第一章靜力學(xué)基本概念-受力圖課件

1、引言：引言： 靜力學(xué)是研究物體的平衡規(guī)律的科學(xué)。靜力學(xué)是研究物體的平衡規(guī)律的科學(xué)。1、物體的受力分析；、物體的受力分析；2、力系的等效替換（或簡(jiǎn)化）：用一個(gè)簡(jiǎn)單力系、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；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。平衡：物體相對(duì)慣性參考系（如地面）靜止或平衡：物體相對(duì)慣性參考系（如地面）靜止或 作勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。作勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。力：力： 物體間相互的機(jī)械作用，作用效果使物體物體間相互的機(jī)械作用，作用效果使物體的的 機(jī)械運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變。機(jī)械運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變。 力的三要素：大小、方向、作用點(diǎn)。力

2、的三要素：大小、方向、作用點(diǎn)。 力是矢量。力是矢量。力系：一群力。力系：一群力。 平衡力系平衡力系 ；等效力系；合力。；等效力系；合力。剛體：絕對(duì)不變形的物體，或物體內(nèi)任意兩點(diǎn)間剛體：絕對(duì)不變形的物體，或物體內(nèi)任意兩點(diǎn)間 的距離永不改變的物體。的距離永不改變的物體。第一章第一章 靜力學(xué)的基本概念靜力學(xué)的基本概念 受力圖受力圖1-1 力的概念力的概念1-2 剛體的概念剛體的概念F公理公理1 二力平衡條件二力平衡條件 使剛體平衡的充分必要條件使剛體平衡的充分必要條件12FF *最簡(jiǎn)單力系的平衡條件最簡(jiǎn)單力系的平衡條件1-3 靜力學(xué)公理靜力學(xué)公理(Axioms of Statics)公理公理2 加減

3、平衡力系原理加減平衡力系原理推理推理1 力的可傳性力的可傳性*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(xiàn)。大小、方向和作用線(xiàn)。公理公理3 力的平行四邊形法則力的平行四邊形法則合力合力12RFFF*是復(fù)雜力系簡(jiǎn)化的基礎(chǔ)。是復(fù)雜力系簡(jiǎn)化的基礎(chǔ)。xyFFF力沿軸的分解力沿軸的分解*匯交力系簡(jiǎn)化為一個(gè)合力。匯交力系簡(jiǎn)化為一個(gè)合力。*匯交力系平衡的幾何條件是力多邊形自行封閉。匯交力系平衡的幾何條件是力多邊形自行封閉。推理推理 2 三力平衡匯交定理三力平衡匯交定理平衡時(shí)平衡時(shí) 必與必與 共線(xiàn)則三力必匯交共線(xiàn)則三力必匯交O 點(diǎn)，且共面。點(diǎn)，且共面。3

4、F12F公理公理4 作用和反作用定律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、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(xiàn)，作用在相互作用的兩個(gè)物體上。反向、共線(xiàn)，作用在相互作用的兩個(gè)物體上。*在畫(huà)物體受力圖時(shí)要注意此公理的應(yīng)用。在畫(huà)物體受力圖時(shí)要注意此公理的應(yīng)用。公理公理5 剛化原理剛化原理柔性體（受拉力平衡）柔性體（受拉力平衡）剛化為剛體（仍平衡）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。要條件，對(duì)變形體是必要的但非充分的。剛體（受壓平衡）剛體（受壓平衡）柔性體（受壓不能

5、平衡）柔性體（受壓不能平衡）約束：對(duì)非自由體的位移起限制作用的物體。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：約束對(duì)非自由體的作用力。約束力約束力大小大小待定待定方向方向與該約束所能阻礙的位移方向相反與該約束所能阻礙的位移方向相反作用點(diǎn)作用點(diǎn)接觸處接觸處1-4 約束約束 (constraint）與約束反力與約束反力1 、柔性體約束。、柔性體約束。柔索只能受拉力，又稱(chēng)張力。用柔索只能受拉力，又稱(chēng)張力。用 表示。表示。TF工程中常見(jiàn)約束的基本類(lèi)型工程中常見(jiàn)約束的基本類(lèi)型(Typical Constraint Mode)如由柔軟的繩索、膠帶或鏈條等構(gòu)成的約束。如

6、由柔軟的繩索、膠帶或鏈條等構(gòu)成的約束。柔索對(duì)物體的約束力沿著柔索背向被約束物體。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(xiàn)方向，為拉力。膠帶對(duì)輪的約束力沿輪緣的切線(xiàn)方向，為拉力。彈性基礎(chǔ)多種模型：如文克爾FA=-kwAFB=-kwBAFBF柔性關(guān)節(jié)其它約束：根據(jù)約束對(duì)位移的限制特性及力系簡(jiǎn)化 原理，確定約束力。12M = k ()2、光滑面約束、光滑面約束光滑支承接觸對(duì)非自由體的約束力，作用在接觸光滑支承接觸對(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(xiàn)并指向受力物體，故處；方向沿接觸處的公法線(xiàn)并指向受力物體，故稱(chēng)為法向約束力，用稱(chēng)為法向約束力，用 表示。表

