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1、工程力学,第一章 静力学基础,工程力学概论,工程力学（或者应用力学）是将力学原理应用于有实际意义的工程系统的科学。 机械、机构、结构如何受力，如何运动，如何变形，如何破坏？ 机构可承受多大载荷，需多大尺寸，是否安全？ 工程师们需要制定合理的设计规则、规范、手册，使机械、机构、结构等按设计要求实现运动、承受载荷，控制它们不发生影响使用功能的变形，更不能发生破坏。,工程力学概论,学科分类 力学可一般地分为静力学、运动学和动力学三部分。 静力学研究力系或物体的平衡问题，不涉及物体的运动； 运动学研究物体如何运动，不讨论运动与受力的关系； 动力学则讨论力与运动的关系。,工程力学概论,根据研究的对象也可
2、分为一般力学、固体力学和流体力学三个分支。 一般力学研究力及其与运动的关系。属于一般力学范畴的有理论力学（含静力学、运动学、动力学）、分析力学、振动理论等。 固体力学研究在外力作用下，可变形固体内部各质点所产生的位移、运动、应力、应变及破坏等的规律。属于固体力学范畴的有材料力学、结构力学、弹性力学和塑性力学、复合材料力学、断裂力学等。 流体力学的研究对象是气体和液体。研究在力的作用下，流体本身的静止状态、运动状态及流体和固体间有相对运动时的相互作用和流动规律等。属于流体力学的有水力学、空气动力学、环境流体力学等。,工程力学概论,研究方法,学习方法与要求,学习方法： 积极参与教学过程，注重理解所
3、学内容 独立、认真思考，注意分析各章节学习内容之间的内在关系 侧重利用已经研究、总结出的公式与结论，解决实际问题，主动训练独立分析与解决问题的能力 认真、及时完成课外作业 充分使用学院图书资源，在学习基本内容的同时，根据自己的爱好和特长，进一步广泛深入地研究工程力学相关的其它问题,学习方法与要求,学习要求： 不可迟到、早退、旷课 上课不允许睡觉、做与本课程无关的事、说与上课无关的话 积极参与教学过程，认真完成课堂练习 按教师要求及时、独立完成课后作业 上课带教材、课堂笔记本、练习本、画图工具、计算器,学习方法与要求,用具： 作图工具(三角尺、量角器、圆规) 计算器 二个课外作业本(白纸) 课堂
4、练习用本(白纸，可单页),善于从错综复杂的自然现象、科学实验结果和工程技术实践中抓住事物的本质，提炼成力学模型，采用合理的数学工具，分析掌握自然现象的规律，进而提出解决工程技术问题的方案，最后再和观察或实验结果反复校核直到接近为止的科学研究方法。 培养科学思维和研究方法，其重要性绝不亚于获取知识本身。,第1篇 静力学,静力学研究的是物体在力系作用下的平衡规律 力系：两个以上的力 平衡：静止或保持匀速运动,第1章 静力学基础,一、基础 1、刚体与变形体 受力后不产生变形的物体刚体 受力后产生变形的物体变形体 若在分析计算时暂时忽略物体受力后的变形，即可把该研究对象“视”为刚体 静力学部分（第一篇
5、）均忽略研究对象的变形问题，即视所研究物体为刚体,第1章 静力学基础,2、刚体的运动形式 移动 定轴转动 移动定轴转动,一、基础,第1章 静力学基础,3、刚体的自由度 空间6个 平面3个,一、基础,第1章 静力学基础,4、载荷的种类及作用效应 力 力产生移动效应。单位：牛顿 N 力偶： 一对大小相等，方向相反的力组成（平行且不共线） 力偶产生转动效应。单位：牛顿米 Nm 实例分析 力矩： 一个外力作用下产生的力偶大小。单位：牛顿米 Nm,一、基础,F,1.在圆盘上作用一外力，将产生什么样的运动效应？为什么？,F,h,F,2.在矩形块上作用一外力，将产生什么样的运动效应？为什么？,第1章 静力学
