工程力學(xué)構(gòu)件靜力學(xué)基礎(chǔ)

1、工程力學(xué)構(gòu)件靜力學(xué)基礎(chǔ)第1頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)55分，星期三工程力學(xué)緒言力 工程力學(xué)是以理論力學(xué)和材料力學(xué)的基本概念和基本理論為基礎(chǔ)的力學(xué)基礎(chǔ)課，并不強(qiáng)調(diào)力學(xué)理論體系的系統(tǒng)完整性, 也不涉及較復(fù)雜的工程實(shí)際問(wèn)題。它的研究對(duì)象也不是某一臺(tái)完整的機(jī)器或建筑物，而是簡(jiǎn)單的工程構(gòu)件。 工程力學(xué)的任務(wù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變形狀尺寸改變剛體平衡規(guī)律運(yùn)動(dòng)規(guī)律動(dòng)力學(xué)規(guī)律理論力學(xué)變形體變形規(guī)律破壞規(guī)律材料力學(xué)強(qiáng)度、剛度計(jì)算 工程力學(xué)是從研究構(gòu)件的受力分析開(kāi)始，研究構(gòu)件的平衡和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，以及構(gòu)件的變形和破壞規(guī)律。為工程構(gòu)件的設(shè)計(jì)和制造提供基本的理論依據(jù)和實(shí)用的計(jì)算方法。 第2頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，

2、5月20日，3點(diǎn)55分，星期三 1.力的定義一、力的基本概念 這種作用使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或形狀尺寸發(fā)生改變。使物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變稱為力的外效應(yīng)；使物體形狀尺寸改變稱為力的內(nèi)效應(yīng)。 4.平衡與平衡力系 3.力系與等效力系 若干個(gè)力組成的系統(tǒng)稱為力系。若一個(gè)力系與另一個(gè)力系對(duì)物體的效應(yīng)相同，這兩個(gè)力系互為等效力系。 若一個(gè)力與一個(gè)力系等效，則稱這個(gè)力為該力系的合力，而該力系中的各力稱為這個(gè)力的分力。 把各分力代換成合力的過(guò)程稱為力系的簡(jiǎn)化，把合力代換成分力的過(guò)程稱為力的分解。ABF 1.力的定義 力是物體間相互的機(jī)械作用。 2.力的三要素及表示法 力對(duì)物體的效應(yīng)，取決于力的三要素：即力的大小，方向，作

3、用點(diǎn)。 4.平衡與平衡力系 所謂平衡是指物體相對(duì)于地球的靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)。一力系使物體處于平衡狀態(tài)，則該力系稱為平衡力系。 課題11 靜力學(xué)基本概念和公理第3頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)55分，星期三 1.二力平衡公理二、二力平衡公理與二力構(gòu)件 例如物體置放在水平面上(圖a) 2.二力構(gòu)件在二個(gè)力作用下處于平衡的構(gòu)件一般稱為二力構(gòu)件 分析圖c三角拱中右邊拱BC的受力 GFNCD 分析圖b結(jié)構(gòu)中CD桿的受力 CD桿在C、D點(diǎn)受到機(jī)械作用。工程實(shí)際中，一些構(gòu)件的自重和它所承受的載荷比較起來(lái)很小，可以忽略不計(jì)。 CD桿處于二力平衡，其二力必過(guò)兩作用點(diǎn)C、D的連線。FCFD CB 右邊

4、拱BC在B、C點(diǎn)受到機(jī)械作用，是二力構(gòu)件，其二力必過(guò)兩力作用點(diǎn)B、C的連線。 FBFCGa)ABDCFb)CBAFc) 1.二力平衡公理 兩個(gè)力使剛體平衡的必充條件是：這兩個(gè)力必等值、反向、共線。 第4頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)55分，星期三三、加減平衡力系公理與力的可傳性原理 2.力的可傳性原理 由此原理可知：力對(duì)剛體的外效應(yīng)，取決于力的大小、方向、作用線。必須指出，力的可傳性原理只適用于剛性構(gòu)件。 1.加減平衡力系公理a)AFb)AFCBFF=c)FACB=加上平衡力系F=F令F=F“=F減去平衡力系 在一個(gè)已知力系上加上或減去一個(gè)平衡力系， 不改變?cè)ο祵?duì)構(gòu)件的外效應(yīng)。

