静力学基本概念和物体的受力分析课件.ppt

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1、第二章第二章 静力学基本概念和物体的受力分析静力学基本概念和物体的受力分析静力学的基本概念和受力分析静力学：静力学：研究物体的受力分析、力系的等效替换（或简化）、研究物体的受力分析、力系的等效替换（或简化）、建立各种力系的平衡条件的科学建立各种力系的平衡条件的科学 1 1、物体的受力分析物体的受力分析：分析物体（包括物体系）受：分析物体（包括物体系）受哪些力，每个力的作用位置和方向，并画出物体的受力哪些力，每个力的作用位置和方向，并画出物体的受力图图 2 2、力系的等效替换（或简化）力系的等效替换（或简化）：用一个简单力系等效：用一个简单力系等效代替一个复杂力系代替一个复杂力系 3 3、建立各

2、种力系的平衡条件建立各种力系的平衡条件：建立各种力系的平衡：建立各种力系的平衡条件，并应用这些条件解决静力学实际问题条件，并应用这些条件解决静力学实际问题 2-1 静力学的基本概念静力学的基本概念2静力学的基本概念和受力分析 力力：物体间相互的机械作用，作用效果使物体的机械运动状态发：物体间相互的机械作用，作用效果使物体的机械运动状态发生改变生改变 力系力系：一群力：一群力.平衡平衡：物体相对惯性参考系（如地面）静止或作匀速直线运动：物体相对惯性参考系（如地面）静止或作匀速直线运动几个基本概念几个基本概念 刚体：在力的作用下，其内部任意两点间的距离始终保持不变的刚体：在力的作用下，其内部任意两

3、点间的距离始终保持不变的物体物体.力的三力的三要素：大小、方向、作用点要素：大小、方向、作用点平面汇交（共点）力系平面汇交（共点）力系平面平行力系平面平行力系平面力偶系平面力偶系平面任意力系平面任意力系空间汇交（共点）力系空间汇交（共点）力系空间平行力系空间平行力系空间力偶系空间力偶系空间任意力系空间任意力系力是矢量力是矢量3静力学的基本概念和受力分析思考：1、说明下列式子和文字的意义和区别：、说明下列式子和文字的意义和区别：力力 等效力等效力 2、试区别、试区别 和和 两个等式代表两个等式代表 的意义。的意义。4静力学的基本概念和受力分析公理公理1 1 力的平行四边形法则力的平行四边形法则

4、作用在物体上同一点的两个力，可以合成为一个合力。作用在物体上同一点的两个力，可以合成为一个合力。合力的作用点也在该点，合力的大小和方向，由这两个力为合力的作用点也在该点，合力的大小和方向，由这两个力为边构成的平行四边形的对角线确定，如图所示。边构成的平行四边形的对角线确定，如图所示。合力合力(合力的大小与方向合力的大小与方向)()(矢量的和矢量的和)亦可用力三角形求得合力矢亦可用力三角形求得合力矢静力学公理静力学公理5静力学的基本概念和受力分析思考：试区别试区别 和和 两个等式代表两个等式代表 的意义。的意义。6静力学的基本概念和受力分析 公理公理2 2 二力平衡条件二力平衡条件 使使刚体平衡

5、的充分必要条件刚体平衡的充分必要条件最简单力系的平衡条件最简单力系的平衡条件 作用在刚体上的两个力，使刚体保持平衡的必要和充分条件是：作用在刚体上的两个力，使刚体保持平衡的必要和充分条件是：这两个力的大小相等，方向相反，且作用在同一直线上。这两个力的大小相等，方向相反，且作用在同一直线上。7静力学的基本概念和受力分析公理公理3 3 加减平衡力系原理加减平衡力系原理推理推理1 力的可传性力的可传性 作用在刚体上的力是滑动矢量，力的三要素为大小、方向和作用线作用在刚体上的力是滑动矢量，力的三要素为大小、方向和作用线 在已知力系上加上或减去任意的平衡力系，并不改变原力系对在已知力系上加上或减去任意的