6、基础,5、约束及约束力,约束力是被动力，大小方向由外力（主动力）决定 可通过约束能限制的自由度数分析约束力的类型 可用约束力代替约束（解约束）,实例：,F,一、基础,第1章 静力学基础,6、约束类型及约束力,1）固定铰接支座：,F,F,A,A,F,F,一、基础,第1章 静力学基础,2）光滑圆柱铰接：,A,C,B,C,一、基础,6、约束类型及约束力,一、基础,6、约束类型及约束力,第1章 静力学基础,3）辊轴铰链支座（活动铰链支座）：,A,垂直支承面,一、基础,一、基础,6、约束类型及约束力,第1章 静力学基础,4）光滑接触面：,一、基础,6、约束类型及约束力,光滑接触面的约束力通过接触点，方向
7、沿着接触面 在该点的公法线，指向被约束物体内部，即必为压力。,第1章 静力学基础,5）柔索：,一、基础,6、约束类型及约束力,第1章 静力学基础,6）固定端：,平面：,空间：,一、基础,6、约束类型及约束力,第1章 静力学基础,7）构件各部分之间：,平面：,解除约束后，才能画约束力！,一、基础,6、约束类型及约束力,第1章 静力学基础,例题15、7、8： 作业：第1章 3、7,一、基础,6、约束类型及约束力,第1章 静力学基础,二、载荷的移动、合成与分解,1.载荷的移动,结论： 若考虑变形，载荷不可移动,结论： 若不考虑变形，力可沿其作用线移动，移动后不改变移动区域外的受力状况，不影响平衡状态
8、。 例P22 14,第1章 静力学基础,F,二、载荷的移动、合成与分解,1.力沿其作用线移动,F,左段杆及墙体受拉力 右段杆不受力,全部杆及墙体受拉力,第1章 静力学基础,2.力平行移动,A,B,F,MFd,d,M,结论：作用在刚体上的力可向刚体上任一点平移，但必须附加一力偶，这个附加力偶的大小等于力对平移点的力矩。,反过来呢？ 一个力加一力偶，用一个等效力代替？,二、载荷的移动、合成与分解,第1章 静力学基础,3.力偶的移动,M,M,左段杆及墙体上拉下压 右段杆不受力,全部杆及墙体上拉下压,结论： 若考虑变形，力偶不可移动 若不考虑变形，力偶可在其作用面及与作用面平行的平面内移动，移动后不改
9、变移动区域外的受力状况，不影响平衡状态。,二、载荷的移动、合成与分解,第1章 静力学基础,4.力的合成与分解图解法,平行四边形法则,作用在一点上的平面力系的合成,矢量多边形法则,二、载荷的移动、合成与分解,第1章 静力学基础,4.力的合成与分解图解法,讨论1,作用在同一点的多个力的合成,(a),二、载荷的移动、合成与分解,第1章 静力学基础,4.力的合成与分解图解法,讨论2,不作用在同一点的多个力的合成（不考虑变形）,先移动，后合成,二、载荷的移动、合成与分解,第1章 静力学基础,4.力的合成与分解图解法,分解：,两分力间任意夹角,两分力间成直角,可由合力末端向分力方向作垂线，投影即是两分力,
10、根据两分力方向，作平行四边行,二、载荷的移动、合成与分解,第1章 静力学基础,4.力的合成与分解解析法,分解：,两分力间任意夹角,两分力间成直角,不能使用投影法！,利用正弦定理（不要求掌握）,二、载荷的移动、合成与分解,第1章 静力学基础,4.力的合成与分解解析法,合成：,两分力间任意夹角,先分解，再合成,两分力间成直角,二、载荷的移动、合成与分解,第1章 静力学基础,5.力偶的合成,作用在同一平面（或平行平面）内的力偶代数相加即可,二、载荷的移动、合成与分解,第1章 静力学基础,例1：将C点载荷移至B点,二、载荷的移动、合成与分解,F,A,B,C,？移动后，对哪部分、有什么影响,例2：P6
11、11,第1章 静力学基础,二、载荷的移动、合成与分解,6.空间力系的合成与分解,方法1,方法2,第1章 静力学基础,二、载荷的移动、合成与分解,6.空间力偶系的合成与分解,x,y,z,o,Fy,Fz,Fx,a,b,c,空间力偶系为矢量，遵循矢量合成与分解规则,第1章 静力学基础,二、载荷的移动、合成与分解,7.两个重要的推论,二点受力杆（二力杆）的平衡条件,二力杆：构件上只有两点受力（无力偶）,平衡条件：这两点所受的力的合力大小相等，方向相反，且作用在两点的连线上,第1章 静力学基础,二、载荷的移动、合成与分解,例P19 16 P21 18 找到二力杆并分析受力情况,第1章 静力学基础,二、载