5、作用于構(gòu)件上某點(diǎn)的力，沿其作用線移動(dòng)，不改變?cè)?duì)剛體的外效應(yīng)。四、平行四邊形公理和三力構(gòu)件 1.力的平行四邊形公理AF1F2CF3 2.三力平衡匯交原理 1.力的平行四邊形公理 作用于物體上同一點(diǎn)的兩個(gè)力，可以合成一合力。合力是該兩力為鄰邊構(gòu)成的平行四邊形的對(duì)角線。 2.三力平衡匯交原理 構(gòu)件在三個(gè)互不平行的力作用下處于平衡，這三個(gè)力的作用線必共面且匯交于一點(diǎn)。FR第5頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)55分，星期三 3.三力構(gòu)件 作用三個(gè)力處于平衡的構(gòu)件稱為三力構(gòu)件。 分析圖b結(jié)構(gòu)中AB桿和圖c三角拱中左邊拱AB的受力 圖b中AB桿三力構(gòu)件，三力作用線交于一點(diǎn)。A點(diǎn)力過(guò)前二力的匯交

6、點(diǎn)。BACF CBFBFCCBAFc) 三力構(gòu)件三個(gè)力的作用線交于一點(diǎn)。若已知兩個(gè)力的作用線，由此可以確定另一個(gè)未知力的作用線。 CDFCFDABDCFb)五、作用與反作用公理 兩物體間的作用力與反作用力，總是大小相等， 方向相反，作用線相同，分別作用在兩個(gè)物體上。簡(jiǎn)述為等值、反向、共線。 BAFFAFBFAFC第6頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)55分，星期三應(yīng)用舉例 例1-1 圖示結(jié)構(gòu)，分析AB、BC桿的受力。CBAF例1-1圖解：1.分離出AB、BC桿 2.對(duì)BC桿進(jìn)行受力分析 3.對(duì)AB桿進(jìn)行受力分析CBBAFCFBFBFAF例1-2 圖示結(jié)構(gòu)，分析AB、BC桿的受力。CBA

7、例1-2圖F解：1.分離出AB、BC桿 2.對(duì)AB桿進(jìn)行受力分析 3.對(duì)BC桿進(jìn)行受力分析CBFABFAFBFBFC第7頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)55分，星期三課堂練習(xí) 練習(xí)1 圖示結(jié)構(gòu)，分析AB、CD桿的受力。 練習(xí)2 圖示結(jié)構(gòu)，分析AB、BC桿的受力。ABDCFABCF 練習(xí)3 指出圖示各結(jié)構(gòu)中哪些構(gòu)件是二力構(gòu)件? 哪些構(gòu)件是三力構(gòu)件?分析其受力的方向能否確定? 第8頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)55分，星期三 課后作業(yè)：工程力學(xué)練習(xí)冊(cè)練習(xí)一本課節(jié)小結(jié)二力構(gòu)件在二個(gè)力作用下處于平衡的構(gòu)件一般稱為二力構(gòu)件一、力的基本概念 1.力的定義 力是物體間相互的機(jī)械作用。

8、二、二力平衡公理與二力構(gòu)件 力的可傳性原理 作用于剛體上某點(diǎn)的力，沿其作用線移動(dòng)，不改變?cè)?duì)剛體的作用效應(yīng)。三、加減平衡力系公理與力的可傳性原理 三力平衡匯交原理 構(gòu)件在三個(gè)互不平行的力作用下處于平衡，這三個(gè)力的作用線必共面且匯交于一點(diǎn)。四、平行四邊形公理和三力構(gòu)件五、作用與反作用公理第9頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)55分，星期三 1.約束一、約束和約束力 常見(jiàn)約束的約束模型為柔體、光滑面、鉸鏈和固定端。 約束力的方向與它所限制物體的運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向相反，其大小和方向是隨主動(dòng)力的大小和作用線的不同而改變，是一個(gè)未知力。二、常見(jiàn)約束的力學(xué)模型 約束模型把一構(gòu)件與其它構(gòu)件的聯(lián)接

