力的概念與物體的受力分析

力的概念與物體的受力分析CH.1力的概念與物體的受力分析1.1力的概念1.2靜力學公理1.3約束與約束反力1.4物體的受力分析和受力圖2光滑接觸面不要漏畫力、不要多畫力力系來代替，則這兩個力系稱為等效力系;非自由體：位移受限制的物體叫非自由體。推理1：力的可傳性原理在作用于剛體上的任意力系中，加上或去掉任何平衡力系，向相反，沿同一直線且分別作用在這兩個物體上。物體重W，用繩子掛在滑輪上。重量為G的梯子AB，放置在光滑的水平地面上并靠在鉛直墻上，在D點用一根水平繩索與墻相連。光滑接觸面的約束反力過接觸點，沿著接觸面的公法線指向被約束的物體，只能是壓力。靜力荷載(Steadyload)在作用于剛體上的任意力系中，加上或去掉任何平衡力系，Ch1力的概念與物體的受力分析可變荷載(Imposedload)將周圍物體對它的作用用力矢量的形式表示出來，得到的圖形。1.1力的概念Ch1力的概念與物體的受力分析力(Force)：物體間相互的機械作用。

力對物體作用效應1.1.1力力的大小力的方向力的作用點

力的圖示法運動效應或外效應變形效應或內效應力的國際單位：牛頓(N)或千牛頓（kN）。力的三要素1.1力的概念Ch1力的概念與物體的受力分析1.1.2力的分類主動力被動力荷載分布情況分布荷載(Uniformload)集中荷載(Concentratedload)作用時間永久荷載(Deadload)可變荷載(Imposedload)荷載性質靜力荷載(Steadyload)動力荷載(Dynamicload)約束反力1.1力的概念Ch1力的概念與物體的受力分析1.1.2力的分類分布情況分布荷載(Uniformload)：線分布、面分布、體分布。集中荷載(Concentratedload)：近似認為作用在一點。汽車通過輪胎作用在橋面上的集中力模型橋面板作用在鋼梁的分布力模型（2）桿CD為二力桿，所以首先對其進行發(fā)行。推理2：三力平衡匯交定理Ch1力的概念與物體的受力分析一剛體受共面不平行的三力作用而平衡時，此三力的作用線必匯交于一點。力系的等效替換:一個力系用與之等效的另一個力系代替的Ch1力的概念與物體的受力分析徑向軸承：允許轉軸繞軸線轉動，但限制轉軸沿垂直于軸線的力系定義：作用于同一個物體上的一組力。取桿CD為研究對象，畫出脫離體圖。力系來代替，則這兩個力系稱為等效力系;3鉸連接與鉸支座Ch1力的概念與物體的受力分析止推軸承：除徑向外，限制沿軸向移動。Ch1力的概念與物體的受力分析限制物體平面移動（不限制轉動），其約束反力是互相垂直的兩個力（本質上是一個力），指向任意假設1.1力的概念Ch1力的概念與物體的受力分析1.1.3力系力系定義：作用于同一個物體上的一組力。

