静力学基础知识课件

1,静力学基本知识,2,3,4,内容提要,绪论 静力学基本知识,1、力及其性质 2、约束和约束力 3、受力分析与受力图,5,1、名词介绍： (1)力系：,F1,F2,Fn,(2)平衡力系：,F2,F1,Fn,若平衡，则称为平衡力系。,同时作用在物体上的一群力。,(3)等效力系：,=,P1,P2,Pn,若两个力系对同一物体的作用效果相同，则互称为等效力系。,(4)合力、分力：,F1,Fn,F2,F1,Fn,F2,=,FR,若一个力和一个力系等效，则该力称为合力，力系中各力称为此力的分力,6,2、力学模型： 刚 体：受力时不变形体的物体 刚体系：（物系） 3、内容： （1）力系的简化： 用简单力系代替复杂力系，作 用效应不变。 （2）力系的平衡条件: 物体处于平衡状态时，力系应 满足的条件。,平衡：指物体相对于地面保持静止或作均速直线运动,7,一、力的概念： 定 义：物体间的相互作用,外效应：运动状态改变。(理力） 内效应：变形。（材力） 三要素：大小、方向、作用点。 力的图示：,F,P,文字符号：,第一章 静力学基本概念及受力分析,箭头，代表力的指向,力的作用线,线段长度代表力的大小,线段的起点或终点为力的作用点,8,印刷体：黑体字母力矢。 普通字母力的大小。 手写体：F力矢。 F力的大小。 力单位：N KN 牛 千牛,二、约束的概念： 自由体：能在空中自由运动（飞机、卫星） 非自由体：某些方面的运动受到周围物体的 限制,9,（灯绳、合页轴、铁轨） （1）约束：阻碍物体运动的限制物 （2）约束反力：约束作用于被约束物体上力 作用点：接触处 方 向：永远与所限制的运动方向相反 大 小：未知待求 （被动力） （3）主动力：约束反力以外的其它力 能主动引起物体运动的力。,例如,10,主动力大小一般已知（重力、风力、牵引力） 如： 三、静力学公理(公理与定律；定理、推理与推论） 1、公理一（二力平衡公理）：,T1,T2,G,F1,F2,若刚体受二力作用而平衡，则必、充条件为：此二力等值、反向、共线。 （1）适于刚体。,11,（2）二力构件（二力杆）： 只受二力作用而平衡的构件或杆件。,F1,F2,F1,F2,F1,F2,（拉杆）（压杆）,2、公理二（加、减平衡力系公理）： 在作用于刚体上的任一力系中，加上或 减去任一个平衡力系，并不改变原力系对刚 体的作用,受力特点：所受两力必沿两力作用点连线,12,F1,F2,F3,P1,P2,=,F1,F2,F3,（适于刚体）,3、推论一（力的可传性原理） 作用在刚体上的力可沿其作用线移动，而不改变该力对刚体的作用效应。,=,F,F2,F1,F1,（令F1=F2=F）,（适于同一个刚体）,13,4、公理三（力的平行四边形法则）： 作用于物体上同一点的两个力可以合成为 作用于该点的一个合力，它的大小和方向由这 两个力的矢量为邻边所构成的平行四边形的对 角线来表示。 矢式：R=F1+F2,F1,F2,R,F1,F2,R,F2,F1,R,（适合于任何物体）,（逆过程也成立，一般正交分解）,F1,F2,F,力三角形法则:,14,5、推论二（三力平衡汇交定理） 刚体受不平行的三力作用而平衡时，此 三力作用线必共面，且汇交于一点。 证：,=,F1,F2,F3,F3,F2,F1,R,1、只适于刚体 2、三力汇交一点，只是平衡的必要条件 3、三力构件，若已知三力作用点和任两力作 用线则可定出第三力作用线。,o,o,A,B,C,C,15,如：,（并不平衡）,F1,F2,F3,6、公理四（作用、反作用定律） 两物体间相互作用的一对力，总是等值、 反向、共线，并分别作用在这两个物体上。,.,.,G,G,N,（1）适于任何物体。 （2）（G、N）是平衡力； N 是作用力，N 是反作用力,16,四、几种常见的约束及反力： （一）柔索约束：柔绳、皮带、链条等。 特征：只限制沿柔索中心线伸长方向 的运动。 反力： 作用点：联结点。 作用线：沿柔索。 指向：背离被约束体。 （拉力）,例如,17,G,G,F1,F2,G,G,FA,FB,FC,FD,FE,A,B,C,D,E,FA,FB,FC,FD,F1,F2,F1,F2,18,（二）光滑接触面约束: (不计摩擦) 特征:只限制沿接触处 公法线做压入光滑面的运动.,公法线,FN,反力:作用点:接触处 作用线:沿接触处的公法线 指向:指向被约束体,FA,FB,FC,G,（压力）,19,（三）光滑铰链约束 带孔的构件套在圆轴（销钉）上。 特征：只限制构件间的相对移动。 不限制构件间的相对转动。 （在垂直于轴线的平面内） 传力特点：带孔构件与销钉直接作用。 （A）固定铰支座：底座固定。,例如,20,F,F,F,Fy,Fx,反力F：作用点、作用线、及指向，均随主动力而变。 通常用互相垂直的Fx 与 Fy 表示. （二力构件除外）,简图:,21,（B）中间铰链： 仅有两个带孔的构件，套在销钉上，且节 点处不受外力。,F,F,F,F,Fx,Fy,Fy,Fx,(1),构件(1)与构件(2)互为约束,满足作用力与反作用力的关系,22,通常用(Fx、Fy)，（Fx 、Fy)表示（二力构件除外） 简图：,例：,F,FC,FB,F,FC,FAy,FAx,先识别二力构件；中间铰链处：作用力与反作用力关系。,23,（C）可动铰支座：底座与支撑面间有辊轴。 （轴支座）,公法线,F,只限制沿垂直支撑面方向的运动。 反力F：沿支撑面法线，通过销钉中 心，指向可假设。,简图：,24,（四）链杆约束： 两端铰接，中间不受力的直杆（二力杆）,FA,（A处为中间铰链）,反力：沿链杆中心线，指向可假设。（只限制沿链杆中心线的运动。）,=,=,=,25,五、物体的受力分析与受力图 受力分析： 所研究物体共受几个力的作用，每个力的 作用点、作用线、指向是怎样的？ 受力图： 所研究物体的简图单独画出，在上面画上 其所受全部主动力和全部约束反力的图形。 步骤： （1）确定研究对象（取分离体），并 把其简图单独画出。 （2）画上其所受主动力。 （3）画上其所受约束反力。,26,例：已知F，试画出AB 梁的受力图。,解： （1）取AB梁为研究对象。,（2）画主动力F。,F,（3）画反力FB,FAx,FAy。,FB,FAx,FAy,或：按三力平衡汇 交定理,FB,B,O,27,例:已知P。试画出AD杆、BC杆及构架整体受力图,B,C,FB,FC,A,B,D,P,FB,FAx,FAy,A,B,D,P,O,FB,FA,A,B,C,D,P,FC,FAx,FAy,（系统内力） （系统外力）,28,例：三铰刚架，已知F。试分别画出AC、BC构架 及刚 架整体受力图,解：,B,C,FC,FB,A,C,F,FC,FAx,FAy,A,B,C,F,FB,FAx,FAy,29,例：已知P。试分别画出AB、BC杆、销钉C及构架 整体的受力图。,解：,A,C,FA,FCA,B,C,FB,FCB,C,F,FCA,FCB,A,C,F,FCB,FA,（AC杆含销C）,FB,FA,30,例：,B,C,D,E,FD,FE,C,G,F,O,FCO,B,C,FB,FE,H,FCB,A,C,D,FCO,FCB,FD,FAx,FAy,FB,FAx,FAy,31,例：,32,例:,B,C,FCB,FB,C,G,FCB,FCAx,FCAy,A,C,P,G,FCB,FAx,FAy,FB,FAx,FAy,33,例：,B,P,FBA,FB,例：,P,P,A,B,D,FA,FB,FD,34,例题. 由水平杆AB和斜杆BC构成的管道支架如图所示.在AB杆上放一重为P的管道. A ,B,C处都是铰链连接 .不计各杆的自重 ,各接触面都是光滑的.试分别画出管道O,水平杆AB,斜杆BC及整体的受力图.,35,解:(1)取管道O为研究对象.,O,P,ND,(2)取斜杆BC为研究对象.,C,B,RC,RB,A,B,D,ND,RB,XA,YA,(3)取水平杆AB为研究对象.,(4)取整体为研究对象.,RC,XA,YA,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50,51,