工程力学课件第一章.ppt

工 程 力 学 罗定职业技术学院机电工程系 黄海琴 第一篇 静力学 静力学—研究物体系统在力系作用下的平衡规律。 力系 —一群力 平衡—相对于惯性系静止或匀速直线运动。 平衡是机械运动的一种特殊情况，即物体在力的作用下在惯性参考基中处于静止状态或作匀速直线的平移运动。 静力学研究任务 静力学研究任务是解决两类问题： 一是将作用在物体上的力系进行简化，即用一个简单力系等效替换一个复杂的力系，简称为“力系的简化问题”或“力系的合成问题”。 二是建立物体在各力系作用下的平衡问题，这类问题简化为“力系平衡问题”。 静力学的研究对象 静力学研究的对象是实际物体的一些力学模型。 它们可以是质点、质点系、刚体或刚体系。 静力学研究意义 静力学是机械学的基础部分，在工程实际中有着非常广泛的应用。静力学所研究的两类问题，即力系简化和力系平衡，无论是对于研究物体的运动还是物体的变形都具有十分重要的意义。因为在研究物体的运动和变形时都需要分析力系对物体的总的作用效果。 在各种工程结构（如桥梁、房屋和水闸等）和机器的设计，都需要静力学的知识。 §1 静力学的基础知识 本章重点: 1 静力学基础 教学目的和要求： 1．理解并掌握力、力系、刚体、平衡的概念。 2．理解并掌握五个公里（二力平衡公里、加减平衡力系公 理、力的平行四边形法则、作用力和反作用力定律、刚 化原理）两个推论（力的可传性、三力平衡汇交定理）。 3．掌握力矩的概念和合力矩定理并正确的计算力矩。 4．掌握力偶和力偶矩的概念和性质。 5．掌握约束的概念，常见的几种约束特性和的表示方法。 6．掌握研究对象的，并正确的绘制物体受力图。 重难点： 重点：受力分析；难点：约束反力 §1 静力学的基础知识 §1.1 静力学的基本概念 1. 力的定义 力是物体之间的相互作用，其结果 （1）改变物体的运动状态——外效应、运动效应 （2）使物体产生变形——内效应、变形效应 §1.1 静力学的基本概念 力的三要素：可用一个有向线段来描述其方向与大小。用该有向线段的起点或终点描述其作用点。线段所在的直线称为力的作用线。 §1.1 静力学的基本概念 §1.1 静力学的基本概念 2. 刚体的概念 刚体是指在力的作用下保持其几何形状和尺寸不变的物体，即受力后其中任意两点之间的距离保持不变的物体。 刚体是理想化了的模型，在实际中不存在这样的物体。 §1.1 静力学的基本概念 3 平衡的概念 平衡是指物体相对于地面保持静止或匀速直线运动的状态。 如果物体在任意力系作用下处于平衡状态，这样的力系就称为平衡力系。 静力学研究物体的平衡问题，实际上就是研究作用于物体上的力系的平衡条件，并利用平衡条件来解决具体问题。 §1.2 静力学公理 静力学公理是有关力的一些基本性质，这些性质是人们在长期的生活和生产实践中，通过对力学现象的观察和试验再加以概括和总结而得出的，已被大量的实践所反复证明，为大家所公认，所以称为静力学公理。 §1.2 静力学公理 1. 二力平衡公理 §1.2 静力学公理 二力平衡公理揭示了作用于刚体上最简单的力系在平衡时所必须满足的条件，它是静力学中最基本的平衡条件。 工程上将只受两个力作用而处于平衡的物体称为二力体，如下图所示。机械和建筑结构中称二力体为二力构件。 §1.2 静力学公理 2 加减平衡力系公理 §1.2 静力学公理 推论1 ： 力的可传性原理 §1.2 静力学公理 举例： A点受推力F作用，在力F作用线上任取一点B，在B添加一对平衡力F1和F2，且使它们大小与F力的大小相等，再在该基础上去掉一对平衡力F和F1，显然三种情况是等效的。这相当于原来作用在A点的力 F沿作用线移到了B点，两者外效应是相等的。由力的传递性原理可知，力对刚体的作用取决于力的大小、方向和作用点三要素。 §1.2 静力学公理 3 力的平行平行四边形公理 §1.2 静力学公理 推论2 三力平衡汇交定理 §1.2 静力学公理 4 作用与反作用公理 §1.3 约束和约束反力 约束的概念 (1) 自由体与非自由体 §1.3 约束和约束反力 §1.3 约束和约束反力 再考虑图b所示的园槽中的小球，不管小球受到什么力的作用，可以预计它将只能在园槽内运动。将在空间中位置不受限制的研究对象称为自由物体(简称为自由体)；反之在空间中位置受到限制的研究对象称为非自由物体(简称为非自