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1、工程力学 Engineering Mechanics,苏州科技学院 工程力学系,2018年10月,任课教师简介,主讲教师：范存新,电话： 0512-68787927 Email： 办公地点： 1、本部土木学院4楼 工程力学系 2、天平2教3教中间2楼 工程力学教研室,课程总学时：85（本学期讲完）,参考书： 哈尔滨工业大学编理论力学（第6版，高等教育出版社）孙训芳等编材料力学（第4版，高等教育出版社）,要求： 认真听课，记好课堂笔记 仔细研读教材和参考书 独立按时完成作业,总评成绩由以下几部分组成： 平时作业 平时测验期中考试 4. 期末考试,考试方式：闭卷,作业基本要求： 1. 应抄写原题
2、目2. 要用工具画示意图3. 每周按规定时间交作业,研究力和力系的基本性质、物体的受力分析和刚体系统的平衡条件的科学。,1、力和力系的基本性质：研究力和力系的基本概 念、基本性质、公理等。,2、物体的受力分析：分析物体（包括物体系）受 哪些力，每个力的作用位置和方向，并画出物体的 受力图。,3、刚体系统的平衡条件：建立各种力系的平衡条件，并应用这些条件解决静力学实际问题 。,第一篇 静力学,第一章 静力学基本概念和物体受力分析,1力的概念：力是物体间的相互机械作用，这种作用可以改变物体的运动状态，或使物体产生变形。,F，F,一、静力学基本概念,2刚体的概念：在力的作用下不变形的物体称为刚体，刚
3、体也可以认为是受力后，其内部任意两点间距离保持不变,3平衡的概念：指物体相对于惯性参考系静止或作匀速直线运动。,力的作用点：物体间机械作用位置的抽象化。,4.力系： 是指作用在同一物体上的一群力。,5.等效力系：作用在刚体上的力系，在用另一力系代换后，若代换前后刚体的运动状态不变，则这两个力系互为等效力系。,6.合力：如果一个力系只与一个力等效，则这个力叫该力系的合力。,使刚体平衡的充分必要条件,最简单力系的平衡条件,只在两力作用下平衡的刚体称为二力体或二力构件。,公理1 二力平衡公理 作用在刚体上的两个力，使刚体平衡的必要和充分条件是：两个力的大小相等，方向相反，作用线沿同一直线,1.2 静
4、力学公理,推理1 力的可传性 作用在刚体上某点的力，可沿其作用线移动，而不改变它对刚体的作用。,作用在刚体上的力是滑动矢量，力的三要素为 大小、方向和作用线。,公理2 加减平衡力系公理 在已知力系上加或减去任意平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用。,公理3 力的平形四边形法则 作用在物体上同一点的两个力，可合成一个合力，合力的作用点仍在该点，其大小和方向由以此两力为边构成的平行四边形的对角线确定。,推理 2 三力平衡汇交定理 当刚体受到同平面内不平行的三力作用而平衡时，三力的作用线必汇交于一点。,平衡时 必与 共线则三力必汇交O 点，且共面。,作用与反作用： “别挤”，“什么？谁挤你了？是你在
5、挤我！”,公理4 作用力与反作用力公理 两物体间的相互作用力，大小相等，方向相反，作用线沿同一直线。,柔性体（受拉力平衡）,刚化为刚体（仍平衡）,反之不一定成立，因对刚体平衡的充分必要条件，对变形体是必要的但非充分的。,刚体（受压平衡）,柔性体（受压不能平衡）,公理5 刚化原理：变形体在某一力系作用下处于平衡，如将此变形体刚化为刚体，其平衡状态保持不变。,2 约束与约束反力,约束反力：约束给被约束物体的力叫约束反力。,自由体：位移不受限制的物体叫自由体。,非自由体：位移受限制的物体叫非自由体。,约束：对非自由体的某些位移预先施加的限制条件称为约束。进一步，施加约束的周围物体称为约束,大小常常是
