工程力學精品課件

1、工程力學第1頁，共38頁，2022年，5月20日，3點51分，星期三緒論一、工程力學的任務1、工程力學的組成：理論力學、材料力學2、任務：研究結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的受力及運動規(guī)律，研究構(gòu)件承載力的計算方法，為設計既安全又經(jīng)濟的構(gòu)件提供理論依據(jù)、計算方法和實驗手段。第2頁，共38頁，2022年，5月20日，3點51分，星期三二、力學模型的簡化：對實際構(gòu)件進行適當簡化而得到的計算模型。簡化原則：1、力求簡單 2、能反映原構(gòu)件的受力特征三、學習工程力學的目的和方法1、目的：為學習后續(xù)課程和工程設計作準 備2、學習方法：在重點掌握基本理論的基礎上勤思、多練，要善于觀察分析身邊的力學問題，要重視實驗能力的培養(yǎng)。第

2、3頁，共38頁，2022年，5月20日，3點51分，星期三第一篇：剛體靜力學本篇將著重研究兩個問題：1、力系的簡化與合成2、力系的平衡條件第4頁，共38頁，2022年，5月20日，3點51分，星期三第一章、靜力學基礎 1-1 靜力學基本概念幾個基本概念： 1、剛體：在力的作用下，其內(nèi)部任意兩點間的距離始終保持不變的物體.剛體是一種理想化了的力學模型。第5頁，共38頁，2022年，5月20日，3點51分，星期三 2、力：物體間相互的機械作用，作用效果使物體的機械運動狀態(tài)發(fā)生改變力的三要素：大小、方向、作用點.力是矢量 力系：一群力.可分為：平面匯交（共點）力系，平面平行力系，平面力偶系，平面任意

3、力系；空間匯交（共點）力系，空間平行力系，空間力偶系，空間任意力系 等效力系和平衡力學的概念 合力和分力的概念 3、平衡：物體相對慣性參考系（如地面）靜止或作勻速直線運動第6頁，共38頁，2022年，5月20日，3點51分，星期三1-2 靜力學公理公理1 力的平行四邊形法則 作用在物體上同一點的兩個力，可以合成為一個合力。合力的作用點也在該點，合力的大小和方向，由這兩個力為邊構(gòu)成的平行四邊形的對角線確定，如圖所示。第7頁，共38頁，2022年，5月20日，3點51分，星期三 公理2 二力平衡條件 使剛體平衡的充分必要條件最簡單力系的平衡條件亦可用力三角形求得合力矢合力(合力的大小與方向) (矢

4、量的和) 作用在剛體上的兩個力，使剛體保持平衡的必要和充分條件是：這兩個力的大小相等，方向相反，且作用在同一直線上。第8頁，共38頁，2022年，5月20日，3點51分，星期三公理3 加減平衡力系原理推理1 力的可傳性 作用在剛體上的力是滑動矢量，力的三要素為大小、方向和作用線 在已知力系上加上或減去任意的平衡力系，并不改變厡力系對剛體的作用。 作用于剛體上某點的力，可以沿著它的作用線移到剛體內(nèi)任意一點，并不改變該力對剛體的作用。第9頁，共38頁，2022年，5月20日，3點51分，星期三推理2 三力平衡匯交定理平衡時 必與 共線則三力必匯交O 點，且共面 作用于剛體上三個相互平衡的力，若其中

5、兩個力的作用線匯交于一點，則此三力必在同一平面內(nèi)，且第三個力的作用線通過匯交點。第10頁，共38頁，2022年，5月20日，3點51分，星期三公理4 作用和反作用定律 作用力和反作用力總是同時存在，同時消失，等值、反向、共線，作用在相互作用的兩個物體上 在畫物體受力圖時要注意此公理的應用第11頁，共38頁，2022年，5月20日，3點51分，星期三公理5 剛化原理柔性體（受拉力平衡）剛化為剛體（仍平衡）反之不一定成立，因?qū)傮w平衡的充分必要條件，對變形體是必要的但非充分的剛體（受壓平衡）柔性體（受壓不能平衡） 變形體在某一力系作用下處于平衡，如將此變形體剛化為剛體，其平衡狀態(tài)保持不變。第12頁

6、，共38頁，2022年，5月20日，3點51分，星期三約束：對非自由體的位移起限制作用的物體.約束力：約束對非自由體的作用力約束力大小待定方向與該約束所能阻礙的位移方向相反作用點接觸處1-3 約束和約束力第13頁，共38頁，2022年，5月20日，3點51分，星期三工程中常見的約束1、具有光滑接觸面（線、點）的約束（光滑接觸約束）第14頁，共38頁，2022年，5月20日，3點51分，星期三 光滑支承接觸對非自由體的約束力，作用在接觸處；方向沿接觸處的公法線并指向受力物體，故稱為法向約束力，用 表示第15頁，共38頁，2022年，5月20日，3點51分，星期三2 、由柔軟的繩索、膠帶或鏈條等構(gòu)

