理论力学绪论讲解

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作用线:沿约束面的公法线 方向:指向非自由体(压力)
光滑接触面约束
作用线:沿约束面的公法线 方向:指向非自由体(压力)
常见的约束和约束力——光滑圆柱铰链约束
常见的约束和约束力——活动铰链支座
作用线:通过铰链中心
方向:垂直于支承面
常见的约束和约束力——固定铰链支座
作用线:通过铰链中心 方向:待定(可用两个正交的径向分力表示)
本节只介绍第一步和第二步
受力分析例(1):圆柱与斜面
受力分析例(1):圆柱与斜面
W
取隔离体
受力分析例(1):圆柱与斜面
W
画受力图
A B
FRA
FRB
受力分析例(2):圆盘与支架
1.画出圆盘的受力图 2.比较AB 杆与BC 杆的受力
解:
圆盘的受力图
二 FBC ´ 力 杆 ( 二 力 构 件 )
受力分析例(2):圆盘与支架
FR1 ´
FB
C FBC
FA
O
三力汇交
受力分析例(3):圆柱、斜杆与绳索
三力汇交
受力分析例(4):横梁
二力构件
说明:三力平衡必汇 交当三力平行时,在 无限远处汇交,它是 一种特殊情况。
受力分析例(5):滑轮与支架
画出各构件的受力图
受力分析例(6):匀质球与斜面
在图示的平面系统中, 匀质球A 重G1,借本身重 量和摩擦不计的理想滑轮C
F’
F
静力学公理——刚化公理
5.刚化公理
变形体在已知力系作用下处于平衡,若将之变 成刚体(刚化),则其平衡状态并不改变。
?
静力学公理
1. 平行四边形公理
2. 二力平衡公理(刚体)
3. 加减平衡力系公理(刚体)
4. 作用与反作用公理 5. 刚化公理
推论(1) (刚体) 力的可传性原理 推论(2) (刚体) 三力平衡汇交定理
解:
FC
C
右拱 BC 的受力图
B
FB
受力分析例(11):三铰拱
F
C
左拱 AC 的受力图
FAx
FC
A
FAy 表示法一
表示法二 F
D C
FC
A
FA
受力分析例(13):重物、滑轮与机架
A
60
D
30
C
如图所示,重物重G=20kN,
用钢丝绳挂在支架的滑轮B上,
B
钢丝绳的另一端绕在铰车D上。
杆AB与BC铰接,并以铰链A、C
常见的约束和约束力——光滑中间铰链
作用线:通过铰链中心
方向:可用两个正交的径向分力表示
作用线:通过铰链中心
向心(径向)轴承
方向:可用两个正交的径向分力表示
Fy
Fx
常见的约束和约束力——止推轴承
作用线:通过铰链中心 方向:可用两个径向分力和一个轴向分力表示
Fy
Fx Fz
常见的约束和约束力——光滑球铰链
三、约束和约束力
(Constraints)
约束和约束力
约束:限制物体自由运动的条件;对非自由体的某些
运动起限制作用的周围物体。
约束力:约束对物体的作用力。
作用线—由约束对物体运动的限制情况而定。 方向—与所限制的运动方向相反。 大小—与主动力的大小有关,用平衡条件求得。
常见的约束和约束力——软索约束
为学习后续课程(材料力学、结构力学、机械原 理、机械设计等)打基础。
为解决工程技术中有关的力学问题打基础。 为学习和掌握科学研究的方法打基础。
理论力学应用的 若干例子
1.高速公路直道与弯道的连接
2.载人宇宙飞船的交会与对接
(Manned Spacecraft)
交会(Rendezvous)与对接(Docking)

F2
s in 1

R sin(180
)
静力学公理——二力平衡公理
2.二力平衡公理(Equilibrium of Two Forces)
作用在同一刚体上两力平衡的充分和必要条件是: 两个力等值、反向、共线。
B
FB
A
FA