6、平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用。刚体的作用。作用于刚体上某点的力，可以沿着它的作用线移到刚体内任意一作用于刚体上某点的力，可以沿着它的作用线移到刚体内任意一点，并不改变该力对刚体的作用。点，并不改变该力对刚体的作用。8静力学的基本概念和受力分析推理推理2 2 三力平衡汇交定理三力平衡汇交定理 作用于刚体上三个相互平衡的力，若其中两个力的作作用于刚体上三个相互平衡的力，若其中两个力的作用线汇交于一点，则此三力必在同一平面内，且第三个力用线汇交于一点，则此三力必在同一平面内，且第三个力的作用线通过汇交点。的作用线通过汇交点。9静力学的基本概念和受力分析公理公理4 4 作用和反作用定律作用和反

7、作用定律 作用力和反作用力总是同时存在，同时消失，等值、作用力和反作用力总是同时存在，同时消失，等值、反向、共线，作用在相互作用的两个物体上反向、共线，作用在相互作用的两个物体上 在画物体受力图时要注意此公理的应用在画物体受力图时要注意此公理的应用10静力学的基本概念和受力分析公理公理5 5 刚化原理刚化原理柔性体（受拉力平衡）柔性体（受拉力平衡）刚化为刚体（仍平衡）刚化为刚体（仍平衡）反之不一定成立反之不一定成立刚体（受压平衡）刚体（受压平衡）柔性体（受压不能平衡）柔性体（受压不能平衡）变形体变形体在某一力系作用下处于平衡，如将此变形体刚化为刚体，在某一力系作用下处于平衡，如将此变形体刚化为

8、刚体，其平衡状态保持不变其平衡状态保持不变.11静力学的基本概念和受力分析思考：思考：为什么说二力平衡条件、加减平衡力系原理和力的可为什么说二力平衡条件、加减平衡力系原理和力的可传性只能适用于刚体？传性只能适用于刚体？12静力学的基本概念和受力分析约束约束：对非自由体的位移起限制作用的物体。对非自由体的位移起限制作用的物体。约束力约束力：约束对非自由体的作用力。约束对非自由体的作用力。约约束束力力大小大小待定待定方向方向与该约束所能阻碍的位移方向相反与该约束所能阻碍的位移方向相反作用点作用点接触处接触处2-2 2-2 约束和约束力约束和约束力自由体：自由体：位移不受限制的物体。如飞行中的飞机等

9、。位移不受限制的物体。如飞行中的飞机等。非自由体：非自由体：位移受到限制的物体。如重物由钢索吊住等。位移受到限制的物体。如重物由钢索吊住等。13静力学的基本概念和受力分析工程中常见的约束工程中常见的约束1 1、具有光滑接触面（线、点）的约束（光滑接触约束）、具有光滑接触面（线、点）的约束（光滑接触约束）14静力学的基本概念和受力分析光滑接触面约束15静力学的基本概念和受力分析 光滑支承接触对非自由体的约束力，光滑支承接触对非自由体的约束力，作用在接触作用在接触处处；方向沿接触处的公法线并指向受力物体方向沿接触处的公法线并指向受力物体，故称为，故称为法向约束力，用法向约束力，用 表示表示16静力

10、学的基本概念和受力分析2 2、由柔软的绳索、胶带或链条等构成的约束、由柔软的绳索、胶带或链条等构成的约束柔柔索只能受拉力，又称张力索只能受拉力，又称张力.用用 表示表示17静力学的基本概念和受力分析柔索对物体的约束力沿着柔索背向被约束物体柔索对物体的约束力沿着柔索背向被约束物体胶带对轮的约束力沿轮缘的切线方向，为拉力胶带对轮的约束力沿轮缘的切线方向，为拉力18静力学的基本概念和受力分析 3 3、光滑铰链约束（径向轴承、圆柱铰链、固定铰链、光滑铰链约束（径向轴承、圆柱铰链、固定铰链支座等）支座等）（1 1）径向轴承（向心轴承）径向轴承（向心轴承）约束特点：约束特点：轴在轴承孔内，轴为非自由体、轴