7、示。NF火車(chē)輪軸火車(chē)輪軸特例：方位： 公法線(xiàn)指向： 壓物體：尖點(diǎn)接觸：雙面約束方位： 垂直于接觸面指向： 假設(shè)NBF (1) 光滑圓柱鉸鏈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(xiāo)釘組成，約束特點(diǎn)：由兩個(gè)各穿孔的構(gòu)件及圓柱銷(xiāo)釘組成，如剪刀。如剪刀。3 、光滑鉸鏈約束、光滑鉸鏈約束反力未知時(shí)，可用二個(gè)通過(guò)軸心的正交分力反力未知時(shí)，可用二個(gè)通過(guò)軸心的正交分力 表示表示,xyF F（2) 固定鉸鏈支座固定鉸鏈支座約束力：與圓柱鉸鏈相同。約束力：與圓柱鉸鏈相同。（3）滾動(dòng)支座（輥軸支座，可動(dòng)鉸支座）滾動(dòng)支座（輥軸支座，可動(dòng)鉸支座）約束特點(diǎn)：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在上

8、述固定鉸支座與光滑固定平面之間裝有光滑輥軸而成。輥軸而成。約束力：約束力：構(gòu)件受到構(gòu)件受到光滑面的約束力。光滑面的約束力。固定鉸支座固定鉸支座可動(dòng)鉸支座可動(dòng)鉸支座（1） 徑向軸承（向心軸承）徑向軸承（向心軸承）約束特點(diǎn)：約束特點(diǎn)： 為孔與軸的配合問(wèn)題，與光滑圓柱為孔與軸的配合問(wèn)題，與光滑圓柱 鉸鏈一鉸鏈一 樣，可用兩個(gè)通過(guò)軸心的正交分力表示。樣，可用兩個(gè)通過(guò)軸心的正交分力表示。4、軸承、軸承以上三種約束（經(jīng)向軸承、光滑圓柱鉸鏈、固定以上三種約束（經(jīng)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(chēng)作光滑圓柱鉸鏈。問(wèn)題，都可

9、稱(chēng)作光滑圓柱鉸鏈。齒輪傳動(dòng)軸齒輪傳動(dòng)軸約束特點(diǎn)：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。止推軸承比徑向軸承多一個(gè)軸向的位移限制。約束力：比徑向軸承多一約束力：比徑向軸承多一個(gè)軸向的約束反力。個(gè)軸向的約束反力。 止推軸承止推軸承支座支座螺栓連接螺栓連接鉚釘連接鉚釘連接銷(xiāo)軸連接銷(xiāo)軸連接起重機(jī)大梁起重機(jī)大梁吊車(chē)大梁簡(jiǎn)化吊車(chē)大梁簡(jiǎn)化均勻分布載荷均勻分布載荷簡(jiǎn)稱(chēng)簡(jiǎn)稱(chēng)均布載荷均布載荷火車(chē)輪軸簡(jiǎn)化火車(chē)輪軸簡(jiǎn)化F畫(huà)受力圖步驟：畫(huà)受力圖步驟：3、按約束性質(zhì)畫(huà)出所有約束力、按約束性質(zhì)畫(huà)出所有約束力 注意接觸點(diǎn)；注意接觸點(diǎn)； 注意系統(tǒng)內(nèi)外力關(guān)系，圖中不畫(huà)出內(nèi)力；注意系統(tǒng)內(nèi)外力關(guān)系，圖中不畫(huà)出內(nèi)力； 注意作

10、用反作用關(guān)系；注意作用反作用關(guān)系； 鉸鏈處作用的集中力與構(gòu)件無(wú)關(guān)，作用在銷(xiāo)釘上鉸鏈處作用的集中力與構(gòu)件無(wú)關(guān)，作用在銷(xiāo)釘上1、取研究對(duì)象（隔離體）畫(huà)出其簡(jiǎn)圖、取研究對(duì)象（隔離體）畫(huà)出其簡(jiǎn)圖2、畫(huà)出所有主動(dòng)力、畫(huà)出所有主動(dòng)力1-5 物體的受力分析物體的受力分析 受力圖受力圖 (Force Analysis of body and Free body Diagram)例例: :碾子重為碾子重為 ，拉力為，拉力為 ， 處光處光滑接觸，畫(huà)出碾子的受力圖?；佑|，畫(huà)出碾子的受力圖。FPBA,解：畫(huà)出簡(jiǎn)圖解：畫(huà)出簡(jiǎn)圖畫(huà)出主動(dòng)力畫(huà)出主動(dòng)力畫(huà)出約束力畫(huà)出約束力例例: 屋架受均布風(fēng)力屋架受均布風(fēng)力 （N/m），）

