所有约束(被动)力
例1-1


碾子重为 P,拉力为 F,A, B处光
变形体 平衡
必要 充分
两力大小相 等指向相反
③二力体(二力构件):只在两个力作用下平衡的刚体。
二力杆
公理2 加减平衡力系公理
在已知力系上加上或减去任意一个平衡力系,并不改变原 力系对刚体的作用效应。
推论1:力的可传性原理。
作用于刚体上的力可沿其作用线移到同一刚体内 的任一点,而不改变该力对刚体的效应。
力 作用点——接触处
工程常见的约束 1、具有光滑接触面(线、点)的约束(光滑接触约束)
光滑支承接触对非自由体的约束力,作用在接触 处;方向沿接触处的公法线并指向受力物体,故 称为法向约束力,用FN 表示。
2 、由柔软的绳索、胶带或链条等构成的约束 柔索只能受拉力,又称张力。用 FT 表示。
一般不必分析销钉受力, 当要分析时,必须把销钉 单独取出.
(3) 固定铰链支座
约束特点: 由上面构件与地面或机架固定而成. 约束力:与圆柱铰链相同
以上三种约束(径向轴承、光滑圆柱铰链、 固定铰链支座)其约束特性相同,均为轴与孔的 配合问题,都可称作光滑圆柱铰链.
4、其它类型约束 (1)、滚动支座
柔索对物体的约束力沿着柔索背向被约束物体。 胶带对轮的约束力沿轮缘的切线方向,为拉力。
3 、光滑铰链约束(径向轴承、圆柱铰链、固 定铰链支座等)
(1) 径向轴承(向心轴承)
约束特点: 轴在轴承孔内,轴为非自由体、 轴承孔为约束.
约束力: 当不计摩擦时,轴与孔在接触处 为光滑接触约束——法向约束力.约束力作用在 接触处,沿径向指向轴心.
这两个力大小相等 | F1 | = | F2 | , ( F1 = F2 ) 指向相反 F1 = –F2 作用线共线,
作用于同一个物体上。
只用白体字
F 表示力的 大小,而不 在其上加‘-’ 或‘→’矢量 符号。
讨论:①对刚体来说,上面的条件是充ຫໍສະໝຸດ Baidu的 ②对变形体(或多体)来说,上面的条件只是必要条件
括变形和流动 • 静力学:研究物体在力系作用下的平衡问题
静力学是研究物体的受力分析、力系的等效替换 (或简化)、建立各种力系的平衡条件的科学。
1、物体的受力分析: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 受力图。 2、力系的等效替换(或简化):用一个简单力系 等效代替一个复杂力系。
解: 绳子受力图如图(b)所示
梯子左边部分受力 图如图(c)所示
梯子右边部分受力 图如图(d)所示
整体受力图如图(e)所示
提问:左右两部分梯子在A处,绳子对左右两部分 梯子均有力作用,为什么在整体受力图没有画出?
画受力图应注意的问题
⒈ 不要漏画力
除重力、电磁力外,物体之间只有通过接触 才有相互机械作用力,要分清研究对象(受
答疑时间:星期四,7、8节 地点:理工答疑教室
成绩评定:平时成绩(20%) 实验成绩(10%) 期末考试成绩(70%)
学习要求 1 上课要集中精力,认真听 2 先读书,后做作业,按时交作业
步骤清晰,作图规范,书写工整,解答正确 3 认真做实验,完成实验报告 4 课前要预习,上课要带书,讲授、自学和讨论
3、建立各种力系的平衡条件: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 。
第一章 静力学基本概念和物体受力分析
• 本章重点、难点
• ⒈重点

