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1、,静力学, 工程设计程序,方案设计,静力设计,设计定型,静力设计,受力分析,内力分析,应力分析,失效分析,强度设计,刚度设计,稳定设计, 工程设计程序,静力学 引 言,所谓“平衡”：是指物体相对于地球处于静止或匀速直线运动的状态，它是物体运动的一种特殊形式。,所谓力系：是指作用于物体上的一群力。,静力学：是研究物体在力系作用下的平衡规律。,一、静力学的研究内容,二、任务,静力学 引 言（续）,解决两个基本问题：,引入,刚体,力,力系,四个基本定理,1、力系的合成与简化问题；,2、建立力系的平衡条件问题。,第一章 静力学基本公理 物体的受力分析,11 静力学的基本概念 12 静力学公理 13 约
2、束与约束反力 14 物体的受力分析与受力图,1-1 静力学基本概念,一、力的概念,1、定义： 力是物体之间的相互机械作用，这种作用使物体的运动状态发生改变（外效应）或使物体产生变形（内效应）。,注意的两个问题：,2、力的效应,变形效应(内效应),运动效应(外效应),4.力的单位,3.力的三要素,大小,方向,作用点,国际单位制：牛顿(N)，千牛顿(kN),工程单位制：公斤力(kgf),1-1 静力学基本概念(续）,力 系：是指作用在物体上的一群力。 平衡力系：物体在力系作用下处于平衡，称这个力系为 平衡力系。,是指物体相对于惯性参考系保持静止或作匀速直线运动状态，它是物体运动的一种特殊形式。,二
3、.刚体,是指在力的作用下，仍保持形状和大小均不发生 改变的物体。,三.平衡,特征：刚体内部任意两点之间的距离始终保持不变。,1-2 静力学基本公理,公理1 二力平衡公理（最简单的平衡条件）,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 | F1 | = | F2 | 方向相反 F1 = F2 作用线共线,作用于同一个物体上。,说明： 对刚体来说，上面的条件是充要的,二力体（二力杆、二力构件） 只在两个力作用下平衡的物体叫二力体。,对变形体来说(或多体中),上面的条件只是必要条件,二力杆,1-2 静力学基本公理(续）,在已知力系上加上或减去任意一个平衡力系，并不改变原力
4、系对刚体的作用。 注意：它只适用于刚体，不适用于变形体。,公理2 加减平衡力系原理,1-2 静力学基本公理(续）,推论1 力的可传性原理 作用在刚体上的力可沿其作用线移至到同一刚体上的任意一点，而不改变对物体的外效应。,因此，对刚体来说，力作用的三要素为： 大小，方向，作用线,1-2 静力学基本公理(续）,公理3 力的平行四边形法则,作用于物体上同一点的两个力可合成为一个合力，此合力也作用于该点，合力的大小和方向由以原两力矢为邻边所构成的平行四边形的对角线来表示。,合力的大小和方向为：,1-2 静力学基本公理(续）,刚体受三力作用而平衡，若其中两力作用线汇交于一点，则第三力的作用线必汇交于同一
5、点，且三力的作用线共面。,推论2：三力平衡汇交定理,1-2 静力学基本公理(续）,公理4 作用力和反作用力定律,两个物体之间的相互作用的力总是大小相等、方向相反，且沿同一直线，并分别作用在两个物体上。,1. 作用力与反作用力同时出现或同时消失。 2. 不要将作用力与反作用力与二力平衡中的一对互为 平衡的力相混淆。,在应用这个定理时要注意的是：,1-2 静力学基本公理(续）,约束反力：约束给被约束物体的力叫约束反力。,1-3 约束与约束反力,非自由体：位移受到部分限制或全部限制的物体叫 非自由体。,一、基本概念,约束：限制物体某些运动的条件或阻碍物体运动的 限制物叫约束,约束存在的条件：只有在两