力系分類平面匯交力系平面平行力系平面一般力系平面力系空間力系1.1力的概念Ch1力的概念與物體的受力分析1.1.3力系

平衡力系:若剛體在某力系作用下保持平衡，則該力系稱為平衡力系;等效力系:如果某一力系對物體產生的效應，可以用另外一個力系來代替，則這兩個力系稱為等效力系;力系的等效替換:一個力系用與之等效的另一個力系代替的過程;若一個力系可用一個力等效替換，則該力叫合力,力系中的各力叫分力。力系的簡化:一個復雜力系用一個簡單力系等效替換的過程;1.2靜力學公理Ch1力的概念與物體的受力分析1.2.1力的平行四邊形法則作用在物體上同一點的兩個力，可以合成為仍作用于該點的一個合力，合力的大小和方向由以原來的兩個力為鄰邊所構成的平行四邊形的對角線矢量來表示。當只求合力的大小和方向時，可用力的三角形法則：從A點作與F1大小相同，方向相同的矢量，過B點作與F2大小相同的矢量，既表示的合力的大小和方向。1.2.2二力平衡條件作用在同一剛體上的兩個力，使剛體平衡的必要和充分條件是：兩個力大小相等，方向相反，作用在同一條直線上。1.2靜力學公理Ch1力的概念與物體的受力分析對于剛體，這個條件是其平衡的必要和充分條件。對于變形體，該條件僅是平衡的必要條件，但不是充分條件。1.2.2二力平衡條件受二力作用而處于平衡的剛體稱為二力桿件（簡稱為二力桿）或二力構件。1.2靜力學公理Ch1力的概念與物體的受力分析由二力平衡公理可知，二力桿所受的兩個力一定等值、反向、共線。因此，這兩個力一定在兩個受力點的連線上，與桿件的形狀無關。1.2.3加減平衡力系原理在作用于剛體上的任意力系中，加上或去掉任何平衡力系，并不改變原力系對剛體的作用效果。推理1：力的可傳性原理作用于剛體上的力可沿其作用線移動到剛體內任意一點，而不會改變該力對剛體的作用效應。1.2靜力學公理Ch1力的概念與物體的受力分析作用于剛體上力的三要素變?yōu)椋毫Φ拇笮。Φ姆较?、力的作用線?？梢娮饔糜趧傮w上的力為滑動矢量。1.2.3加減平衡力系原理推理1：力的可傳性原理作用于剛體上的力,可沿其作用線移動到剛體內任意一點而不會改變該力對剛體的作用效應。1.2靜力學公理Ch1力的概念與物體的受力分析1.2.3加減平衡力系原理在作用于剛體上的任意力系中，加上或去掉任何平衡力系，并不改變原力系對剛體的作用效果。推理2：三力平衡匯交定理一剛體受共面不平行的三力作用而平衡時，此三力的作用線必匯交于一點。1.2靜力學公理Ch1力的概念與物體的受力分析1.2.4作用與反作用定律兩個相互作用物體之間的作用力與反作用力大小相等，方向相反，沿同一直線且分別作用在這兩個物體上。1.2靜力學公理Ch1力的概念與物體的受力分析等值、反向、共線、異體、且同時存在二力平衡公理VS作用力與反作用力公理1.3約束與約束反力Ch1力的概念與物體的受力分析約束反力位于約束與被約束物體的連接或接觸處，其方向必與該約束所能阻礙物體的運動方向相反。運用這個準則，可確定約束反力的方向和作用點的位置。自由體：位移不受限制的物體叫自由體。非自由體：位移受限制的物體叫非自由體。約束：對非自由體的某些位移預先施加的限制條件稱約束。（“約束”是名詞）約束反力：約束給被約束物體的力叫約束反力。1.3約束與約束反力Ch1力的概念與物體的受力分析1.3.1柔索用柔軟的皮帶、繩索、鏈條阻礙物體運動而構成的約束叫柔體約束。約束作用是將物體拉住，且柔體約束只能受拉力，不能受壓力，所以約束反力一定通過接觸點，沿著柔體中心線背離被約束物體的方向，且恒為拉力，如圖中的力。繩皮帶鏈條1.3約束與約束反力Ch1力的概念與物體的受力分析1.3.2光滑接觸面當兩物體在接觸處的摩擦力很小而略不計時，其中一個物體就是另一個物體的光滑接觸面約束。不論接觸面的形狀如何，都只能在接觸面的公法線方向上將被約束物體頂住或支撐住，所以光滑接觸面的約束反力過接觸點，沿著接觸面的公法線指向被約束的物體，只能是壓力。A公法線G

