靜力學基本概念與受力分析(工程力學課件)

力的基本概念和公理力的基本概念剛體：在力的作用下不變形的物體，即剛體內(nèi)部任意兩點間的距離保持不變。“剛體”是不存在的，是理想化的靜力學模型但是，任何物體受力(不管力大小如何）都會發(fā)生變形。力的基本概念平衡：物體相對于地球保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)平衡是機械運動的一種特殊運動狀態(tài)。力的基本概念力：物體間相互的機械作用。使物體的運動狀態(tài)改變或形狀尺寸發(fā)生改變。外效應（運動效應）內(nèi)效應（變形效應）力的基本概念力的三要素：大小、方向和作用點力的表示：用一條有向線段表示，線段的長度表示力的大小；線段的方位和箭頭表示力的方向；線段的起點或終點表示力的作用點。力是一個矢量。圖文并茂才能將力表達清楚。力的基本概念集中力：作用于一點的力分布力：作用在面積上的力，載荷集度為q(N/m2)線分布力：作用在狹長面積或體積上，載荷集度為q(N/m)力的基本概念力系：作用在物體上的若干個力的總稱。合力與分力：若力系與一個力等效，則此力稱為該力系的合力，而力系中的每個力稱為該合力的分力，合力用FR表示。靜力學公理二力平衡公理和二力構件二力平衡條件：作用在同一剛體上的兩個力，使剛體保持平衡的充分必要條件是這兩個力大小相等，方向相反，且作用在同一條直線上（等值、反向、共線）。靜力學公理二力平衡公理和二力構件二力構件：只在兩個力作用下平衡的剛體稱為二力構件。二力桿：當構件為直桿時稱為二力桿。靜力學公理二力平衡公理和二力構件作用在二力構件上的兩個力一定沿作用點的連線方向。靜力學公理加減平衡力系公理與力的可傳性原理加減平衡力系公理：在已知力系上加上或減去一個平衡力系，并不改變原力系對剛體的外效應。20kN20kNABABFF’=F”FFFF’F”靜力學公理加減平衡力系公理與力的可傳性原理力的可傳性原理：作用于剛體上的力，可沿其作用線移到剛體內(nèi)任意一點，而不改變此力對剛體的外效應。加減平衡力系公理和力的可傳性原理僅適用于剛體，而不適用于變形體。靜力學公理加減平衡力系公理與力的可傳性原理兩個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，分別作用在兩個物體上。靜力學公理作用與反作用公理平行四邊形公理：作用在物體上同一點的兩個力，可以合成為仍作用在該點的一個合力，合力的大小和方向由此二力為鄰邊所構成的平行四邊形的對角線矢量來表示。靜力學公理平行四邊形公理與三力平衡匯交原理FR=F1+F2力的平行四邊形也可以作成力三角形靜力學公理平行四邊形公理與三力平衡匯交原理平行四邊形公理是力的合成法則，也是力的分解法則。靜力學公理平行四邊形公理與三力平衡匯交原理三力平衡匯交原理：作用于剛體上同一平面內(nèi)互不平行的三個力使其平衡的必要條件是三個力的作用線匯交于同一點。OABPCPCABOFTAFTB靜力學公理平行四邊形公理與三力平衡匯交原理三力構件：作用三個力而處于平衡的構件。三力構件三個力的作用線交于一點。若已知兩個力的作用線，可以確定另一個未知力的作用線必過前兩個力作用線的交點。應用舉例例:圖示結(jié)構，分析AB、BC桿的受力。CBAF

例1圖解：

2.對BC桿進行受力分析

3.對AB桿進行受力分析1.分離出AB、BC桿CBBAFCFBFB'FAF應用舉例例:圖示結(jié)構，分析AB、BC桿的受力。解：3.對BC桿進行受力分析2.對AB桿進行受力分析1.分離出AB、BC桿CBA例2圖FCBFABFAFBFB'FC常見約束及其力學模型基本概念主動力：促使物體產(chǎn)生運動（或運動趨勢）的力。

如重力、人力、載荷。自由體：在任何方向運動都不受限制的物體為自由體。非自由體：凡是受到周圍物體的限制（或阻礙）不能在某些方向運動的物體為非自由體。工程中結(jié)構或機械的任意零部件均為非自由體。Q基本概念約束：一個物體在運動時受到周圍物體的限制，則這些周圍的物體就被稱為該物體的約束。約束力：約束對物體的作用力稱為約束力，其方向與被限制的運動方向相反。約束力特點：方向：總是與約束所能阻礙的運動方向相反；作用點：在約束與被約束物體的接觸點；大?。河善胶鈼l件確定。