12、荷的移动、合成与分解,7.两个重要的推论,三点受力构件（无力偶）的平衡条件,平衡条件：三点所受的力的合力必共面且汇交于一点,1-1-2 力的性质,例1：分别用平行四边形和三角形法则(矢量多边形法则)求合力,1-1-2 力的性质,(a),F,x,y,(b),F,x,y,O,例2：分别用平行四边形和三角形法则（矢量多边形法则）求力F在指定方向上的分力,O,1-1-2 力的性质,例3：用图解法求合力,(a),1-1-2 力的性质,z,x,y,Fx,Fz,Fy,O,例4：用图解法求Fx，Fy,Fz的合力,1-1-2 力的性质,例4：已知系统平衡，画出B、C两点的受力方向,1-1-2 力的性质,例5：已
13、知构件处于平衡状态，求Fc的方向,(a),(b),Fc,1-1-3 力在坐标轴上的投影,例6：用解析法求力F在坐标轴上的投影(分力),F,x,y,O,1-1-3 力在坐标轴上的投影,二次投影法,例7：求力F在坐标轴上的投影,1-1-3 力在坐标轴上的投影,例8：用解析法求合力,x,y,Fx,Fy,O,包括大小、方向和作用点,1-1-3 力在坐标轴上的投影,例9：用解析法求合力,z,x,y,Fx,Fz,Fy,O,1-1-3 力在坐标轴上的投影,例10：,重点： 载荷在刚体上才可以移动 力的合成与分解方法 二力与三力构件平衡的条件 力的合成与分解或增减平衡力系对刚体的平衡没有影响,练习题,1.力的
14、三要素是指力的（大小）、力的方向和力的作用点，它们决定了力对物体的作用效果。 2.如果将研究对象的约束解除，可以用（ 约束反力 ）等效原来的约束作用。 3.一个物体的运动受到周围物体的限制时，这些周围物体就称为（ 约束 ）。 4.力矩的大小等于力和力臂的乘积，通常规定力使物体绕矩心（顺时针方向）转动时力矩为负。,5力对物体的作用效果取决于力的（ 大小 ）、（ 方向 ）和作用点（作用线）三要素。 6力是既有大小，又有方向的（ 矢量 ），常用带有箭头的线段画出。 7作用力和反作用力是两物体间的相互作用，它们必然（ 大小相等 ）、方向相反、作用线在同一直线上 8柔性约束限制物体绳索伸长方向的运动，而
15、（ 背离 ）被约束物体，恒为拉力。 9将单独表示物体简单轮廓并在其上画有全部外力的图形称为物体的（ 受力图 ）。在受力图上只画受力，不画施力；在画多个物体组成的系统受力图时，只画（ 外力 ）力，不画内力。,10若力对某刚体的作用效果与一个力系对该刚体的作用效果相同，则称为该力系的（合力），力系中的每个力都是的分力。 11刚体是理想化的力学模型，指受力后大小和（形状）始终保持不变的物体。 12约束力的方向总是与该约束所能（限制运动）的方向相反。,13.一个物体的运动受到周围物体的限制时，这些周围物体就称为（约束）。 14.力的三要素是指力的（大小）、力的方向和力的作用点，它们决定了力对物体的作用效果。 判断题 1.力使物体运动状态发生变化的效应称为力的外效应（ ） 2.力的三要素中只有一个要素不改变，则力对物体的作用效果不变。（ ） 3.刚体是客观存在的，无论施加多大的力，它的形状和大小始终保持不变。（ ） 4.凡是处于平衡状态的物体，相对于地球都是静止的。（ ） 5.二力平衡公理、加减平衡力系公理、力的可传性原理只适用于刚体。（ ） 6.同一平面内作用线汇交于一点的三个力一定平衡。（ ） 7.两个大小相等的力对物体的作用效应是相等的。（ ） 8.在作受力图时，只要在分离体上画出所有约束反力就可以了。（ ） 9.凡阻止物体运动的一
