大學(xué)工程力學(xué)課件-單輝祖主編第1章

工程力學(xué)引言構(gòu)件：工程中對(duì)組成機(jī)械與結(jié)構(gòu)的零件、構(gòu)件的總稱力的概念：物體間的相互機(jī)械作用。外效應(yīng)：使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變（理論力學(xué)）內(nèi)效應(yīng)：使物體的形狀發(fā)生改變（材料力學(xué)）

變形：構(gòu)件尺寸與形狀的變化，分為兩類，一類為外力解除后可消失的變形，稱為彈性變形；一類為外力解除后不能消失的變形，稱為塑性變形或殘余變形。

工程構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度問(wèn)題大型橋梁的強(qiáng)度剛度穩(wěn)定問(wèn)題對(duì)構(gòu)件設(shè)計(jì)的要求1.具備足夠的強(qiáng)度（即抵抗破壞的能力），以保證構(gòu)件在規(guī)定的使用條件下不發(fā)生意外斷裂或顯著塑性變形。2.具備足夠的剛度（即抵抗變形的能力），以保證構(gòu)件在規(guī)定的使用條件下不產(chǎn)生過(guò)大變形。3.具備足夠的穩(wěn)定性（即保持原有平衡形式的能力），以保證構(gòu)件在規(guī)定的使用條件下不失穩(wěn)。第一篇靜力學(xué)第二篇材料力學(xué)

靜力學(xué)是學(xué)習(xí)材料力學(xué)的基礎(chǔ)，二者有助于學(xué)習(xí)土木，機(jī)械，航空，交通，成型，材料，工程，儀表，勘查等其它工程，亦可在今后工作中直接受益，解決一些簡(jiǎn)單的工程實(shí)際問(wèn)題。還對(duì)一些課程如彈性力學(xué)、有限元方法等有奠基作用

王毅恒電話/p>

（65669）郵箱：838922580@qq。com第三實(shí)驗(yàn)樓322辦公室第一篇靜力學(xué)物理：萬(wàn)物根本原理力學(xué)：力的作用下，研究物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)的規(guī)律機(jī)械運(yùn)動(dòng)：物體在空間的位置隨時(shí)間的變化，包括變形和流動(dòng)靜力學(xué)：研究物體在力系作用下的平衡問(wèn)題靜力學(xué)靜力學(xué)是研究物體的受力分析、力系的等效替換（或簡(jiǎn)化）、建立各種力系的平衡條件的科學(xué)。1、物體的受力分析：分析物體（包括物體系）受哪些力，每個(gè)力的作用位置和方向，并畫出物體的受力圖。2、力系的等效替換（或簡(jiǎn)化）：用一個(gè)簡(jiǎn)單力系等效代替一個(gè)復(fù)雜力系。3、建立各種力系的平衡條件：建立各種力系的平衡條件，并應(yīng)用這些條件解決靜力學(xué)實(shí)際問(wèn)題。靜力學(xué)第一章靜力學(xué)基本概念和物體受力分析本章重點(diǎn)、難點(diǎn)⒈重點(diǎn)力、剛體、平衡和約束等概念。靜力學(xué)公理。柔性體約束、光滑接觸面約束、光滑鉸鏈約束的特征及約束反力的畫法。單個(gè)物體及物體系的受力分析。⒉難點(diǎn)約束的概念，光滑鉸鏈約束的特征。體系的受力分析。靜力學(xué)§1-1靜力學(xué)基本概念一剛體:絕對(duì)不變形的物體，或物體內(nèi)任意兩點(diǎn)間的距離不改變的物體.(剛體靜力學(xué))二平衡：物體相對(duì)慣性參考系（如地面）靜止或作勻速直線運(yùn)動(dòng).三力:物體間的相互機(jī)械作用.

(三要素?單位?)

集中力F,分布力載荷集度q

力是矢量,力是定位矢量.

