工程力学课件PPT课件

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1、1力的大小：反映物体间机械作用的强度力的方向：是指力作用的方位和指向力的作用点：是指力作用的位置FAB国际单位制(SI)基本单位：长度米（m）质量公斤（kg）时间秒（t）力 牛顿（N）、 千牛顿（kN） 1 kN = 1000 N力是导出单位力的单位：作用于物体的一群力称为力系。第1页/共77页2：如果一个力系作用于物体而不改变物体的原有运动状态，则称该力系为平衡力系。：如果两个力系对物体的作用效应完全相同，则称这两个力系互为等效力系。：如作用于物体上的力系各力的作用线均在同一平面时，则称这个力系为平面力系。：各力作用线不在同一平面内，而是在空间分布的力系称为空间力系。物体相对于地球处于静止或

2、匀速直线运动的状态称为平衡。平 衡：合力和分力：当一个力与一个力系的作 用效应完全相同，则把这个力称为该力系的合力。而该力系中的每个力称为合力的分力。第2页/共77页3静力学研究的问题：1. 物体的受力分析2. 力系的等效替换（或简化）3. 建立各种力系的平衡条件第3页/共77页4第4页/共77页5 作用在物体上同一点的两个力，可以合成为一个合力。合力的作用点也在该点，合力的大小和方向，由这两个力为边构成的平行四边形的对角线来确定。或者说，合力矢等于这两个力矢的几何和，即 FR = F1 +F2 F1F2FRAF1F2FROF1F2FRO第5页/共77页6 作用于同一刚体上的两个力，使刚体保持

3、平衡的充分和必要条件是：这两个力的大小相等、方向相反，且作用在同一直线上。（）：只受两个力作用而平衡的构件称为二力构件。（） 在已知力系上加上或减去任意的平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用效应。第6页/共77页7 作用于刚体上的力可以沿其作用线移至刚体内任一点，而不改变原力对刚体的作用效应。证明：作用于刚体上的力的三要素：力的大小、方向和作用线第7页/共77页8 作用于刚体上三个相互平衡的力，若其中两个力的作用线汇交于一点，则此三力必在同一平面内，且第三个力的作用线通过汇交点。使用的地方：在一个平衡的物体上受三个力，已知二个力的方向，第三个力的的方向可由推论2来确定。证 为平衡力系， 也为平

4、衡力系。 又 二力平衡必等值、反向、共线， 三力 必汇交，且共面。321 , , FFF321 , , FFF3 , FR第8页/共77页9 两物体间的相互作用力总是大小相等、方向相反、沿同一直线，同时分别作用在这两个物体上，这两个力互为作用力和反作用力。 变形体在某一力系作用下处于平衡，如将此变形体刚化为刚体，其平衡状态不变。第9页/共77页10第10页/共77页11参见动画：刚化原理(拉)参见动画：刚化原理(压)第11页/共77页12 凡是可以在空间作任意运动的物体称为自由体。：如果物体的运动受到一定的限制，使其在某些方向的位移成为不可能，则这种物体称为非自由体。：限制非自由体运动的周围物

5、体称为约束。：约束对物体的作用力称为约束力。 ： 1）大小一般是未知的，是被动力。 2）它的方向始终与被阻碍的运动方向相反。 3）它的作用点在相互接触处。第12页/共77页131.具有光滑接触表面的约束2.由柔软的绳索链条或胶带等构成的约束3.光滑铰链约束第13页/共77页14参见动画：光滑支承面约束实例第14页/共77页15参见动画：光滑接触面约束(平面)参见动画：光滑接触面约束(曲面)第15页/共77页16参见动画：光滑接触面约束实例(齿轮1)参见动画：光滑接触面约束实例(齿轮2)第16页/共77页17 法向反力F NF N大小：未知方向：作用点：接触点FNP第17页/共77页18参见动画