6、未知的； 方向总是与约束所能限制的位移方向相反； 作用点在物体与约束相接触的那一点。,特点：,工程常见的约束,1、具有光滑接触面（线、点）的约束（光滑接触约束）,光滑支承接触对非自由体的约束力，作用在接触处；方向沿接触处的公法线并指向受力物体，故称为法向约束力，用 表示。,2 、由柔软的绳索、胶带或链条等构成的约束,柔索只能受拉力，又称张力。用 表示。,柔索对物体的约束力沿着柔索背向被约束物体。,胶带对轮的约束力沿轮缘的切线方向，为拉力。,3 、光滑铰链约束（径向轴承、圆柱铰链、固定铰链支座等）,（1） 、径向轴承（向心轴承）,约束特点： 轴在轴承孔内，轴为非自由体、轴承孔为约束。,约束力：
7、当不计摩擦时，轴与孔在接触为光滑接触约束法向约束力。,约束力作用在接触处，沿径向指向轴心。,当外界载荷不同时，接触点会变，则约束力的大小与方向均有改变。,可用二个通过轴心的正交分力 表示。,光滑圆柱铰链,约束特点：由两个各穿孔的构件及圆柱销钉组成，如剪刀。,约束力：,光滑圆柱铰链：亦为孔与轴的配合问题，与轴承一样，可用两个正交分力表示。,其中有作用反作用关系,一般不必分析销钉受力，当要分析时，必须把销钉单独取出。,（iii) 固定铰链支座,约束特点：,由上面构件1或2 之一与地面或机架固定而成。,约束力：与圆柱铰链相同,以上三种约束（经向轴承、光滑圆柱铰链、固定铰链支座）其约束特性相同，均为轴
8、与孔的配合问题，都可称作光滑圆柱铰链。,4、其它类型约束,（1）、滚动支座,约束特点：,在上述固定铰支座与光滑固定平面之间装有光滑辊轴而成。,约束力：,构件受到光滑面的约束力。,(2) 、球铰链,约束特点：通过球与球壳将构件连接，构件可以绕球心任意转动，但构件与球心不能有任何移动。,约束力：当忽略摩擦时，球与球座亦是光滑约束问题。,约束力通过接触点，并指向球心，是一个不能预先确定的空间力。可用三个正交分力表示。,（3）、止推轴承,约束特点：,止推轴承比径向轴承多一个轴向的位移限制。,约束力：比径向轴承多一个轴向的约束反力，亦有三个正交分力 。,（1）光滑面约束法向约束力,（2）柔索约束张力,（
9、3）光滑铰链,球铰链空间三正交分力,止推轴承空间三正交分力,（4）滚动支座 光滑面,1-3 物体的受力分析和受力图,在受力图上应画出所有力，主动力和约束力（被动力）,画受力图步骤：,3、按约束性质画出所有约束（被动）力,1、取所要研究物体为研究对象（隔离体）画出其简图,2、画出所有主动力,例1-1,碾子重为 ，拉力为 ， 处光滑接触，画出碾子的受力图。,解：画出简图,画出主动力,画出约束力,例1-2,屋架受均布风力 （N/m），屋架重为 ，画出屋架的受力图。,解：取屋架,画出主动力,画出约束力,画出简图,例1-3,水平均质梁 重为 ，电动机重为 ，不计杆 的自重，画出杆 和梁 的受力图。图(a
10、),解： 取 杆，其为二力构件，简称二力杆，其受力图如图(b),取 梁，其受力图如图 (c),若这样画，梁 的受力图又如何改动?,杆的受力图能否画为图（d）所示？,例1-4,不计三铰拱桥的自重与摩擦，画出左、右拱 的受力图与系统整体受力图。,解： 右拱 为二力构件，其受力图如图（b）所示,取左拱AC ,其受力图如图（c）所示,系统整体受力图如图（d）所示,考虑到左拱 在三个力作用下平衡，也可按三力平衡汇交定理画出左拱 的受力图，如图（e）所示,此时整体受力图如图（f）所示,讨论：若左、右两拱都考虑自重，如何画出各受力图？,如图,（g）,（h）,（i）,例15,不计自重的梯子放在光滑水平地面上，画出梯子、梯子左右两部分与整个系统受力图。图(a),解： 绳子受力图如图（b）所示,梯子左边部分受力图如图（c）所示,梯子右边部分受力图如图（d）所示,整体受力图如图（e）所示,提问：左右两部分梯子在A处，绳子对左右两部分梯子均有力作用，为什么在整体受力图没有画出？,