力、刚体、平衡和约束等概念。

静力学公理 。

柔性体约束、光滑接触面约束、光滑铰链约
• 束的特征及约束反力的画法。

单个物体及物体系的受力分析。
约束特点: 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。 约束力:构件受到⊥光滑面的约束力。
(2) 、球铰链
约束特点: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。
当外界载荷不同时,接触点会变,则约束力的 大小与方向均有改变.
可用二个通过轴心的正交分力 Fx, Fy 表示。
(2)光滑圆柱铰链
约束特点:由两个各穿孔的构件及圆柱销钉组 成,如剪刀.
约束力: 光滑圆柱铰链:亦为孔与轴的配合问题,与轴
承一样,可用两个正交分力表示.
其中
Fcx Fcx , Fcy Fcy
工程力学
刚体静力学 材料力学
学时安排:讲课 48 学时 教 材:工程力学 单辉祖 谢传锋 参考书:理论力学 哈工大
材料力学 孙训方 材料力学 刘鸿文 材料力学 范钦珊 实验8学时,地点:力学实验中心 实验指导书及实验报告:力学实验中心 中心网址:http://tumu.hebeu.edu.cn/lixuelab/index.htm
公理5 告诉我们:处于 平衡状态的变形体,可用刚 体静力学的平衡理论去硏究。
§1-3 约束和约束力
自由体:可以在空间自由运动的物体。
非自由体:因受到周围物体的阻碍,限制而不能做 任意运动的物体
约束:对非自由体的位移起限制作用的物体。
约束力:约束对非自由体的作用力。
大小——待定
约 束
方向——与该约束所能阻碍的位移方向相反
强 度 和 刚 度
大型桥梁的强度 刚度 稳定问题
对构件设计的要求
1.具备足够的强度(即抵抗破坏的能力),以保证 构件在规定的使用条件下不发生意外断裂或显著 塑性变形。
2.具备足够的刚度(即抵抗变形的能力),以保证 构件在规定的使用条件下不产生过大变形。
3.具备足够的稳定性(即保持原有平衡形式的能 力),以保证构件在规定的使用条件下不失稳。
• 第一篇 静力学 • 第二篇 材料力学
静力学是学习材料力学的基础,二者有助于 学习土木,机械,航空,交通,成型,材料,工 程,仪表,勘查等其它工程,亦可在今后工作中 直接受益,解决一些简单的工程实际问题。还对 一些课程如弹性力学、有限元方法等有奠基作用
第一篇 静 力 学
• 物理:万物根本原理 • 力学:力的作用下,研究物体的机械运动的规律 • 机械运动:物体在空间的位置随时间的变化,包
取 CD 杆,其为二力构件,简 称二力杆,其受力图如图(b)
取AB 梁,其受力图如图 (c)
CD 杆的受力图能否 画为图(d)所示?
若这样画,梁 AB 的受 力图又如何改动?
例1-4 不计三铰拱桥的自重与摩 擦,画出左、右拱 AB,CB 的受力图与系统整体受力 图。
解: 右拱 CB 为二力构件,其受 力图如图(b)所示
[证] ∵ F1 , F2 , F3 为平衡力系, ∴ R , F3 也为平衡力系。
又∵ 二力平衡必等值、反向、共线,
∴ 三力 F1 , F2 , F3必汇交,且共面。
公理4 作用力和反作用力定律
等值、反向、共线、异体、且同时存在。 [例] 吊灯
公理5 刚化原理
变形体在某一力系作用下处于平衡,如将此变形体变成刚 体(刚化为刚体),则平衡状态保持不变。
滑接触,画出碾子的受力图。
解:画出简图
画出主动力 画出约束力
例1-2 屋架受均布风力 q (N/m),屋架重为 P, 画出屋架的受力图。
解:取屋架 画出简图
画出主动力
画出约束力
例1-3
水平均质梁
AB重为
P 1
,电动
机重为 P,不计杆 CD 的自 2
重,画出杆 CD 和梁 AB的受
力图。图(a)
解:
对同一个刚体来说,力的该性质称为力的可传性,因此, 对同一个刚体,力是滑动矢量。
公理3 力的平行四边形法则
作用于物体上同一点的两个力可合成 一个合力,此合力也作用于该点,合力的 大小和方向由以原两力矢为邻边所构成的 平行四边形的对角线来表示。
R F1 F2
推论2:三力平衡汇交定理
刚体受三力作用而平衡,若其中两力作 用线汇交于一点,则另一力的作用线必汇交 于同一点,且三力的作用线共面。(不平行 的三个力平衡的必要条件)
⒎ 正确判断二力构件。
相结合 5 平时成绩不及格者不许参加期末考试 6 上课手机关机或调成静音
引言
构件:工程中对组成机械与结构的零件、构件的总称 力的概念:物体间的相互机械作用。
外效应:使物体的运动状态发生改变(理论力学) 内效应:使物体的形状发生改变(材料力学)
变形:构件尺寸与形状的变化,分为两类,一类 为外力解除后可消失的变形,称为弹性变形;一类 为外力解除后不能消失的变形,称为塑性变形或残 余变形。
向 力的作用线:沿力学方向画出的直线。 集中力(F), 分布力(载荷集度q) 力是矢量, 力是定位矢量. 力矢是自由矢量
力系:作用在物体上的一群力.(F1 F2 F3 …Fn)
平衡力系:作用于刚体上使其保持平衡的力系;
等效力系:两个力系作用于同一物体其效应相同; 一个力和一个力系等效,称这个力是这个力系的合力, 而该力系中的各力是合力的分力
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 ⒉ 不要多画力 对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。
⒊ 不要画错力的方向 约束力的方向必须严格地按照约束的类型来画,不 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。
(3)、止推轴承 约束特点:
止推轴承比径向轴承多一个 轴向的位移限制。
约个束正力交: 分比 力径F向Ax ,轴FAy承, F多Az。一个轴向的约束反力,亦有三
(1)光滑面约束——法向约束力
F
N
(2)柔索约束——张力
F
T
(3)光滑铰链——
F
F
Ay Ax
(4)滚动支座——
F
取左拱AC ,其受力图 如图(c)所示
系统整体受力图如 图(d)所示
考虑到左拱 AC 在三个力 作用下平衡,也可按三力 平衡汇交定理画出左拱AC 的受力图,如图(e)所 示
此时整体受力图如图 (f)所示
讨论:若左、右两拱都 考虑自重,如何画出各 受力图?
如图(g)(h)(i)
例1-5 不计自重的梯子放在光滑 水平地面上,画出绳子、 梯子左右两部分与整个系 统受力图。图(a)
⒋ 受力图上不能再带约束。 即受力图一定要画在分离体上。
⒌ 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。
⒍ 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。
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