工程力學01-new-2013

1、12 3 力學力學是研究物體研究物體機械運動機械運動的的一般規(guī)律一般規(guī)律的科學的科學。 機械運動機械運動 物體在空間的物體在空間的位置隨時間的改變位置隨時間的改變。 (包括物體的平衡，平衡是機械運動的特殊情況）包括物體的平衡，平衡是機械運動的特殊情況）平平 衡衡：物體相對物體相對慣性參考系慣性參考系靜止或勻速直線運動。靜止或勻速直線運動。靜力學靜力學研究物體在力系作用下的平衡規(guī)律。研究物體在力系作用下的平衡規(guī)律。（受力分析，力系簡化等）（受力分析，力系簡化等）慣性參考系慣性參考系?4 5要研究的問題：要研究的問題： 如何建立如何建立力學模型力學模型 如何進行如何進行受力分析受力分析 如何尋找如

2、何尋找平衡規(guī)律平衡規(guī)律6質(zhì)點質(zhì)點( (particle) )：具有質(zhì)量其形狀、大小可以不計的物體。具有質(zhì)量其形狀、大小可以不計的物體。 當當物體平衡物體平衡時時，若求，若求繩繩索的拉力，物體可索的拉力，物體可視為質(zhì)視為質(zhì)點。點。 當研當研究究衛(wèi)衛(wèi)星的星的軌軌道道動動力力學時學時，衛(wèi)衛(wèi)星可星可視為質(zhì)視為質(zhì)點。點。 研究對象的力學模型：研究對象的力學模型：mg7剛剛 體體( (rigid body) )： 特殊的質(zhì)點系，其上任意兩點間的距離保持不變特殊的質(zhì)點系，其上任意兩點間的距離保持不變 。質(zhì)點系質(zhì)點系(particle system)：具有一定聯(lián)系的若干個質(zhì)點的集合具有一定聯(lián)系的若干個質(zhì)點的集

3、合 力力(Force) 物體間相互的機械作用物體間相互的機械作用。 （受力體、施力體）8力的作用效應力的作用效應(effects of action of the force): 內(nèi)效應內(nèi)效應(變形效應變形效應): 物體的變形。物體的變形。 外效應外效應(運動效應運動效應): 物體的運動狀態(tài)的改變物體的運動狀態(tài)的改變注意：注意：q 力作用于可變形的物體時，既有力作用于可變形的物體時，既有內(nèi)效應，也會有外相應。內(nèi)效應，也會有外相應。1. 力作用于剛體時，不會有內(nèi)效應，力作用于剛體時，不會有內(nèi)效應，只可能有外效應。只可能有外效應。9剛體的例子剛體的例子10變形體的例子變形體的例子11力力力的大小力

4、的大?。▎挝唬号ｎD（單位：牛頓N）力的方向力的方向 力的作用點力的作用點A BF力的作用線力的作用線集中力集中力分布力（載荷集分布力（載荷集度度q(N/cm2)力是定力是定位矢量位矢量自由矢量自由矢量：只表示只表示力的大小和方向，力的大小和方向，從任一點畫出的矢從任一點畫出的矢量，量，力矢力矢。12集中力集中力力的分類力的分類：集中力與分布力集中力與分布力內(nèi)力與外力內(nèi)力與外力主動力與約束力主動力與約束力13分布力分布力14 等效力系等效力系(equivalent force system): 對同一對同一剛體剛體產(chǎn)生產(chǎn)生相同作用效應相同作用效應的力系的力系. ,2121mnPPPFFF 力系力

5、系 (force system): 作用在物體上的一組力作用在物體上的一組力,21nFFF1F2FnF3F1P2PmP15,21RnFFFF 合力合力(resultant force) : 與某力系等效的力與某力系等效的力 平衡力系平衡力系(force system in equilibrium): 對對剛體剛體不產(chǎn)生任何作用效應的力系不產(chǎn)生任何作用效應的力系,210FFFn1617 若匯交力系中，力的作用線在同一平面內(nèi)，若匯交力系中，力的作用線在同一平面內(nèi)， 則稱為則稱為平面匯交力系平面匯交力系。 若匯交力系中，力的作用線若匯交力系中，力的作用線不不在同一平面內(nèi)，在同一平面內(nèi)， 則稱為則稱為

