静力学的基本概念与物体受力分析.pptx
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第一章
静力学公理和物体的受力分析
目录
2
1–1静力学基本概念
3
静力学是研究物体在力系作用下平衡的科学
!!刚体是一种理想化的力学模型。
力的效应:
01
F
02
大小、方向、作用点
03
力的表示方法：
04
力的单位：
05
力是一矢量
06
牛顿(N)（kg•m/s2）
07
力的三要素：
08
力和力系
09
力
10
力系
作用于物体上的若干个力。
等效力系
合力
平衡力系
V型发动机原理图
发动机曲轴受力图为空间力系
力系简化
01
02
03
04
05
按力的作用线分布：
平面力系和空间力系；
力的分类：
按力的作用线关系：
汇交力系、平行力系和任意力系
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力系分类
平面力系
空间力系
平面特殊力系
平面任意力系（平面一般力系）
平面汇交力系
平面力偶系
空间特殊力系
空间任意力系
空间汇交力系
空间力偶系
空间平行力系
平面平行力系
物体的受力分析
力系的等效替换（简化）
建立各种力系的平衡条件
三个问题：
1
2
§1–2静力学公理
9
A
公理一力平行四边形法则
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，由这两个力为边构成的平行四边形的对角线确定。
F1
F2
FR
矢量表达式：FR=F1+F2
即，合力为原两力的矢量和。
在作用于刚体上的已知力系上，加上或去掉任意个平衡力系，不改变原力系对刚体的作用效果。
作用于刚体上的两个力，使刚体平衡的必要与充分条件是：这两个力大小相等、方向相反、沿同一条直线。
公理二二力平衡公理
公理三加减平衡力系公理
推论一力在刚体上的可传性
作用在刚体上的力可沿其作用线任意移动，而不改变该力对刚体的作用。
=
=
F
A
F2
F1
F
A
B
F1
A
B
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推论二三力汇交定理
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。
F1
F3
R1
F2
A
=
证明：
A3
F1
F2
F3
A3
A
A2
A1
1
公理四作用和反作用公理
2
两物体间相互作用的作用力和反作用力总是同时存在，大小相等，方向相反，沿同一直线，分别作用在这两个物体上。
3
公理五刚化公理
4
当变形体在已知力系作用下处于平衡时，如果把该物体变成刚体，则平衡状态保持不变。
§1–3约束和约束力
14
基本概念：
1.自由体
2.非自由体
3.约束
4.约束力
5.主动力
常见的几种类型的约束
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1、理想光滑支承面约束
反约束力作用点在接触点处，方向沿接触表面的公法线，并且指向受力物体。
光滑接触面约束实例
16
绳索对物体的约束反力，作用点在接触点，方向沿着绳索背离物体。
A
2、柔索约束：
2、柔索约束（续）：
作用点：切点；约束反力方向：沿着轮缘的切线方向
F
F’
19
3、光滑铰链约束(圆柱铰链）
A
B
N
A
B
计算简图:
约束反力:
o
Fx
Fy
光滑圆柱铰链约束实例
20
光滑圆柱铰链约束实例
21
3、光滑铰链约束(固定铰链支座）
计算简图:
A
约束反力:
A
Fx
Fy
A
A
４活动铰链支座
计算简图:
约束反力:
A
A
A
RA
RA
５球铰链
A
FAy
FAx
A
FAz
约束力作用线通过球心，主动力未知情况下大小方向不定，可用约束力的三个分量表示。
止推轴承
FBy
FBx
FBz
B
只有两个力作用下处于平衡的物体
二力构件
不是二力构件
刚体在二力作用下平衡的必要条件是：此二力等值、反向、共线。
§1–4物体的受力分析和受力图
概念
研究对象
分离体（取研究对象）
解除约束的原理：当受约束的物体在某些主动力作用下处于平衡，若将其约束去掉，代之以相应的约束反力，则物体的受力不受影响。
受力分析
受力图
(画在分离体上）
取分离体（研究对象）
画出研究对象所受的全部主动力（使物体产生运动或运
画受力图的方法与步骤：
解除约束在存在约束的地方，按约束类型逐一画出约束
动趋势的力）
二力构件-----力过两点
光滑铰链----力分两边(正交分解)
柔索约束-----力沿柔索(拉力)
理想光滑面约束----力沿公法线(压力)
活动铰链----力垂直于滚动方向
反力
在画受力图时注意：
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受力图中只画研究对象的简图和所受的全部
作用力（约束不再画出）
01
画力要有依据，不要多画，不要漏画。
02
研究对象内部各部分间的作用力称为内力,
不画。
03
刚体系的整体、部分及单个刚体的受力图中，
作用于刚体上的力的符号、方向要彼此协调。
04
例1。作图示轧路机轧轮