6、个物体相互接触或连接 的地方有约束和约束反力。,主动力：主动引起物体运动和运动趋势的力,自由体：位移不受任何限制的物体叫自由体。,大小常常是未知的； 方向总是与约束限制的物体的位移方向相反； 作用点在物体与约束相接触的那一点。,约束反力特点：,G,1-3 约束与约束反力（续）,约束反力的特点： 反力方向是过柔索的中心线，箭头指向背离受力物体，并且只能是拉力。,二、约束的基本类型和约束反力的特点,1.柔性约束,什么是柔性体？指完全不能抗拒弯曲和压力，仅能承受拉力的物体。,1-3 约束与约束反力（续）,柔绳约束,胶带约束,约束反力的特点： 过接触点，沿着接触面的公法线方向，箭头指向受力物体，仅受压
7、力。,2.光滑面约束,当物体与接触表面之间的摩擦力很小，可以忽略不计时，就认为接触面是光滑的，称光滑面约束。,1-3 约束与约束反力（续）,光滑支承面约束,光滑接触面约束,光滑接触面约束,光滑接触面约束,光滑接触面约束,铰链约束有：,3.光滑铰链约束,铰链约束通常是由圆孔和圆轴所构成的，它只限制两物体之间的相对移动，而不限制两物体之间的相对转动。具有这种特点的约束称为铰链。,日常生活中常见的有：门窗上的合页,定义,圆柱形销钉连接,固定铰支座,可动铰支座,A, 圆柱形销钉连接,固定铰支座,约束反力 特点：,固定铰支座的几种表示,活动（可动）铰支座（辊轴支座）,约束反力的特点： 相当于光滑面约束，
8、N的实际方向也可以向下,活动铰支座（辊轴支座）的几种表示,光滑圆柱铰链约束,固定铰链支座,活动铰链支座,铰链约束实例,蝶 铰,铰链约束实例,固定铰链支座,滑动轴承,圆柱滚子轴承结构,圆柱滚子轴承约束力,圆锥滚子轴承,圆锥滚子轴承,空间约束及其约束力,空间约束及其约束力,空间约束及其约束力,铁 塔,铁 架,悬 索 桥,球铰链约束实例,图片,万向节实例,汽车传动轴,图片,车 床,图片,桁架实例,图片,桁架实例,图片,桁架实例,图片,悬索桥,图片, 图片,第1章 物体的受力分析,悬 索,图片,悬 索,图片,镗 床,图片,铰链约束实例,图片,一、受力分析 无论是研究物体的平衡还是研究物体的运动规律，都
9、需要分析物体的受力情况。 1.分离体（研究对象） 2.受力分析 3.受力图 作用在物体上的力有：主动力,被动力(约束反力)。,1-4 物体的受力分析和受力图, 取研究对象； 取分离体； 画上主动力； 找接触点或连接点； 画出约束反力。,二、受力分析的步骤,解：,画约束反力时，一定要按照约束的固有性质画图，切不可主观臆断！,例1 画出图中的球和杆AB的受力分析图,例2 画出图中球O与杆AB的受力分析图,例3 画出下列各构件的受力图,例4 画出下列各构件的受力图,例5 尖点问题,应去掉约束,应去掉约束,例5 画出下列各构件的受力图,三、画受力图应注意的问题,除主动力外，只要物体相互接触，就一定存在
10、有机械作用。要分清研究对象（受力体）都与周围哪些物体（施力体）相接触，接触处必有力，力的方向由约束类型而定。,2、不要多画力,要注意力是物体之间的相互机械作用。因此对于受力体所受的每一个力，都应能明确地指出它是哪一个施力体施加的。,1、不要漏画力,约束反力的方向必须严格地按照约束的类型来画，不能单凭直观或根据主动力的方向来简单推想。在分析两物体之间的作用力与反作用力时，要注意，作用力的方向一旦确定，反作用力的方向一定要与之相反，不要把箭头方向画错。,即受力图一定要画在分离体上。,一个力，属于外力还是内力，因研究对象的不同，有可能不同。当物体系统拆开来分析时，原系统的部分内力，就成为新研究对象的
11、外力。,对于某一处的约束反力的方向一旦设定，在整体、局部或单个物体的受力图上要与之保持一致。,如图所示的三铰拱桥，由左右两拱桥铰接而成。设各拱桥的自重不计，在拱上作用有载荷F，试分别画出左拱和右拱的受力图。,F,物体的受力分析,1. 右拱 BC 的受力图。,解：,F,2. 左拱 AC 的受力图。,F,如图所示，重物重G = 20 kN,用钢丝绳挂在支架的滑轮B上，钢丝绳的另一端绕在铰车D上。杆AB与BC铰接，并以铰链A，C与墙连接。如两杆与滑轮的自重不计并忽略摩擦和滑轮的大小，试画出杆AB和BC以及滑轮B的受力图。,例 题 2,A,B,D,C,1.杆AB的受力图。,解：,2.杆BC 的受力图。,A,B,D,C,3. 滑轮B ( 不带销钉）的受力图。,4. 滑轮B ( 带销 钉）的受力图。,