力矢是自由矢量力系:作用在物體上的一群力.(F1F2F3…Fn)靜力學(xué)平衡力系:滿足平衡條件的力系等效力系:兩個(gè)力系作用于同一物體其效應(yīng)相同力系的分類按作用線所在位置分為：平面力系空間力系按作用線相互關(guān)系分為:共線力系、平行力系、匯交力系、任意力系一個(gè)力和一個(gè)力系等效,稱這個(gè)力是這個(gè)力系的合力,而該力系中的各力是合力的分力靜力學(xué)§1-2靜力學(xué)公理公理1力的平行四邊形法則靜力學(xué)公理2二力平衡條件使剛體平衡的充分必要條件最簡(jiǎn)單力系的平衡條件合力（合力的大小與方向）(矢量和)此公理表明了最簡(jiǎn)單力系的簡(jiǎn)化規(guī)律，是復(fù)雜力系簡(jiǎn)化的基礎(chǔ)。靜力學(xué)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(dòng)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?cè)ο祵?duì)剛體的作用。推理2三力平衡匯交定理平衡時(shí)必與共線則三力必匯交O點(diǎn)，且共面。靜力學(xué)公理4作用和反作用定律作用力和反作用力總是同時(shí)存在，同時(shí)消失，等值、反向、共線，作用在相互作用的兩個(gè)物體上。在畫物體受力圖時(shí)要注意此公理的應(yīng)用。靜力學(xué)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(duì)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）靜力學(xué)約束：對(duì)非自由體的位移起限制作用的物體。約束力：約束對(duì)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(diǎn)——接觸處§1-3

約束和約束力自由體：可以在空間自由運(yùn)動(dòng)的物體。非自由體：因受到周圍物體的阻礙，限制而不能做任意運(yùn)動(dòng)的物體靜力學(xué)工程常見(jiàn)的約束1、具有光滑接觸面（線、點(diǎn)）的約束（光滑接觸約束）靜力學(xué)光滑支承接觸對(duì)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。靜力學(xué)2、由柔軟的繩索、膠帶或鏈條等構(gòu)成的約束柔索只能受拉力，又稱張力。用表示。靜力學(xué)柔索對(duì)物體的約束力沿著柔索背向被約束物體。膠帶對(duì)輪的約束力沿輪緣的切線方向，為拉力。靜力學(xué)

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(diǎn)：軸在軸承孔內(nèi)，軸為非自由體、軸承孔為約束．

約束力：當(dāng)不計(jì)摩擦?xí)r，軸與孔在接觸處為光滑接觸約束——法向約束力．約束力作用在接觸處，沿徑向指向軸心．靜力學(xué)

當(dāng)外界載荷不同時(shí)，接觸點(diǎn)會(huì)變，則約束力的大小與方向均有改變．可用二個(gè)通過(guò)軸心的正交分力表示。靜力學(xué)（2）光滑圓柱鉸鏈