FA FB
二力构件
静力学公理——加减平衡力系公理
3.加减平衡力系公理
o 一般规律:物体的运动与作用力之间的关系。
理论力学的内容
静力学
运动学
动力学
静力学—研究物体在力系作用下的平衡条 件。
运动学—研究物体运动的几何性质(轨迹、 速度、加速度)。
动力学—研究受力物体的运动与作用力之 间的关系。
学习理论力学的目的
理论力学是高等院校中力学、机械、土建等各专 业的一门重要的技术基础课,是物理课程的力学 部分内容的进一步深入。
F
力的分类: 集中力与分布力 内力与外力 主动力与约束力
集中力
汽车通过轮胎作用在桥面上的力
桥面板作用在钢梁的力
分布力
二、静力学公理
1. 平行四边形公理 2. 二力平衡公理 3. 加减平衡力系公理 4. 作用与反作用公理 5. 刚化公理
推论(1) 力的可传性原理
推论(2) 三力平衡汇交定理
静力学公理——平行四边形公理
D
F
A
BB E C
受力分析例(7):三角形构架
FB
B
解:
1. 杆 BC 的受力图:
2. 杆 AB 的受力图:
C
表示法一
FB
FB
FC
B
B
BB
FD
FAy
A
FAx
D H
F
A
FA 表示法二
D
F
A
E C
受力分析例(10):梁与斜杠
如图所示,水平梁AB用斜杠支撑,A ,C ,D三处均为光滑铰链 连接。匀质梁重G1 ,其上放一重为G2 的电动机。如不计杆 CD的自重,试分别画出杆CD和梁AB(包括电机)的受力图。
若已知初 速度和一定 时间间隔后 飞离甲板时 的速度,则 需要弹射器 施加多大推 力,或者确 定需要多长 的跑道?
5.圈操的圆圈自动返回
C vC ω
圈操
艺术体操运动员使圈高速转动,并在地面上 向前抛出,不久圆圈可自动返回到运动员跟前。 我们应该怎样来解释这种现象
棒球在被球棒击打 后,其速度的大小和 方向发生了变化。如 果已知这种变化即可 确定球与棒的相互作 用力。
和柔绳维持在仰角是的光
滑斜面上,绳的一端挂着重 G2的物块B。试分析物块B, 球A和滑轮C的受力情况, 并分别画出平衡时各物体的 受力图。
E
A F

G1
HG C
D B
G2
受力分析例(6):匀质球与斜面
解:
FD
1.物块 B 的受力图:
D B
2. 球 A 的受力图:
G2 FE
E
E
A
F
G1
A F
G1 FF
6.打棒球
理论力学的研究方法
生活实践 生产实践
归纳
概念 公理
数学
科学实验 抽象 定律 演绎
定理 结论 方程
实际 实践 应用 检验
实践
理论
再实践
学习要求:
理论联系实际 系统掌握理论 培养提出、分析、解决问题的能力
第一篇 静力学
(Statics)
研究物体在力系作用下的源自文库衡条件的学科
静力学研究的三大问题
物体或物系的受力分析 作用在刚体上的力系的等效替换或简化
等效替换——两个作用效果相同的力系间的相互替换。 简化——用简单的力系替换复杂的力系。
作用在刚体上的力系的平衡条件及其应用
平衡条件——物体处于平衡时,作用力系应满足的条件。
静力学问题举例
F
怎样确定O、B二处的受力?
静力学问题举例
C
杆和滑轮的自重不计。
BⅠ
E

(1)试分别画出各杆,各滑轮、销钉B以
及整个系统受的受力图
(2)画出销钉B与滑轮Ⅰ一起的受力图
G
(3)画出杆AB ,滑轮Ⅰ、Ⅱ、钢绳和重 物作为一个系统时的受力图
理论力学
Engineering Mechanics
山东农业大学机电学院
绪论
绪论
(Introduction)
绪论
一、理论力学的研究对象 二、学习理论力学的目的 三、理论力学的研究方法
理论力学的研究对象
理论力学是研究物体机械运动的一般规 律的科学
o 机械运动:物体在空间的位置随时间而改变。 机械运动是物质运动最简单、最直观、最普 遍、最基本的形式(运动是物质存在的形 式)。
软索约束:由柔性体(绳索、胶带、链条)构成。
软索约束
FR
缆索
软索约束
软索约束力的作用线:沿柔性体 作用方向:离开非自由体(拉力)
F1
F2
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.
常见的约束和约束力——光滑接触面约束
N
光滑接触面约束
N
光滑接触面约束
1.平行四边形公理( Parallelogram Axiom )
作用在物体的同一点上的两个力的合力仍作
用在该点上,其大小和方向由两个力组成的平行
四边形的对角线表示。

R
R F1 F2
F2
F1
R
2 1
F2
F1
R F12 F22 2F1F2 cos
F1
s in 2
推论(2):三力平衡汇交定理
作用于刚体上的三个相互平衡的力,若其中两力 汇交,则三力必然共面且汇交于同一点。
F1