11、在轴承孔内，轴为非自由体、轴承孔为约束轴承孔为约束 约束力约束力：当不计摩擦时，轴与孔在接触处为光滑接当不计摩擦时，轴与孔在接触处为光滑接触约束触约束法向约束力法向约束力约束力作用在接触处，沿径向约束力作用在接触处，沿径向指向轴心指向轴心19静力学的基本概念和受力分析 当外界载荷不同时，接触点会变，则约束力的当外界载荷不同时，接触点会变，则约束力的大小与方向均有改变大小与方向均有改变可用二个通过轴心的正交分力可用二个通过轴心的正交分力 表示表示20静力学的基本概念和受力分析（2 2）光滑圆柱铰链）光滑圆柱铰链 约束特点：由两个各穿孔的构件及圆柱销钉约束特点：由两个各穿孔的构件及圆柱销钉组成，如

12、剪刀组成，如剪刀21静力学的基本概念和受力分析光滑圆柱铰链约束22静力学的基本概念和受力分析约束力约束力：光滑圆柱铰链：亦为孔与轴的配合问题，与轴承一样，光滑圆柱铰链：亦为孔与轴的配合问题，与轴承一样，可用两个正交分力表示可用两个正交分力表示其中有作用反作用关系其中有作用反作用关系 一般不必分析销钉受力，当要分一般不必分析销钉受力，当要分析时，必须把销钉单独取出析时，必须把销钉单独取出23静力学的基本概念和受力分析（3 3）固定铰链支座固定铰链支座约束特点：约束特点：由上面构件由上面构件1 1或或2 2 之一与地面或机架固定而成之一与地面或机架固定而成 约束力：与圆柱铰链相同约束力：与圆柱铰链

13、相同以上三种约束（径向轴承、光滑圆柱铰链、固定铰链支座）以上三种约束（径向轴承、光滑圆柱铰链、固定铰链支座）其约束特性相同，均为轴与孔的配合问题，都可称作光滑其约束特性相同，均为轴与孔的配合问题，都可称作光滑圆柱铰链圆柱铰链24静力学的基本概念和受力分析4 4、其它类型约束、其它类型约束 （1 1）滚动支座）滚动支座 约束特点：约束特点：在上述固定铰支座与光滑固定平面之间装有光滑辊轴而成在上述固定铰支座与光滑固定平面之间装有光滑辊轴而成 约束力：构件受到垂直于光滑面的约束力约束力：构件受到垂直于光滑面的约束力25静力学的基本概念和受力分析(2)(2)球铰链球铰链 约束特点：通过球与球壳将构件连

14、接，构件可以绕球心任约束特点：通过球与球壳将构件连接，构件可以绕球心任意转动，但构件与球心不能有任何移动意转动，但构件与球心不能有任何移动 约束力约束力：当忽略摩擦时，球与球座亦是光滑约束问题：当忽略摩擦时，球与球座亦是光滑约束问题约约束力通过接触点束力通过接触点,并指向球心并指向球心,是一个不能预先确定的空间力是一个不能预先确定的空间力.可用三个正交分力表示可用三个正交分力表示 26静力学的基本概念和受力分析（3 3）止推轴承止推轴承约束特点：约束特点：止推轴承比径向轴承多一个轴止推轴承比径向轴承多一个轴向的位移限制向的位移限制约束力：比径向轴承多一个轴向的约束力，亦有三个正交约束力：比径向

15、轴承多一个轴向的约束力，亦有三个正交分力分力 27静力学的基本概念和受力分析球铰链球铰链空间三正交分力空间三正交分力止推轴承止推轴承空间三正交分力空间三正交分力（2 2）柔索约束）柔索约束张力张力（4 4）滚动支座）滚动支座 光滑面光滑面（3 3）光滑铰链）光滑铰链（1 1）光滑面约束）光滑面约束法向约束力法向约束力总结总结28静力学的基本概念和受力分析2-3 2-3 物体的受力分析和受力图物体的受力分析和受力图在受力图上应画出所有力，主动力和约束力（被动力）在受力图上应画出所有力，主动力和约束力（被动力）画受力图步骤：画受力图步骤：3 3、按约束性质画出所有约束（被动）力、按约束性质画出所有

16、约束（被动）力1 1、取所要研究物体为研究对象（分离体）、取所要研究物体为研究对象（分离体），画出其简图画出其简图2 2、画出所有主动力、画出所有主动力受力分析：受力分析：确定物体受到几个力作用，每个力的作用位置和确定物体受到几个力作用，每个力的作用位置和作用方向，这个分析过程称为物体的受力分析。作用方向，这个分析过程称为物体的受力分析。受力图：受力图：表示物体受力的简明图形。表示物体受力的简明图形。已知力已知力未知力未知力29 例例 1 1解：画出简图解：画出简图画出主动力画出主动力画出约束力画出约束力碾子重为碾子重为 ，拉力为，拉力为 ，、处光滑处光滑接触，画出碾子的受力图接触，画出碾子的