常見約束及其力學模型柔體約束由繩索、鏈條、傳動帶等柔性物體構成的約束常見約束及其力學模型柔體約束表示方法柔體對物體的約束力，作用在接觸點，方向沿著柔體背離受力物體，通常用FT表示。PFTＰFT1FT2QFT常見約束及其力學模型鏈傳動或皮帶傳動中，鏈條和皮帶也只承受拉力，當它們繞過輪子時，約束力沿輪緣的切線方向，背離輪子。柔體約束表示方法常見約束及其力學模型光滑面約束忽略掉摩擦及變形，把物體的接觸面看成是完全光滑的剛性接觸面，所形成的約束。常見約束及其力學模型光滑面約束表示方法受力特點：約束力作用在接觸點處，方向沿接觸面的公法線，并指向受力物體，通常用FN表示。當兩個物體的接觸點處有一物體無法線時，約束力沿另一物體的法線方向。BCAQFNCFNAFNB常見約束及其力學模型鉸鏈約束鉸鏈：用圓柱銷釘聯(lián)接的兩構件。常見約束及其力學模型鉸鏈約束中間鉸：銷釘只限制兩構件的相對移動，而不限制構件繞銷釘?shù)南鄬D(zhuǎn)動。常見約束及其力學模型鉸鏈約束固定鉸支座：把銷釘連接的兩構件中的一個固定起來，就成為固定鉸支座。常見約束及其力學模型鉸鏈約束固定鉸支座約束力及表示方法：常見約束及其力學模型當中間鉸和固定鉸支座約束的是二力構件時，其約束力滿足二力平衡條件，沿兩約束力作用點的連線，方向是確定的，如下圖中的BC桿。為了方便分析計算，當中間鉸或固定鉸支座約束的是三力構件時，無論其約束力是否確定，都用正交分力表示，如下圖中的AB桿。常見約束及其力學模型鉸鏈約束活動鉸支座：在固定鉸支座的下邊安裝上滾珠則成為活動鉸支座，只限制構件沿支撐面法線方向的運動常見約束及其力學模型鉸鏈約束活動鉸支座表示方法及約束力：約束力的作用線過鉸鏈中心，垂直于支撐面，一般按指向構件畫出，用符號FN表示。常見約束及其力學模型固定端約束構件的一端是固定的，既不能移動，也不能轉(zhuǎn)動。常見約束及其力學模型固定端約束固定端約束表示方法及約束力：應用舉例

例：圖示鋼架ABCD，試分析其受力。

ABFDCFAyFABDCFNDFAx步驟：（1）受力對象（2）所受外力（3）支反力

構件的受力分析構件的受力分析在求解靜力平衡問題時，必須首先分析物體的受力情況，即進行受力分析。將研究對象受到的所有主動力和約束力全部畫在分離體上，這樣的圖形稱為受力圖。

對構件進行受力分析的步驟是：(1)確定研究對象；(2)解除構件受到的約束，取出分離體(3)畫出作用于構件上的全部主動力和約束力。構件的受力分析畫受力圖應注意的問題：不要漏畫力----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，要分清研究對象（受力體）都與周圍哪些物體（施力體）相接觸，接觸處必有力，力的方向由約束類型而定。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。解除約束后，才能畫約束力?。?！應用舉例例:如圖所示，水平梁AB用斜桿CD支撐，A、C、D三處均為光滑鉸鏈連接，梁上放置一重為P2的電動機。已知梁重為P1，不計桿CD自重，分別畫出桿CD和梁AB(包括電動機)的受力圖。應用舉例解：取CD為研究對象，CD桿為二力構件，F(xiàn)C和FD兩力大小相等、作用線沿鉸鏈中心C、D的連線且方向相反，解除約束取分離體，畫出受力圖如下圖所示。取梁AB為研究對象，解除約束取分離體，畫出受力圖如下圖所示。應用舉例例:絞車通過鋼絲繩牽引重力為G的礦車沿斜面軌道勻速上升，如下圖所示。略去車輪與軌道之間的摩擦，試畫出礦車的受力圖。解：取礦車為研究對象，解除約束，取分離體圖，畫出所有主動力和約束力，如下圖所示。應用舉例例:如圖所示三鉸剛架，自重不計，A、B、C三處都是鉸鏈約束，在主動力F1和F2作用下平衡。試分別畫出AC、BC的受力圖。解：三鉸結(jié)構中的AC、BC構件均不是二力構件，因此，A、B、C三點的約束力方向都不確定，可用正交分力來表示。（1）以AC為研究對象，解除約束取分離體，畫出受力圖（2）以BC為研究對象，解除約束取分離體，畫出受力圖應用舉例例:

畫出圖示結(jié)構中AB、BC桿的受力圖。解：1.解除約束取分離體。2.在分離體上畫出主動力3.按約束力的畫法畫出約束力。BCAFF