F3

F12
F2
静力学公理——作用与反作用公理
4.作用与反作用公理(Action and Reaction)
两物体间的相互作用力总是同时存在,且其大小 相等、方向相反、沿同一直线,但作用在两个不 同的物体上。
作用线:通过铰链中心 方向:待定(可用三个正交的分力表示)
Fy
Fx Fz
实际约束
实际约束
四、物体的受力分析和受力图
(Force Analysis and Force Diagram)
主要步骤:
1.首先必须(声明)明确研究对象(取分离体) 2.然后进行受力分析(画出受力图) 3.最后利用平衡条件列出方程求解
3.计算机硬盘驱动器
给定不变的角加速 度,从启动到正常运行 所需的时间以及所需经 历的转数? 已知转台的质量及其 分布,当驱动器到达正 常运行所需角速度时, 驱动马达的功率如何确 定?
4.舰载飞机的起飞
若已知推力和跑道的长度,需 要多大的初速度和多少时间间隔 才能达到飞离甲板时的速度?
与墙连接。如两杆与滑轮的自
G 重不计并忽略摩擦和滑轮的大
小,试画出杆AB和BC以及滑轮
B的受力图。
受力分析例(13):重物、滑轮与机架
解: 1.杆AB的受力图:
A
60
D
B
30
G
C
FAB A
FBC B
B
FBA
2.杆BC 的受力图:
FCB C
受力分析例(13):重物、滑轮与机架
A
60
D
30
若在作用于刚体上的已知力系上添加或减去任何 平衡力系,则对刚体的作用效应并不改变。
=
静力学公理——推论(1)
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刚体内的任 一点,而不改变对刚体的作用。
F FF
F
(刚体上)力的三要素:作用线、大小、方向
作用在刚体上力是滑移矢量
静力学公理——推论(2)
C
3. 滑轮B (不带销钉) 的受力图:
FBy
B
F2
B
FBx
F1
G
4. 滑轮B (带销钉) 的受力图:
F2
FBA 30
B
60
FBC
F1
受力分析例(14):平面构架
如图所示平面构架,由杆AB 、DE
及DB铰接而成。钢绳一端拴在K处
D
另一端绕过定滑轮Ⅰ和动滑轮Ⅱ后
A
K
拴在销钉B上。重物的重量为G,各
D、E 二处为活页铰链
E FD
怎样确定 D、E 二处的受力?
静力学问题举例
对于处于某一 位置的机械臂
A
怎样确定A、B、G三处的受力?
第一章 静力学的 基本概念和公理
基本概念和公理
一、静力学的基本概念
二、约束和约束力(Constraints) 三、静力学公理 四、物体的受力分析和受力图
(Force Analysis and Force Diagram)
A
解: 1. 斜杆 CD 的受力图:
B
D
FD
G1
G2
D
FAy
A
FAx
D
B
C C
G1 FD
G2
FC
2. 梁 AB(含电机)的受力图:
受力分析例(11):三铰拱
如下图所示的三铰拱桥,由左右两拱桥铰接而 成。设各拱桥的自重不计,在拱上作用有载荷F,试 分别画出左拱和右拱的受力图。
F
受力分析例(11):三铰拱
基本概念和公理
I. 平衡 II. 刚体(Rigid Body) III. 力(Force)
静力学的基本概念——平衡
平衡:
机械运动的特殊情况,指物体相对于 惯性参考系保持静止或作匀速直线运动 的状态。
(惯性参考系:牛顿定律适用的特定坐标系)
静力学的基本概念——刚体
刚体:
物体内任意两点始终保持不变的距离, 或形状和尺寸始终保持不变的物体。 刚体——理想化的力学模型
FH
3.滑轮 C 的受力图:
HG C
D B
G2 I
H
G C
FC
FG
受力分析例(7):三角形构架
等腰三角形构架ABC 的 顶点 A,B,C 都用铰链连 接,底边AC固定,而AB 边 的中点D 作用有平行于固定 边 AC 的 力 F, 如 图 所 示 。 不计各杆自重,试画出杆AB 和BC 的受力图。
实际的物体都是变形体,例如:固体、 流体(液体和气体)
刚体的例子
物体在力的作用下,其内部任意两点之间的距离始终保持不变
变形体的例子
静力学的基本概念——力
力: 物体间相互的机械作用。
(受力体、施力体)
力的作用效应:
外效应 —— 机械运动的状态发生变化
内效应 —— 物体发生变形
力的三要素:作用点、大小、方向
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