7、成的約束柔索只能受拉力，又稱張力.用 表示第16頁，共38頁，2022年，5月20日，3點51分，星期三柔索對物體的約束力沿著柔索背向被約束物體膠帶對輪的約束力沿輪緣的切線方向，為拉力第17頁，共38頁，2022年，5月20日，3點51分，星期三 3 、光滑鉸鏈約束（徑向軸承、圓柱鉸鏈、固定鉸鏈支座等） （1） 徑向軸承（向心軸承） 約束特點： 軸在軸承孔內(nèi)，軸為非自由體、軸承孔為約束第18頁，共38頁，2022年，5月20日，3點51分，星期三 約束力： 當不計摩擦時，軸與孔在接觸為光滑接觸約束法向約束力 約束力作用在接觸處，沿徑向指向軸心 當外界載荷不同時，接觸點會變，則約束力的大小與方向

8、均有改變可用二個通過軸心的正交分力 表示第19頁，共38頁，2022年，5月20日，3點51分，星期三 （2）光滑圓柱鉸鏈 約束特點：由兩個各穿孔的構(gòu)件及圓柱銷釘組成，如剪刀第20頁，共38頁，2022年，5月20日，3點51分，星期三約束力： 光滑圓柱鉸鏈：亦為孔與軸的配合問題，與軸承一樣，可用兩個正交分力表示其中有作用反作用關系 一般不必分析銷釘受力，當要分析時，必須把銷釘單獨取出第21頁，共38頁，2022年，5月20日，3點51分，星期三（3） 固定鉸鏈支座 約束特點： 由上面構(gòu)件1或2 之一與地面或機架固定而成 約束力：與圓柱鉸鏈相同 以上三種約束（徑向軸承、光滑圓柱鉸鏈、固定鉸鏈支

9、座）其約束特性相同，均為軸與孔的配合問題，都可稱作光滑圓柱鉸鏈第22頁，共38頁，2022年，5月20日，3點51分，星期三4、其它類型約束 （1）滾動支座 約束特點： 在上述固定鉸支座與光滑固定平面之間裝有光滑輥軸而成 約束力： 構(gòu)件受到光滑面的約束力第23頁，共38頁，2022年，5月20日，3點51分，星期三(2) 球鉸鏈 約束特點：通過球與球殼將構(gòu)件連接，構(gòu)件可以繞球心任意轉(zhuǎn)動，但構(gòu)件與球心不能有任何移動 約束力：當忽略摩擦時，球與球座亦是光滑約束問題 約束力通過接觸點,并指向球心,是一個不能預先確定的空間力.可用三個正交分力表示第24頁，共38頁，2022年，5月20日，3點51分，

10、星期三（3）止推軸承約束特點： 止推軸承比徑向軸承多一個軸向的位移限制 約束力：比徑向軸承多一個軸向的約束力，亦有三個正交分力 第25頁，共38頁，2022年，5月20日，3點51分，星期三（2）柔索約束張力球鉸鏈空間三正交分力止推軸承空間三正交分力（4）滾動支座 光滑面（3）光滑鉸鏈（1）光滑面約束法向約束力第26頁，共38頁，2022年，5月20日，3點51分，星期三1-4 物體的受力分析和受力圖在受力圖上應畫出所有力，主動力和約束力（被動力）畫受力圖步驟：3、按約束性質(zhì)畫出所有約束（被動）力1、取所要研究物體為研究對象（隔離體），畫出其簡圖2、畫出所有主動力第27頁，共38頁，2022年

11、，5月20日，3點51分，星期三例1-1解：畫出簡圖畫出主動力畫出約束力碾子重為 ，拉力為 ， 、 處光滑接觸，畫出碾子的受力圖第28頁，共38頁，2022年，5月20日，3點51分，星期三例1-2 解：取屋架畫出主動力畫出約束力畫出簡圖屋架受均布風力 （N/m）， 屋架重為 ，畫出屋架的受力圖第29頁，共38頁，2022年，5月20日，3點51分，星期三例1-3 解：取 桿，其為二力構(gòu)件，簡稱二力桿，其受力圖如圖(b)水平均質(zhì)梁 重為 ，電動機重為 ，不計桿 的自重，畫出桿 和梁 的受力圖圖(a)第30頁，共38頁，2022年，5月20日，3點51分，星期三取 梁，其受力圖如圖 (c)若這樣

12、畫，梁 的受力圖又如何改動? 桿的受力圖能否畫為圖（d）所示？第31頁，共38頁，2022年，5月20日，3點51分，星期三例1-4 不計三鉸拱橋的自重與摩擦，畫出左、右拱 的受力圖與系統(tǒng)整體受力圖解：右拱 為二力構(gòu)件，其受力圖如圖（b）所示第32頁，共38頁，2022年，5月20日，3點51分，星期三系統(tǒng)整體受力圖如圖（d）所示取左拱 ,其受力圖如圖（c）所示第33頁，共38頁，2022年，5月20日，3點51分，星期三考慮到左拱 三個力作用下平衡，也可按三力平衡匯交定理畫出左拱 的受力圖，如圖（e）所示此時整體受力圖如圖（f）所示第34頁，共38頁，2022年，5月20日，3點51分，星期三討論：若左、右兩拱都考慮自重，如何畫出各受力圖？如圖（g）（h）（i）第35頁，共38頁，2022年，5月20日，3點51分，星期三例1-5不計自重的梯子放在光滑水平地面上，畫出梯子、梯子左右兩部分與整個系統(tǒng)受力圖圖(a)