11、，屋架重為屋架重為 ，畫(huà)出屋架的受，畫(huà)出屋架的受力圖。力圖。qP解：取屋架解：取屋架畫(huà)出主動(dòng)力畫(huà)出主動(dòng)力畫(huà)出約束力畫(huà)出約束力畫(huà)出簡(jiǎn)圖畫(huà)出簡(jiǎn)圖例例:水平均質(zhì)梁水平均質(zhì)梁 重為重為 ，電動(dòng)，電動(dòng)機(jī)重為機(jī)重為 ，不計(jì)桿，不計(jì)桿 的自的自重，畫(huà)出桿重，畫(huà)出桿 和梁和梁 的受的受力圖。圖力圖。圖(a)2PABCDCDAB1P解：解：取取 桿，其為二力構(gòu)件，簡(jiǎn)桿，其為二力構(gòu)件，簡(jiǎn)稱(chēng)二力桿，其受力圖如圖稱(chēng)二力桿，其受力圖如圖(b)CD取取 梁，其受力圖如圖梁，其受力圖如圖 (c)AB若這樣畫(huà)，梁若這樣畫(huà)，梁 的受的受力圖又如何改動(dòng)力圖又如何改動(dòng)? 桿的受力圖能否桿的受力圖能否畫(huà)為圖（畫(huà)為圖（d）所示？）所示

12、？CD例例: :不計(jì)三鉸拱橋的自重與摩不計(jì)三鉸拱橋的自重與摩擦，畫(huà)出左、右拱擦，畫(huà)出左、右拱 的受力圖與系統(tǒng)整體受力的受力圖與系統(tǒng)整體受力圖。圖。CBAB,解：解：右拱右拱 為二力構(gòu)件，其受為二力構(gòu)件，其受力圖如圖（力圖如圖（b）所示）所示CB取左拱取左拱AC ,其受力圖其受力圖如圖（如圖（c）所示）所示系統(tǒng)整體受力圖如系統(tǒng)整體受力圖如圖（圖（d）所示）所示考慮到左拱考慮到左拱 在三個(gè)力在三個(gè)力作用下平衡，也可按三力作用下平衡，也可按三力平衡匯交定理畫(huà)出左拱平衡匯交定理畫(huà)出左拱 的受力圖，如圖（的受力圖，如圖（e）所）所示示ACAC此時(shí)整體受力圖如圖此時(shí)整體受力圖如圖（f）所示）所示討論：若左

13、、右兩拱都討論：若左、右兩拱都考慮自重，如何畫(huà)出各考慮自重，如何畫(huà)出各受力圖？受力圖？如圖如圖（g） （h） （i）例例: :不計(jì)自重的梯子放在光不計(jì)自重的梯子放在光滑水平地面上，畫(huà)出梯滑水平地面上，畫(huà)出梯子、梯子左右兩部分與子、梯子左右兩部分與整個(gè)系統(tǒng)受力圖。圖整個(gè)系統(tǒng)受力圖。圖(a)解：解：繩子受力圖如圖（繩子受力圖如圖（b）所示）所示梯子左邊部分受力梯子左邊部分受力圖如圖（圖如圖（c）所示）所示梯子右邊部分受力梯子右邊部分受力圖如圖（圖如圖（d）所示）所示整體受力圖如圖（整體受力圖如圖（e e）所示）所示提問(wèn)：左右兩部分梯子在提問(wèn)：左右兩部分梯子在A處，繩子對(duì)左右兩部分處，繩子對(duì)左右兩部

14、分梯子均有力作用，為什么在整體受力圖沒(méi)有畫(huà)出？梯子均有力作用，為什么在整體受力圖沒(méi)有畫(huà)出？例例 : :已知：已知：P P=10kN ,=10kN ,a a , ,桿，輪重不計(jì)；桿，輪重不計(jì)；畫(huà)出各構(gòu)件受力圖。畫(huà)出各構(gòu)件受力圖。解：解：取整體，受力圖能否這樣畫(huà)？取整體，受力圖能否這樣畫(huà)？取整體，畫(huà)受力圖。取整體，畫(huà)受力圖。取取BDCBDC 桿（不帶輪）桿（不帶輪）取取ABEABE（帶著輪）（帶著輪）取取ABE ABE 桿（不帶輪）桿（不帶輪）取取BDC BDC 桿（帶著輪）桿（帶著輪）例例: :已知：已知：P , , a , ,各桿重不計(jì)；各桿重不計(jì)；畫(huà)出各構(gòu)件的受力圖。畫(huà)出各構(gòu)件的受力圖。解：解：取整體，畫(huà)受力圖取整體，畫(huà)受力圖取取ADB ADB 桿，畫(huà)受力圖桿，畫(huà)