9、形式，按其限制構(gòu)件運(yùn)動(dòng)的特性抽象為理想化的力學(xué)模型，稱為約束模型。 限制物體運(yùn)動(dòng)的周圍物體稱為約束。 2.主動(dòng)力和約束力 能夠促使物體產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力稱為主動(dòng)力。限制物體運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的反作用力稱為約束力。 值得注意的是，工程實(shí)際中的約束與約束模型有些比較相近，有些差異很大。必須善于觀察，正確認(rèn)識(shí)約束模型及其應(yīng)用意義。 課題12 常見(jiàn)約束及其力學(xué)模型第10頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)55分，星期三 1.柔體約束 如圖a所示起吊機(jī)起吊重物 若柔體包絡(luò)了輪子一部分，如圖b所示的鏈傳動(dòng)或皮帶傳動(dòng)等。 由繩索、鏈條、皮帶等柔性物形成的約束都可以簡(jiǎn)化為柔體約束模型。這類約束只承受拉力

10、，不承受壓力。a)FTGABFT1ABFT1FT2G 通常把包絡(luò)在輪上的柔體看成是輪子的一部分，從柔體與輪的切點(diǎn)處解除柔體。約束力作用于切點(diǎn)，沿柔體中線，背離輪子。O2O1b)O2O1FT1FT2FT2 約束力沿柔體的中線，背離受力物體，用符號(hào)FT表示。 第11頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)55分，星期三AB 2.光滑面約束 如圖a所示重為G的圓柱工件放在v形槽內(nèi)，在A、B兩點(diǎn)受到槽面約束，其約束力沿接觸面公法線指向工件。 圖b所示重為G的工件AB放入凹槽內(nèi)，在A、B、C點(diǎn)處與槽作用，其約束力沿接觸面公法線指向工件。 只限制了物體沿接觸面公法線方向的運(yùn)動(dòng)。FNAFNCFNB 約束力

11、沿接觸面的公法線，指向受力物體。用符號(hào)FN表示。 GFNAa)ABFNBb)ABCABCG第12頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)55分，星期三 3.鉸鏈約束 2)固定鉸支座 約束限制了構(gòu)件銷孔端的隨意移動(dòng)，不限制構(gòu)件繞圓柱銷這一點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)。 中間鉸和固定鉸支座的約束力過(guò)鉸鏈的中心，方向不確定。通常用正交的分力FNx,FNy表示。 用圓柱銷釘連接的兩構(gòu)件稱為鉸鏈。 1)中間鉸 只限制了構(gòu)件銷孔端的相對(duì)移動(dòng)，不限制構(gòu)件繞圓柱銷這一點(diǎn)的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。 FFFNXFNYFNXFNY 必須指出的是，當(dāng)中間鉸或固定鉸約束的是二力構(gòu)件時(shí)，其約束力滿足二力平衡條件，沿兩約束力作用點(diǎn)的連線，方向是確定的。第

12、13頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)55分，星期三例如 例1-3 圖示結(jié)構(gòu)，分析AB、BC桿的受力。CBAF 例圖1CBBAFCFBFBF 例1-4 圖示結(jié)構(gòu)，分析AB、BC桿的受力。CBA 例圖2FCBFABFAFBFBFCxFCyFAxFAy 固定鉸約束的是三力構(gòu)件時(shí)，約束力一般用正交分力表示。第14頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)55分，星期三 3）活動(dòng)鉸支座 活動(dòng)鉸支座只限制構(gòu)件沿支承面法線方向的運(yùn)動(dòng) 。 在固定鉸支座的下邊安裝上滾珠稱為活動(dòng)鉸支座 活動(dòng)鉸支座的約束力過(guò)鉸鏈中心，垂直于支承面，一般按指向構(gòu)件畫(huà)出。用符號(hào)FN表示。 FNFNFNFAy 例1-5 圖示鋼

13、架ABCD，試分析其受力。 ABFDCFABDCFNDFAx第15頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)55分，星期三 課堂練習(xí) 分析判斷圖示構(gòu)件的約束力畫(huà)得是否正確? 并改正圖中的錯(cuò)誤。 DBAFCa)FBACFAFTABDCGb)c)BFCACBFDAd)ABDCGFBFDFABFCAFBFACBFDAFDFAxFAyFAyFAxFDFDFBFBFAyFAxFT第16頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)55分，星期三 課后作業(yè)：工程力學(xué)練習(xí)冊(cè)練習(xí)二本課節(jié)小結(jié)一、約束和約束力 限制物體運(yùn)動(dòng)的周圍物體稱為約束。限制物體運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的反作用力稱為約束力。二、常見(jiàn)約束的力學(xué)模型常見(jiàn)約束