約束特點(diǎn)：由兩個(gè)各穿孔的構(gòu)件及圓柱銷釘組成，如剪刀．靜力學(xué)約束力：

光滑圓柱鉸鏈：亦為孔與軸的配合問(wèn)題，與軸承一樣，可用兩個(gè)正交分力表示．其中

一般不必分析銷釘受力，當(dāng)要分析時(shí)，必須把銷釘單獨(dú)取出．靜力學(xué)（3）固定鉸鏈支座

約束特點(diǎn)：

由上面構(gòu)件1或2之一與地面或機(jī)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、固定鉸鏈支座）其約束特性相同，均為軸與孔的配合問(wèn)題，都可稱作光滑圓柱鉸鏈．靜力學(xué)4、其它類型約束（1）、滾動(dòng)支座約束特點(diǎn)：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。靜力學(xué)(2)、球鉸鏈約束特點(diǎn)：通過(guò)球與球殼將構(gòu)件連接，構(gòu)件可以繞球心任意轉(zhuǎn)動(dòng)，但構(gòu)件與球心不能有任何移動(dòng)。約束力：當(dāng)忽略摩擦?xí)r，球與球座亦是光滑約束問(wèn)題。約束力通過(guò)接觸點(diǎn)，并指向球心，是一個(gè)不能預(yù)先確定的空間力?？捎萌齻€(gè)正交分力表示。（3）、止推軸承約束特點(diǎn)：止推軸承比徑向軸承多一個(gè)軸向的位移限制。約束力：比徑向軸承多一個(gè)軸向的約束反力，亦有三個(gè)正交分力。靜力學(xué)（1）光滑面約束——法向約束力（2）柔索約束——張力（3）光滑鉸鏈——球鉸鏈——空間三正交分力止推軸承——空間三正交分力（4）滾動(dòng)支座——⊥光滑面靜力學(xué)§1-4物體的受力分析和受力圖在受力圖上應(yīng)畫出所有力，主動(dòng)力和約束力（被動(dòng)力）畫受力圖步驟：3、按約束性質(zhì)畫出所有約束（被動(dòng)）力1、取所要研究物體為研究對(duì)象（隔離體）畫出其簡(jiǎn)圖2、畫出所有主動(dòng)力靜力學(xué)例碾子重為，拉力為，處光滑接觸，畫出碾子的受力圖。解：畫出簡(jiǎn)圖畫出主動(dòng)力畫出約束力靜力學(xué)例屋架受均布風(fēng)力（N/m），屋架重為，畫出屋架的受力圖。解：取屋架畫出主動(dòng)力畫出約束力畫出簡(jiǎn)圖例水平均質(zhì)梁重為，電動(dòng)機(jī)重為，不計(jì)桿的自重，畫出桿和梁的受力圖。圖(a)解：取桿，其為二力構(gòu)件，簡(jiǎn)稱二力桿，其受力圖如圖(b)取梁，其受力圖如圖(c)若這樣畫，梁的受力圖又如何改動(dòng)?桿的受力圖能否畫為圖（d）所示？例不計(jì)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）所示取左拱AC,其受力圖如圖（c）所示系統(tǒng)整體受力圖如圖（d）所示考慮到左拱在三個(gè)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(shí)整體受力圖如圖（f）所示討論：若左、右兩拱都考慮自重，如何畫出各受力圖？如圖（g）（h）（i）例不計(jì)自重的梯子放在光滑水平地面上，畫出繩子、梯子左右兩部分與整個(gè)系統(tǒng)受力圖。圖(a)解：繩子受力圖如圖（b）所示梯子左邊部分受力圖如圖（c）所示梯子右邊部分受力圖如圖（d）所示靜力學(xué)[例]靜力學(xué)[例]畫出下列各構(gòu)件的受力圖QAOBCDE靜力學(xué)QAOBCDE靜力學(xué)[例]畫出下列各構(gòu)件的受力圖說(shuō)明：三力平衡必匯交當(dāng)三力平行時(shí)，在無(wú)限遠(yuǎn)處匯交，它是一種特殊情況。靜力學(xué)[例]

尖點(diǎn)問(wèn)題應(yīng)去掉約束應(yīng)去掉約束靜力學(xué)畫受力圖應(yīng)注意的問(wèn)題接觸處必有力，力的方向由約束類型而定。⒉不要多畫力對(duì)于受力體所受的每一個(gè)力，都應(yīng)能明確地⒈不要漏畫力除重力、電磁力外，物體之間只有通過(guò)接觸才有相互機(jī)械作用力，要分清研究對(duì)象（受力體）都與周圍哪些物體（施力體）相接觸，指出它是哪一個(gè)施力體施加的。要注意力是物體之間的相互機(jī)械作用。因此靜力學(xué)不要把箭頭方向畫錯(cuò)。⒊不要畫錯(cuò)力的方向⒋受力圖上不能再帶約束。

即受力圖一定要畫在分離體上。約束力的方向必須嚴(yán)格地按照約束的類型來(lái)畫，不能單憑直觀或根據(jù)主動(dòng)力的方向來(lái)簡(jiǎn)單推想。在分析兩物體之間的