《靜力學(xué)的基本概念》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《靜力學(xué)的基本概念（42頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,第一章 靜力學(xué)的基本概念,重 點,力、力系的概念,難 點,力系的分類,1.1,力和平衡的概念,一、力的定義,定義,物體與物體之間的相互作用,作用效應(yīng),：,外效應(yīng),使物體宏觀的運動狀態(tài)發(fā)生改變。（運動效應(yīng)）,內(nèi)效應(yīng),使物體的形狀和大小發(fā)生變化。（變形效應(yīng)）,三要素,大小、方向、作用點。,方向?qū)嶋H上指的是力的作用線在空間的指向與方位。,力的圖示法,二、力系,定義,作用在物體上的一群力,按力的作用線分布：平面力系和空間力系；,按力的作用線關(guān)系：匯交力系、平行力系和任意力系。力偶系,.,三、靜力學(xué)的研究對象,平衡,

2、構(gòu)件相對于地面處于,靜止,或作勻速直線運動的狀態(tài)稱為,平衡,。,1,、基本概念,剛體,指物體在力的作用下，形狀和大小都不發(fā)生改變，且內(nèi)部任意兩點之間的距離始終保持不變。,本課程,第一、二、三章,所研究的物體都視為剛體（與剛體相對應(yīng)的是變形體，當(dāng)變形對于研究物體平衡或運動規(guī)律不能忽略時，物體稱為,變形體,）。,2,、靜力學(xué)研究的問題,（,1,）物體的受力分析,分析某個物體共受幾個力，以及每個力的作用位置和方向。,（,2,）力系的等效替換,(,或簡化,),將作用在物體上的一個力系用另一個與它等效的力系來代替，這兩個力系互為等效力系。如果用一個簡單力系等效地替換一個復(fù)雜力系，則稱為力系的簡化。如果某

3、力系與一個力等效，則此力稱為該力系的合力，而該力系的各力稱為此力的分力。,（,3,）建立各種力系的平衡條件,1.2,靜力學(xué)基本公理,重 點,難 點,靜力學(xué)基本公理的應(yīng)用,靜力學(xué)基本公理,公理,1,力的平行四邊形法則,力的三角形法則,作用在物體上同一點的兩個力，可以合成為一個合力。合力的作用點也在該點，合力的大小和方向，由這兩個力為邊構(gòu)成的,平行四邊形的對角線確定,公理,2,力平衡公理,作用在剛體上的兩個力，使剛體保持平衡的必要和充分條件是：這兩個力的大小相等，方向相反，且作用在同一條直線上,。,僅在兩點受力作用并處于平衡的構(gòu)件稱為二力構(gòu)件，簡稱為二力桿。二力桿所受的二力必沿此二力作用點的連線，

4、且等值、反向，如圖所示。,內(nèi)容,在作用于剛體上的任意力系中，加上或去掉一個平衡力系，本不改變原力系對剛體的作用效果。,推論,1,力的可傳遞性原理,作用于剛體上某點的力，可以沿著它的作用線移到剛體內(nèi)任意一點，并不改變該力對剛體的作用。,公理,3,加減平衡力系,推理,2,三力平衡匯交定理,作用于剛體上三個相互平衡的力，若其中兩個力的作用線匯交于一點，則此三力必在同一平面內(nèi)，且第三個力的作用線通過匯交點。,公理,4,作用力和反作力公理,作用力與反作用力總是同時存在，兩力的大小相等、方向相反，沿同一直線，分別作用在兩個相互作用的物體上。,它是受力分析必需遵循的原則,公理,5,剛化原理,變形體在某一力系

5、作用下處于平衡，如將此變形體剛化為剛體，,其平衡狀態(tài)保持不變。,注意：剛體的平衡條件是變形體平衡的必要條件，而非充分條件。,重 點,1,、約束及約束反力的概念,2,、常見的幾種約束反力的畫法。,難 點,約束反力畫法的靈活應(yīng)用,1.3,約束與約束反力的概念,一、,約束和約束反力的概念,自由體（如：空中漂浮物）,工程中的物體 非自由體（如：基礎(chǔ)、墻。梁等）,約束,限制,(,阻礙,),非自由體運動（運動趨勢）的物體,稱為約束物體，簡稱約束,約束反力,約束施加在被約束體上的力：,是,被動力,，大小取決于作用于物體的主動力。,作用,位置,在約束與被約束物體的接觸面上。,方向,與約束所能限制的物體運動方向