6、：柔绳约束实例参见动画：胶带约束实例第18页/共77页19 柔体只能受拉不能受压和弯曲的物体。 拉力（张力）F 或 F T 大小：未知方向：沿着柔体指向背离物体作用点：接触点（连接处）F TS1S1S2S2 PTF第19页/共77页203光滑铰链约束 方向也不能确定，常以两个正交分量来表示。 用销钉连接两个钻有相同大小孔径的构件构成铰链约束。铰链约束限制物体沿径向的位移，故其约束力在垂直于销钉轴线的平面内并通过销钉中心。由于该约束接触点位置不能予先确定，约束力参见动画：光滑圆柱铰链约束受力分析第20页/共77页21（1）参见动画：向心轴承第21页/共77页22参见动画：固定铰链支座第22页/共

7、77页23参见动画：圆柱铰链和固定铰链支座第23页/共77页24参见动画：光滑圆柱铰链约束实例-蝶铰参见动画：圆柱铰链约束实例第24页/共77页254其他约束（1）滚动支座F N活动铰支座(辊轴支座)的简化图形参见动画：活动铰链支座第25页/共77页26（2）球铰链（3）止推轴承（推力轴承）参见动画：球铰约束结构以及约束力与示意简图第26页/共77页27参见动画：桥第27页/共77页28一、物体的受力分析 解决力学问题时，首先需要确定研究的物体，即确定研究对象；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（受力的作用位置和作用方向），这个过程称为物体的受力分析。 作用在物体上

8、的力有： 一类是：主动力, ,如重力, ,风力, ,气体压力。 二类是：被动力，即约束力。 第28页/共77页29三、画受力图的步骤二、受力图构件所受力的作用位置和作用方向用图表示出来即为受力图。 选研究对象； 取分离体； 先画上主动力； 根据约束类型，画出约束反力。第29页/共77页30第30页/共77页31第31页/共77页32 第32页/共77页33第33页/共77页34第34页/共77页35第35页/共77页36第36页/共77页37 用力F 拉动碾子以轧平路面, ,重为G 的碾子受到一石块的阻碍，如图所示。试画出碾子的受力图。第37页/共77页38第38页/共77页39 屋架如图所示

9、。A处为固定铰链支座，B处为活动支座搁在光滑的水平面上。已知屋架自重G，在屋架的AC边上承受了垂直于它的均匀分布的风力，单位长度上承受的力为q。试画出屋架的受力图。第39页/共77页40第40页/共77页41第一章 静力学基本公理和物体的受力分析约束力的方向约束类型1光滑接触面约束 沿接触面的公法线方向指向被约束的物体。2柔体约束 沿着柔体方向背离被约束的物体。3光滑园柱铰链 约束反力方向不定，分解为 固定铰链支座 同上。 活动铰链支座 沿接触面的公法线方位，指向不定。4二力构件 方位沿着两端的连线，指向不定。5球型铰链 分解为 。6止推轴承 分解为 而 是确定的。AyAxFF,AzAyAxF

10、FF,AzAyAxFFFAzF复习：第41页/共77页42解：1）杆 AB画物体受力图主要步骤为： 选研究对象； 取分离体； 先画主动力； 后画约束力。例1 试分析杆AB的受力。APBABPAF2） 主动力P3） B点的约束反力NBF根据三力平衡汇交原理确定A的约束力4）A点的约束力AFABPNBF5）A点的约束反力也可以用两个分力 表示 。AxFAyFAyAxFF,第一章 静力学基本公理和物体的受力分析NBF第42页/共77页43 例2 试分析圆轮O与杆AB的受力。NEFNDFWODE2、杆AB解：1、圆轮ODBATBFNDFAyFAxFDBATBFNDFAF画物体受力图主要步骤为： 选研究