6、空間匯交力系空間匯交力系。1F2FnFA1F2FnFA匯交力系匯交力系: 力作用線匯交于一點的力系。力作用線匯交于一點的力系。18 若平行力系中，力的作用線在同一平面內(nèi)，則稱為若平行力系中，力的作用線在同一平面內(nèi)，則稱為平面平面平行力系平行力系； 若平行力系中，力的作用線若平行力系中，力的作用線不不在同一平面內(nèi)，則在同一平面內(nèi)，則稱為稱為空間平行力系空間平行力系 。平行力系平行力系: 力作用線彼此平行的力系。力作用線彼此平行的力系。平面問題平面問題xyo任意力系任意力系:力作用線任意分布的力系。力作用線任意分布的力系。19自由體自由體(free body)：可以在空間任意運動的物體可以在空間任

7、意運動的物體非自由體非自由體(constrained body)：運動受到某些限制的物體運動受到某些限制的物體20約約 束束(constraint)：限制物體運動的條件。限制物體運動的條件。約束體約束體(constraint body)：約束非自由體運動的物體。約束非自由體運動的物體。列車是非自由體列車是非自由體鐵軌是約束體鐵軌是約束體約束力約束力(constraint force)：約束體作用在非自由體上的力。約束體作用在非自由體上的力。鐵軌作用在車輪鐵軌作用在車輪上的力為約束力。上的力為約束力。主動力主動力：作用于非自由體上的約束力以外的力。作用于非自由體上的約束力以外的力。21約束力約束

8、力的的方向方向與限制物體運動的與限制物體運動的方向相反方向相反!（一）（一）柔索柔索繩索、繩索、 鏈條、皮帶等鏈條、皮帶等假設條件：假設條件：不計質(zhì)量不計質(zhì)量 。 約束力特點：約束力特點：受拉，作用線沿柔索。受拉，作用線沿柔索。222Lyx限制運動的條件限制運動的條件T2T1T2T122繩索類只能受拉只能受拉，所以它們的約束反力是作用在接觸點作用在接觸點，方向沿繩索背離物體沿繩索背離物體。PPT例例 吊燈23（二）（二）光滑面光滑面約束約束AFBFCF約束力沿公法線方向指向被約束的物體約束力沿公法線方向指向被約束的物體BACNF公切面公切面公法線公法線假設條件：假設條件：不計摩擦不計摩擦24F

9、GGN1N2光滑面光滑面約束約束25 在不計摩擦的條在不計摩擦的條件下齒輪間的約束也件下齒輪間的約束也屬于光滑面約束屬于光滑面約束q沿齒廓曲面在沿齒廓曲面在嚙合點的公法線嚙合點的公法線26滑槽與銷釘滑槽與銷釘（雙面約束）（雙面約束）光滑面光滑面約束約束271 1、固定鉸鏈支座固定鉸鏈支座AxFyAF固定鉸鏈簡圖固定鉸鏈簡圖（三）（三）光滑圓柱鉸鏈光滑圓柱鉸鏈F28候機樓頂棚拱架支座候機樓頂棚拱架支座292 2、連接鉸鏈、連接鉸鏈( (中間鉸中間鉸） 兩個有孔物體用銷釘聯(lián)結(jié)的約束兩個有孔物體用銷釘聯(lián)結(jié)的約束AAxFyAFAAxFyAFA注意：分清受力體與施力體注意：分清受力體與施力體AxFyAF

10、AAxFyAFAF”AxF”Ay30鉸鉸313 3、徑向軸承、徑向軸承yFxF允許轉(zhuǎn)動，可以徑向位移，允許轉(zhuǎn)動，可以徑向位移，限制與軸線垂直方向的位移限制與軸線垂直方向的位移。32（四）（四）活動鉸鏈支座活動鉸鏈支座AAF33FNFN此約束力也可向下此約束力也可向下!34（五）光滑球鉸鏈（球鉸）（五）光滑球鉸鏈（球鉸）AAxFAyFAzFA人造髖關(guān)節(jié)人造髖關(guān)節(jié)35Fx Fy Fz 止推軸承止推軸承36（六）二力構(gòu)件（六）二力構(gòu)件/ /二力桿二力桿二力平衡公理，二力平衡公理，作用于剛體上的兩個力為平衡力系的作用于剛體上的兩個力為平衡力系的充分必要條件是：充分必要條件是：此二力等值、反向、共線此二

11、力等值、反向、共線若若剛桿兩端為鉸鏈連接、只在鉸點受兩個力而處于平衡的構(gòu)件剛桿兩端為鉸鏈連接、只在鉸點受兩個力而處于平衡的構(gòu)件稱為稱為二力構(gòu)件二力構(gòu)件或或二力桿二力桿。作用力方向沿兩點連線、大小相等、。作用力方向沿兩點連線、大小相等、方向相反。方向相反。W不計桿件自重不計桿件自重W37思考題思考題：二力構(gòu)件受力時與構(gòu)件的形狀有無關(guān)系？二力構(gòu)件受力時與構(gòu)件的形狀有無關(guān)系？AFABF1F2F3Fn38根據(jù)根據(jù)約束的約束的類型類型畫出研究對象的受力圖畫出研究對象的受力圖q分離體分離體： 把研究對象從與它聯(lián)系的周圍物體中把研究對象從與它聯(lián)系的周圍物體中分離出來得到的解除約束的物體。分離出來得到的解除約