6、,相反,。,W,F,T,被約束體,上的力,使被約束體運動,(,運動趨勢,),的力,主動力（自重或,傳遞的荷載）,限制被約束體運動的力,約束反力,1,、光滑面約束,當(dāng)物體在接觸處的摩擦力很小而略去不計,時，就構(gòu)成了光滑接觸面約束,。,光滑面約束反力體現(xiàn)為對被約束體所施加的壓力，壓力,的方向沿接觸面的公法線方向（也叫接觸面的法向壓力）,用,F,N,或,N,表示,.,二、常見約束類型及其約束反力的畫法,W,0,G,光滑約束（接觸面法向壓力）,G,1,G,2,2,、柔體約束,由柔軟的不計自重的物體構(gòu)成的約束,3,、光滑圓柱形鉸鏈約束,當(dāng)圓柱形鉸鏈的約束反力方向無法確定時，用其正交分量,F,CX,、,F

7、,CY,表示，當(dāng)圓柱形鉸鏈連接的是二力桿時，其反力方向是可以確定的，如鏈桿約束,4,、固定鉸支座,將結(jié)構(gòu)物和構(gòu)件連接在墻、柱、基礎(chǔ)等支承物上的裝置稱為支座。用光滑圓柱鉸鏈把結(jié)構(gòu)物或構(gòu)件與支承底板連接，并將底板固定在支承物上而構(gòu)成的支座，稱為固定鉸支座。,分力,和,的指向可任意假定。,5,可動鉸支座,在固定鉸支座底板與支承面之間安裝若干個輥軸，就構(gòu)成了可動鉸支座，又稱輥軸支座，,在橋梁、屋架等結(jié)構(gòu)中常用采用可動鉸支座，以保證在溫度變化等因素作用下，結(jié)構(gòu)沿其跨度方向能自由伸縮，不致引起結(jié)構(gòu)的破壞。,6,鏈桿約束,兩端各以鉸鏈與物體連接且中間不受力（自重忽略不計）的剛性直桿稱為鏈桿。,這種約束反力只

8、能限制物體沿鏈桿兩端鉸鏈中心的連線方向的運動，而不限制其他方向的運動。因此，鏈桿對物體的約束反力為沿著鏈桿兩端鉸鏈中心連線，其指向或背離物體（拉力），指向或向離物體（壓力）。,7,固定端約束,固定端約束也是工程結(jié)構(gòu)中常見的一種約束。如圖,a,所示當(dāng)鋼筋混凝土柱與基礎(chǔ)整體澆注時，基礎(chǔ)對柱的約束以及圖,b,所示雨蓬梁對雨蓬板的約束都屬于固定端約束，,c,為其結(jié)構(gòu)簡圖。,這種約束的特點是：在連接處具有很大的剛性，被約束物體在該處完全被固定，即不允許被約束物體在連接處發(fā)生任何相對移動和轉(zhuǎn)動。,a,b,c,d,1.4,物體的受力分析與受力圖,教學(xué)目標(biāo),：,1,、掌握脫離體和受力圖的概念；,2,、掌握畫受

9、力圖的步驟及方法,3,、會畫單個物體的受力圖,重 點,1,、畫受力圖的步驟及方法,2,、單個物體受力圖的畫法。,難 點,約束類型的判斷及約束反力的正確畫法,一、概念,解決力學(xué)問題時，首先要選定需要進(jìn)行研究的物體，即,確定研究對象,；然后考查和分析它的受力情況，這個過程稱為進(jìn)行,受力分析,。,分離體,把研究對象解除約束，從周圍物體中分離出來，畫出簡圖。,受力圖,將分離體所受的主動力和約束反力以力圖示法表示在分離體上所得到的圖形。,受力分析的步驟,1,、確定研究對象，取分離體；,2,、先畫主動力，明確研究對象所受周圍的約束，進(jìn)一步明確約束類型，什么約束畫什么約束反力。,3,、必要時需用二力平衡共線

10、、三力平衡匯交等條件確定某些反力的指向或作用線的方位,。,注意：（,1,）受力圖只畫研究對象的簡圖和所受的全部力；,（,2,）每畫一力都要有依據(jù)，不多不漏；,（,3,）不要畫錯力的方向，反力要和約束性質(zhì)相符，物體間的相互約束力要符合作用與反作用公理。,二、例題,【,例,1-1,】,用力,拉動碾子以壓平路面，重為,的碾子受到一石塊的阻礙，如圖,1-12,(a),所示。不計摩擦。試畫出碾子的受力圖。,【,解,】(1),選取研究對象，畫分離體圖。,(2),畫出作用在分離體上的全部主動力。,(3),在去掉了約束的地方代之以相應(yīng)的約束反力。,【,例,1-2】,如圖,1-13(a),所示簡支梁（梁除分別在