FNAAG

公切線公切線1.3約束與約束反力Ch1力的概念與物體的受力分析1.3.2光滑接觸面光滑接觸面的約束反力過接觸點，沿著接觸面的公法線指向被約束的物體，只能是壓力。固定平面齒輪的齒面固定曲面1.3約束與約束反力Ch1力的概念與物體的受力分析1.3.3鉸連接與鉸支座圓柱鉸鏈AAAXAYAA限制物體平面移動（不限制轉動），其約束反力是互相垂直的兩個力（本質上是一個力），指向任意假設1.3約束與約束反力Ch1力的概念與物體的受力分析1.3.3鉸連接與鉸支座固定鉸鏈支座鉸連接中有一個物體固定在地面或機座上作為支座。工程上將結構或構件連接在支承物上的裝置，稱為支座。1.3約束與約束反力Ch1力的概念與物體的受力分析1.3.3鉸連接與鉸支座活動鉸支座或輥軸支座構件與支座用銷釘連接，而支座可沿支承面移動，這種約束，只能約束構件沿垂直于支承面方向的移動，而不能阻止構件繞銷釘?shù)霓D動和沿支承面方向的移動。1.3約束與約束反力Ch1力的概念與物體的受力分析1.3.4鏈桿鏈桿就是兩端鉸接而中間不受力的剛性直桿，由此所形成的約束稱為鏈桿約束。這種約束只能限制物體沿鏈桿軸線方向上的移動。鏈桿可以受拉或者是受壓，但不能限制物體沿其他方向的運動和轉動，所以，鏈桿約束的約束反力沿著鏈桿的軸線，其指向假設。1.3約束與約束反力Ch1力的概念與物體的受力分析1.3.5球鉸支座空間約束1.3.6徑向軸承與止推軸承徑向軸承：允許轉軸繞軸線轉動，但限制轉軸沿垂直于軸線的任何方向移動。止推軸承：除徑向外，限制沿軸向移動。1.4受力分析和受力圖Ch1力的概念與物體的受力分析力學求解靜力平衡問題

受力分析：取脫離體畫受力圖受到哪些力？哪些是已知？哪些是未知？每個力的作用位置？方向？從周圍物體中單獨分離出來的研究對象，稱為分離體

將周圍物體對它的作用用力矢量的形式表示出來，得到的圖形。1.4受力分析和受力圖Ch1力的概念與物體的受力分析受力分析主要步驟：

①選研究對象，取分離體；②畫上主動力；③畫出約束力。柔索約束、光滑接觸面、鏈桿、可動鉸支座－－－直接畫出約束反力的方向鉸鏈、固定鉸支座－－－反力用兩個相互垂直的分力來表示

1.4受力分析和受力圖Ch1力的概念與物體的受力分析[例1]重量為G的梯子AB，放置在光滑的水平地面上并靠在鉛直墻上，在D點用一根水平繩索與墻相連。試畫出梯子的受力圖。徑向軸承：允許轉軸繞軸線轉動，但限制轉軸沿垂直于軸線的約束作用是將物體拉住，且柔體約束只能受拉力，不能受壓力，所以約束反力一定通過接觸點，沿著柔體中心線背離被約束物體的方向，且恒為拉力，如圖中的力。因此，這兩個力一定在兩個受力點的連線上，與桿件的形狀無關。Ch1力的概念與物體的受力分析可變荷載(Imposedload)并不改變原力系對剛體的作用效果。由二力平衡公理可知，二力桿所受的兩個力一定等值、反向、共線。永久荷載(Deadload)止推軸承：除徑向外，限制沿軸向移動。集中荷載(Concentratedload)自由體：位移不受限制的物體叫自由體。（2）桿CD為二力桿，取桿CD為研究對象，畫出脫離體圖。Ch1力的概念與物體的受力分析光滑接觸面的約束反力過接觸點，沿著接觸面的公法線指向被約束的物體，只能是壓力。將周圍物體對它的作用用力矢量的形式表示出來，得到的圖形。1.4受力分析和受力圖Ch1力的概念與物體的受力分析[例2]如圖所示，簡支梁AB，跨中受到集中力F作用，A端為固定鉸支座約束，B端為可動鉸支座約束。試畫出梁的受力圖。（1）取AB梁為研究對象，解除A、B兩處的約束，畫出其脫離體簡圖。

（2）在梁的中點C畫主動力F。（3）在受約束的A處和B處，根據(jù)約束類型畫出約束反力。

[例3]所示的結構由桿ABC、CD與滑輪B鉸接組成。物體重W，用繩子掛在滑輪上。設桿、滑輪及繩子的自重不計，并不考慮各處的摩擦，試分別畫出滑輪B（包括繩子）、桿CD、ABC及整個系統(tǒng)的受力圖。1.4受力分析和受力圖Ch1力的概念與物體的受力分析（1）以滑輪及繩子為研究對象，畫出脫離體圖。（2）桿CD為二力桿，取桿CD為研究對象，畫出脫離體圖。1.4受力分析和受力圖Ch1力的概念與物體的受力分析（3）以桿ABC（包括銷釘）為研究對象，畫出脫離體圖。

（4）以整個系統(tǒng)為研究對象，畫出脫離體圖。

（1）以滑輪及繩子為研究對象，畫出脫離體圖。（2）桿CD為二力桿，所以首先對