12、束的物體。q受力圖受力圖： 表示分離體及其上所受的表示分離體及其上所受的全部主動力全部主動力和約束力和約束力的圖形。的圖形。q步驟：（步驟：（1）明確研究對象，畫出分離體圖；）明確研究對象，畫出分離體圖； （2）在分離體上畫出全部主動力；）在分離體上畫出全部主動力； （3）在每一約束處畫出約束力。）在每一約束處畫出約束力。39受力分析受力分析 例例1 1：圓柱、斜桿與繩索：圓柱、斜桿與繩索40例：例：結(jié)構(gòu)如圖所示結(jié)構(gòu)如圖所示,不計構(gòu)件自重，不計構(gòu)件自重，畫出畫出ABAB桿的受力圖。桿的受力圖。DCWABWABDCAxFAyFCFABWCCD桿為二力桿桿為二力桿41例：例：畫出畫出ABAB桿的受

13、力圖桿的受力圖AFDFBF(b)CBAWD(a)WD42例：例：畫出滑輪、畫出滑輪、CDCD桿、桿、ABAB桿和整體受力圖桿和整體受力圖WWABCD1 1、研究滑輪、研究滑輪2 2、研究、研究CDCD桿桿AxFAyFCFDF43BC3 3、研究、研究ABAB桿桿4 4、研究整體、研究整體WABCDWAxFAyFBxFByFCFWCABBxFByFDF研究整體時，不畫物體間的內(nèi)力研究整體時，不畫物體間的內(nèi)力AxFAyF44WCBAF1FCCBFBBC是二力桿是二力桿FAyFAxFByFBxF1B AAB桿桿:銷釘銷釘:WFBFByFBx分析桿分析桿BC、銷釘、銷釘B、桿、桿BA45CDAOABF

14、FEFCxFCyFOxFOyFBxFByFAxFAyF0EFAxFAyFCxFCyF46畫受力圖應注意的問題畫受力圖應注意的問題除重力、電磁力外，物體之間只有通過接觸才有相互機械作用力，要分清受力體都與周分清受力體都與周圍哪些物體圍哪些物體(施力體施力體)相接觸相接觸，接觸處力的方力的方向由約束類型而定向由約束類型而定。2 2、不要多畫力、不要多畫力要注意力是物體之間的相互機械作用。因此對于受力體所受的每一個力，都應能明確地指出它是哪一個施力體施加的。1 1、不要漏畫力、不要漏畫力47約束反力的方向必須嚴格地按照約束的類型來畫，不能單憑直觀或根據(jù)主動力的方向來簡單推想。在分析兩物體之間的作用力

15、與反作用力時，要注意，作用力的方向一旦確定，反作用力的方向一定要與之相反，不要把箭頭方向畫錯。3 3、不要畫錯力的方向、不要畫錯力的方向4、受力圖上不能再帶約束受力圖上不能再帶約束。 即受力圖一定要畫在分離體上。48一個力，屬于外力還是內(nèi)力，因研究對象的不同，有可能不同。當物體系統(tǒng)拆開來分析時，原系統(tǒng)的部分內(nèi)力，就成為新研究對象的外力。對于某一處的約束反力的方向一旦設定，在整體、局部或單個物體的受力圖上要與之保持一致。 5 5、受力圖上只畫外力，不畫內(nèi)力、受力圖上只畫外力，不畫內(nèi)力。 6 6 、同一系統(tǒng)各研究對象的受力圖必須整體與局部一致，相、同一系統(tǒng)各研究對象的受力圖必須整體與局部一致，相 互協(xié)調(diào)，不能相互矛盾互協(xié)調(diào)，不能相互矛盾。7 7 、正確判斷二力構(gòu)件、正確判斷二力構(gòu)件。49WABWFAFBF F 50思考：思考：圖示三鉸拱，若圖示三鉸拱，若F作用在鉸鏈作用在鉸鏈C處，（處，（1）畫出左、）畫出左、右兩拱及銷釘右兩拱及銷釘C的受力圖；（的受力圖；（2）若銷釘）若銷釘C屬于屬于AC，畫出，畫出左右兩拱的受力圖；（左右兩拱的受力圖；（3）若