14、的約束模型為柔體、光滑面、光滑鉸鏈和固定端。 1.柔體約束 約束力沿柔體的中線，背離受力物體。 2.光滑面約束 約束力沿接觸面的公法線，指向受力物體。 3.鉸鏈約束 鉸鏈分為中間鉸、固定鉸和活動(dòng)鉸。 中間鉸和固定鉸支座的約束力過(guò)鉸鏈的中心，方向不確定。通常用正交的分力FNx,FNy表示。 活動(dòng)鉸支座的約束力過(guò)鉸鏈中心，垂直于支承面，一般按指向構(gòu)件畫(huà)出。用符號(hào)FN表示。第17頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)55分，星期三一、構(gòu)件的平面力學(xué)簡(jiǎn)圖 二、解除約束取分離體 在力學(xué)簡(jiǎn)圖中把構(gòu)件與它周圍的構(gòu)件分開(kāi)， 單獨(dú)畫(huà)出這個(gè)構(gòu)件的簡(jiǎn)圖稱為解除約束取分離體。 課題13 構(gòu)件的受力圖 把真實(shí)的工程

15、結(jié)構(gòu)或構(gòu)件簡(jiǎn)化成能進(jìn)行分析計(jì)算的平面圖形，稱為構(gòu)件的平面力學(xué)簡(jiǎn)圖。 a)b)c) 如圖a所示的起吊機(jī)輪軸。圖b為在xy平面的力學(xué)簡(jiǎn)圖，圖c為yz平面的力學(xué)簡(jiǎn)圖。 三、受力圖 在構(gòu)件的分離體上，按已知條件畫(huà)上主動(dòng)力(已知力)；按不同約束模型的約束力方向、指向及表示符號(hào)畫(huà)出全部的約束力(未知力)，即得到構(gòu)件的受力圖。 第18頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)55分，星期三 畫(huà)受力圖的步驟是： 解：1.解除約束取分離體。 應(yīng)用舉例 例1-6 圖示重G的球體A，用繩子BC系在墻壁上。畫(huà)球體A的受力圖。 畫(huà)受力圖的步驟是：1)確定研究對(duì)象。2)解除約束取分離體。3)在分離體上畫(huà)出全部的主動(dòng)力和約

16、束力。 DBCAA2.在分離體上畫(huà)出主動(dòng)力。 G3.按約束力的畫(huà)法畫(huà)出約束力。 FTFD 解：1.解除約束取分離體。 例1-7 圖示三角鋼架受外力F作用，畫(huà)左邊AB的受力圖。 2.在分離體上畫(huà)出主動(dòng)力。 3.按約束力的畫(huà)法畫(huà)出約束力。 AFCBFABFBFAyFAx第19頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)55分，星期三 解：1.解除約束取分離體。 例1-8 圖示為活塞連桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，試畫(huà)活塞B的受力圖。 2.在分離體上畫(huà)出主動(dòng)力。 3.按約束力的畫(huà)法畫(huà)出約束力 解：1.解除約束取分離體。 2.在分離體上畫(huà)出主動(dòng)力。 3.按約束力的畫(huà)法畫(huà)出約束力BB 例1-9 圖示三角鋼架受外力F作用

17、，畫(huà)出AB的受力圖。 FFABFNABF1F2ABF1F2FBFAxFAy第20頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)55分，星期三 解：1.解除約束取分離體。 例1-10 畫(huà)圖示結(jié)構(gòu)中AB、BC桿的受力圖。 2.在分離體上畫(huà)出主動(dòng)力。 3.按約束力的畫(huà)法畫(huà)出約束力。 解：1.解除約束取分離體 2.在分離體上畫(huà)出主動(dòng)力。 3.按約束力的畫(huà)法畫(huà)出約束力。 例1-11畫(huà)圖示結(jié)構(gòu)中AB、BC桿的受力圖。 ECBDAFFBDAFFECFAFBxFByFBxFByFTFBFTBCAFFFFBACFBxFByFBxFByFAxFAyFCyFCx第21頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)55分，星期三 課堂練習(xí) 畫(huà)圖示結(jié)構(gòu)中各構(gòu)件的受力圖。 DBAFCa)ABCFb)c)BFCAABCFd)F第22頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)55分，星期三 課后作業(yè)：工程力