11、对象； 取分离体； 先画主动力； 后画约束反力。或第一章 静力学基本公理和物体的受力分析第43页/共77页44例3 画出下列各构件的受力图，DE杆放在BC杆上。解：1 1）折杆 ABABABAB为二力杆A A、B B两点的约束反力沿两点的连线。2 2）杆 DEDE3 3）杆 BCDBCDa a杆 DEDE，先画重力b b由杆水平面来决定D D点的力c c最后画E E点的力BABFAFEDQNDFEFBCDNDFBFCFBCDNDFBFCyFCxF或：3 3）杆 BCDBCD第一章 静力学基本公理和物体的受力分析第44页/共77页45例4 尖点问题应去掉约束QNCFNAFNBFABCD第一章 静

12、力学基本公理和物体的受力分析第45页/共77页46例5 画出下列各构件的受力图QAOBCDE分析：一个重物，两个滑轮， 二根杆，销钉C C。解：1.1.重物2.2.滑轮O OQTFO1TF2TFOF3.3.滑轮 C CC1TFTFCF第一章 静力学基本公理和物体的受力分析第46页/共77页47QAOBCDE4.4.杆ACAC5.5.杆BCBC确定B B点力的方向。CEBEFBF2CF杆ABCDEABCDE第一章 静力学基本公理和物体的受力分析第47页/共77页48QAOBCDE6.6.销钉 C C第一章 静力学基本公理和物体的受力分析第48页/共77页49QAOBCDE6.6.销钉 C C5.

13、5.杆BCBC解：1.1.重物2.2.滑轮O O3.3.滑轮C C例5 画出下列各构件的受力图4.4.杆ACAC第一章 静力学基本公理和物体的受力分析第49页/共77页50QAOBCDE解：例5 画出此构件的整体的受力图NAFBFQBADOEC2TFQBADOEBxFByFNAF2TFOxFOyF第一章 静力学基本公理和物体的受力分析OF第50页/共77页51例6 画出下列各构件的受力图第一章 静力学基本公理和物体的受力分析第51页/共77页52例6 画出整体构件的受力图AyFAxFTBF整体的受力图中有五个力：.,DAyAxTBFFFFW第一章 静力学基本公理和物体的受力分析DF第52页/共

14、77页53三、画受力图应注意的问题除重力、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。2、不要多画力要注意力是物体之间的相互机械作用。因此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。1、不要漏画力第一章 静力学基本公理和物体的受力分析第53页/共77页54约束反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、不要画错力的

15、方向4、受力图上不能再带约束。 即受力图一定要画在分离体上。第一章 静力学基本公理和物体的受力分析第54页/共77页55一个力，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。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。 5、受力图上只画外力，不画内力。 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。7 、正确判断二力构件。第一章 静力学基本公理和物体的受力分析第55页/共77页56 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

16、 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。第56页/共77页57第57页/共77页58第58页/共77页59F第59页/共77页60F第60页/共77页61CFFFFAxCFAy第61页/共77页62 如图所示，梯子的两部分AB和AC在A点铰接，又在D ，E两点用水平绳连接。梯子放在光滑水平面上，若其自重不计，但在AB的中点处作用一铅直载荷F。试分别画出梯子的AB，AC部分以及整个系统的受力图。F第62页/共77页63FFAyFFAxFB第63页/共77页64F第64页/共77页65F第65页/共77页66 如

17、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，另一端绕过定滑轮和动滑轮后拴在销钉B上。重物的重量为G，各杆和滑轮的自重不计。（1）试分别画出各杆，各滑轮，销钉B以及整个系统的受力图；（2）画出销钉B与滑轮一起的受力图；（3）画出杆AB ，滑轮 ， ，钢绳和重物作为一个系统时的受力图。 第66页/共77页67第67页/共77页68第68页/共77页69第69页/共77页70第70页/共77页71第71页/共77页72第72页/共77页73第73页/共77页74第74页/共77页75第75页/共77页76作作 业业 1-1(b) (c) (e) (i) 1-2(e) (i) (j) (o) (g) (h)第76页/共77页77感谢您的观看。第77页/共77页