11、兩端有固定鉸支座和可動鉸支座外不再有其他約束的梁就是簡支梁）,AB,上作用有線均布荷載,q,(N/m),和在梁的,C,點處作用有集中力。試畫出梁,AB,的受力圖（不計梁,AB,的自重）。,【,例,1-3】,如圖,1-14(a),所示的三鉸拱橋，由左、右兩拱鉸接而成。不計自重及摩擦，在拱,AC,上作用有荷載,F,。,試分別畫出拱,AC,、,拱,CB,、,鉸,C,和三鉸拱,ABC,整體的受力圖,由二力平衡條件可知，,和,大小相等，方向相反，且作用在同一條直線上，如圖,1-14(b),所,示,注意：由二力平衡條件可知，,F,B,和,F,C,大小相等，方向相反，且作用,在同一條直線上，如圖,b,所示,

12、1.5,結(jié)構(gòu)分類、結(jié)構(gòu)的計算簡圖、荷載及其簡化,一,結(jié)構(gòu)的分類,按幾何特點,桿系結(jié)構(gòu),這類結(jié)構(gòu)由桿件組成，桿件的特征是其長度,遠(yuǎn)大于其橫截面上其他兩個尺度,板和殼類,這類結(jié)構(gòu)的特征是長、寬兩個方向的尺寸遠(yuǎn)大于厚度,實體結(jié)構(gòu),該類結(jié)構(gòu)三個方向的尺度具有相同的量級,二力學(xué)計算簡圖,1,、定義,在對結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的受力和約束經(jīng)過簡化后得到的、用于力學(xué)或工程分析與計算的圖形，稱為力學(xué)計算簡圖或計算簡圖。,2,、確定力學(xué)計算簡圖的原則,盡可能符合實際。盡可能簡單,桿件的軸線代表桿件，根據(jù)結(jié)構(gòu)和約束裝置的主要特征選用對應(yīng)的支座；根據(jù)桿件聯(lián)結(jié)處結(jié)構(gòu)的受力特征和構(gòu)造特點選用對應(yīng)的結(jié)點。,3,、桿件的結(jié)點,鉸結(jié)點,

13、用圓柱鉸鏈將桿件聯(lián)接在一起，各桿件可圍繞其作相對轉(zhuǎn)動，但不能移動，如圖,1-17,所示。,剛結(jié)點,桿件在聯(lián)結(jié)處是剛性聯(lián)接的，匯交于剛結(jié)點處的各桿件之間不發(fā)生相對轉(zhuǎn)動,(,保持夾角不變,),與相對移動,鉸結(jié)點,剛結(jié)點,三荷載及其簡化,主動力、約束反力,主動力：使物體運動或有運動趨勢的力,約束反力：周圍物體限制物體運動的力,外力,集中力、分布力,對于作用范圍不能忽視的力,(,荷載,),，稱為,分布力,(,荷載,),如果力集中作用于一點，這種力稱為,集中力,或,集中荷載,集中力,分布力,分布在物體的表面上，如樓板上的荷載,(,圖,1-19(a),、水壩上的水壓力等，稱為,面荷載,。,如果力,(,荷載

14、,),分布在一個狹長范圍內(nèi)而且相互平行，則可以把它簡化為沿狹長面的中心線分布的力,(,荷載,),，如分布在梁上的荷載,線分布力,或,線荷載,直接接觸的物體，通過接觸表面的相互作用。,如物體間壓力等。表面力分布作用在接觸面上。,表面力,非直接接觸物體間的相互作用。,如物體重力、慣性力、電場力、磁場力等。,體積力分布作用在物體整個體積內(nèi)，與質(zhì)量有關(guān)。,體積力,體集度、面集度,、,線集度,單位體積上所受的力，稱為,體集度,單位面積上所受的力，稱為,面集度,，,單位長度上所受的力，稱為,線集度,，,通常用,表示，單位為,通常用,p,表示，單位為,或,或,通常用,q,表示，單位為,【,例,1-4,】,求圖中均布荷載對,A,點和,B,點的矩。,【,解,】(1),求均布荷載的合力,，,有,（,2,）按均布荷載的合力,分別計算對,A,、,B,點的矩，有,