17、受力图30 例例 2 2解：取屋架解：取屋架画出主动力画出主动力画出约束力画出约束力画出简图画出简图屋架受均布风力屋架受均布风力 （N/mN/m），），屋架重为屋架重为 ，画出屋架的受，画出屋架的受力图力图31 例例 3 3解：解：取取 杆，其为二力构件，简称杆，其为二力构件，简称二力杆，其受力图如图二力杆，其受力图如图(b)(b)水平均质梁水平均质梁 重为重为 ，电动机，电动机重为重为 ，不计杆，不计杆 的自重，的自重，画出杆画出杆 和梁和梁 的受力图。的受力图。32 例例 3 3取取 梁，其受力图如图梁，其受力图如图 (c)(c)若若这样画这样画，梁梁 的受力的受力图又如何改动图又如何改动

18、?杆的受力图能否杆的受力图能否画为图（画为图（d d）所示？所示？33 例例 4 4不计三铰拱桥的自重与摩擦，不计三铰拱桥的自重与摩擦，画出左、右拱画出左、右拱 的受力图的受力图与系统整体受力图与系统整体受力图解：解：右拱右拱 为二力构件，其受力为二力构件，其受力图如图（图如图（b b）所示所示34 例例 4 4系统整体受力图如图系统整体受力图如图（d d）所示所示取左拱取左拱 ,其受力图如图其受力图如图（c c）所示所示35 例例 4 4考虑到左拱考虑到左拱 三个力作用下三个力作用下平衡，也可按三力平衡汇交定平衡，也可按三力平衡汇交定理画出左拱理画出左拱 的受力图，如的受力图，如图（图（e

19、e）所示所示此时整体受力图如图此时整体受力图如图（f f）所示所示36 例例 4 4讨论：若左、右两拱都考讨论：若左、右两拱都考虑自重，如何画出各受力虑自重，如何画出各受力图？图？如图如图（g g）（h h）（i i）37 例 5不计自重的梯子放在光滑水不计自重的梯子放在光滑水平地面上，画出梯子、梯子平地面上，画出梯子、梯子左右两部分与整个系统受力左右两部分与整个系统受力图图解：解：绳子受力图如图（绳子受力图如图（b b）所示所示38 例 5梯子左边部分受力图梯子左边部分受力图如图（如图（c c）所示所示梯子右边部分受力图梯子右边部分受力图如图（如图（d d）所示所示39 例 5整体受力图如图

20、（整体受力图如图（e e）所示所示提问：左右两部分梯子在提问：左右两部分梯子在 处，绳子对左处，绳子对左右两部分梯子均有力作用，为什么在整体右两部分梯子均有力作用，为什么在整体受力图没有画出？受力图没有画出？40静力学的基本概念和受力分析思考：思考：1、什么是二力构件？二力构件受力时与构件的形状有无关系？、什么是二力构件？二力构件受力时与构件的形状有无关系？2、分析如下受力图是否有误，如何改正？、分析如下受力图是否有误，如何改正？41静力学的基本概念和受力分析42静力学的基本概念和受力分析43静力学的基本概念和受力分析本章小结：本章小结：基本概念：力、力系、平衡、刚体；基本概念：力、力系、平衡、刚体；静力学公理：力的平行四边形公理、二力平衡公理、静力学公理：力的平行四边形公理、二力平衡公理、加减平衡力系公理、作用和反作用公理、加减平衡力系公理、作用和反作用公理、刚化公理刚化公理 约束与约束力：光滑接触约束、柔性体约束、光滑铰链约束与约束力：光滑接触约束、柔性体约束、光滑铰链 约束、其他约束约束、其他约束 物体的受力分析和受力图物体的受力分析和受力图44静力学的基本概念和受力分析本章作业：本章作业：（1）画出梁）画出梁AB的受力的受力图图。（2）试试分分别别画出整体，画出整体，BC部分和部分和AC部分的受力部分的受力图图。45