第一章静力学基本概念与物体受力解析.ppt

* 第1章 静力学基本概念与物体受力分析 Chapter 1 Basic Concepts of Statics and Force analysis 目录 目录 主要内容 §1.1 静力学基本概念 §1.2 约束和约束力 §1.3 受力图 目录 §1.1 静力学基本概念 刚体(Rigid body)： 形状和大小不变，且内部各点的相对位置也不变的一种物体理想模型。 忽略变形，将实际变形体抽象为刚体，称为刚化原理(rigidity principle) 静力学(Statics)：研究物体平衡的一般规律。 三个主要内容：受力分析、力系的简化和力系的平衡条件。 目录 §1.1 静力学基本概念 刚体静力学(Statics of Rigid body)： 研究刚体在力系作用下的平衡问题。 研究对象被抽象为刚体，暂不考虑其变形，为研究力系的平衡提供了极大的方便。 平衡(Equilibrium)：物体相对惯性参考系静止或作匀速直线平移。 平衡条件:物体处于平衡状态，力系必须满足的条件； 平衡力系:作用于物体上正好使之保持平衡的力系。 目录 §1.1 静力学基本概念 力(Force)： 力是物体间的相互作用，这种作用将使物体的运动状态发生变化－运动效应（effect of motion），或使物体发生变形－变形效应（effect of deformation）。 力的作用效果，取决于力的三要素：大小、方向、作用点 集中力： 分布力： 目录 §1.1 静力学基本概念 力是矢量(vector)： 当力作用在刚体上时，力可以沿着其作用线滑移，而不改变力对刚体的作用效应，这时的力是滑移矢量(slip vector)； 当力作用在变形体上时，力既不能沿其作用线滑移，也不能绕作用点转动，这表明，作用在变形体的力的作用线和作用点都是固定的，所以这时的力是定位矢量（fixed vector）； 自由矢量(free vector):只有大小和方向，不确定作用点。 目录 §1.1 静力学基本概念 力的合成满足矢量加法规则：若干个共点力，可以合成为一个合力。 力的量纲:MLT-2；单位：牛顿（N）。力在直角坐标系中的表示为： 目录 §1.1 静力学基本概念 力系(Forces system)： 作用在物体上的力的集合称为力系 等效力系(Equivalent forces system)： 使同一刚体产生相同作用效应的力系； 如果某力系与一个力等效，则这一力称为力系的合力，而力系中的各个力则称为这一合力的分力。 平衡力系: 或称零力系。 目录 §1.1 静力学基本概念 力系的简化：对一个比较复杂的力系求出与它等效的简单力系的过程。 按力系中诸力作用线在空间的分布情况 平面力系： 空间力系： 汇交力系： 平行力系： 任意力系： 目录 §1.1 静力学基本概念 二力平衡原理:不计自重的刚体在二力作用下平衡的必要和充分条件是：二力沿着同一作用线，大小相等，方向相反，称为二力平衡原理。其数学表达式为 作用有二力的刚体又称为二力构件(members subjected to the action of two forces)或二力杆。 目录 §1.2 约束和约束力 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 目录 §1.2 约束和约束力 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 约束力：约束体作用在非自由体上的力。 铁轨作用在车轮上的力为约束力 目录 §1.2 约束和约束力 主动力：作用于非自由体上的约束力以外的力. 约束力：也称约束反力、反力，是一种被动力。 约束力 大小——待定 方向——与该约束所能阻碍的位移方向 相反 作用点——接触处 目录 工程中常见的约束 1.具有光滑接触面（线、点）的约束（光滑接触约束） §1.2 约束和约束力 目录 §1.2 约束和约束力 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 表示． 目录 §1.2 约束和约束力 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 表示． 目录 §1.2 约束和约束力 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． 目录 §1.2 约束和约束力 3.光滑圆柱铰链约束（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． 目录