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1、1,第一节 静力学基础,研究物体的受力和平衡规律,静力学：不考虑力对物体运动的影响,主要研究：,刚体,2,一、刚体,定义：受力作用后不变形的物体。,刚体内部任意两点间的距离恒定不变理想模型,静力学中，研究的物体仅限刚体，故静力学又称刚体力学，它是研究变形体力学的基础。,静力学主要研究的是刚体在力作用下的平衡问题。,3,二、力与力系,力是物体间相互的机械作用，这种作用可以使物体的机械运动状态发生变化。如改变物体运动速度的大小或方向，这种效应称为力的外效应（运动效应），这是静力学、动力学和运动学研究的内容。,4,机械运动不仅是指物体在空间的位置随时间的变化，还包括变形和流动，使物体的形状发生改变，
2、如使梁弯曲、使弹簧伸长，这种效应称为力的内效应（变形效应）。 力对物体作用产生的这两种效应是同时出现的，这是材料力学研究的内容。,5,相关概念（自学）,力系、平面力系、空间力系、汇交力系 平行力系、一般力系、平衡力系、等效力系平衡力、合力、分力、力系的简化、分布力、载荷集度、力的三要素,6,三、 约束与约束反力,自由体：不受任何限制，可以在空间自由运动，获得任意方向位移的物体； 非自由体/受约束体：因受到一定限制而在空间沿某些方向的运动成为不可能的物体。,7,限制物体运动的其他物体称为约束。约束是以物体间相互接触的方式构成的，构成约束的周围物体称为约束体，有时也称为约束。 约束与非自由体接触相
3、互产生了作用力，约束对该物体的作用力，称为约束力。约束力的方向总是与该约束所限制的非自由体的位移方向相反。作用于非自由体上的约束力以外的力统称为主动力，工程上常称为载荷，如重力、推力等。,载荷：作用于构件上的外力。,8,9,约束的基本类型,1柔性约束工程中的绳索、皮带、链条等都可以简化为柔软的绳索，简称柔索。 柔索约束的特点：只能承受拉力 拉力作用点：在接触点或假想截面处 力的方向：总是沿着绳子的方向背离物体,10,2面约束,忽略接触面间的摩擦，视为理想光滑。 特点：提供压力 作用点：在接触处 力的方向：沿着接触处的公法线方向而指向被支撑物体,11,3铰链约束,12,圆柱形铰链是联接两个构件的
4、圆柱形零件，通常称为销钉。二者都可绕圆柱形零件自由转动，光滑圆柱体对所连接的构件形成约束。 对这类约束我们如果忽略磨擦和圆柱销钉与构件上圆柱孔的间隙，约束的特点：是限制物体的任意径向移动，不能限制物体绕圆柱销钉轴线的转动和沿圆柱销钉轴线的移动。,13,（1）固定铰链支座,用光滑圆柱销钉把结构物或杆件与底座联接，并把底座固定在支承物上（地面或者机架）。 轴线转动而不能发生垂直于铰轴的任何移动。,14,（2）活动铰链支座,结构物或构件的支座用几个辊轴（滚柱）支承在光滑的支座面上，就成为辊轴支座，亦称为活动铰链支座。 特点：只能限制物体与圆柱铰联接处沿垂直于支承面的方向运动，而不能阻止物体沿光滑支承
5、面切向的运动。,15,（3）中间铰链约束,16,17,（4）球铰链,18,19,20,4、固定端约束,特点：构件的受约束端既不能向任一方向移动，也不能转动,21,四、力矩和力偶,力对刚体的作用效应有两种： 一个是如果力的作用线通过刚体的质心，将使刚体在力作用的方向上平移。 另一个是如果力的作用线不通过刚体的质心，则刚体将在力的作用下边移动边转动。,22,作用在刚体上的力除了产生移动效应外，有时还产生转动效应。而且除了刚体绕质心的转动效应，还有刚体绕任一点的转动效应。 这在生产和生活中是常见的。如用扳手拧螺母,作用于扳手上的力F使其绕固定点O转动。,23,同时，力对刚体绕某一固定点的转动效应不仅
6、与力的大小有关，而且与固定点到该力的作用线的距离有关。 以固定点到力作用线的距离的乘积作为度量力F使刚体绕固定点O转动效应的物理量，这个量称为力F对O点的矩，简称为力矩。,24,力偶：一对大小相等、方向相反、作用线平行且不共线的力组成的力系 力偶的两个力所在的平面，叫作力偶的作用面 两力作用线间的距离叫作力偶臂 力偶对刚体的作用效应是使刚体产生转动,25,第二节 材料力学基础,弹性变形：卸除外力后能完全消失的变形,塑性变形：外力除去后不能消失而残留下来的变形,工程中将处于常温下的材料，根据变形后发生的塑性变形的大小分为两类：塑性材料、脆性材料,研究物体在外力作用下的 和 现象,塑性材料包括钢、
7、铜、铝等， 以低碳钢和球墨铸铁为典型代表,变形 失效,26,构件大致可以归纳为四种类型：,（1） 纵向尺寸（长度）远大于横向尺寸的构件称为杆,（2）中面为平面的构件称为板,（3）中面为曲面的构件称为壳,（4）三个方向尺寸差不多的构件（同量级）称为块体,27,一、构件正常工作应满足的基本要求1、足够的强度（抵抗破坏的能力） 2、足够的刚度（抵抗变形的能力） 3、足够的稳定性（保持原有平衡形式的能力）,28,失效构件在外力作用下丧失正常工作能力,1、强度失效构件在外力作用下发生不可恢复的塑性变形或断裂,29,2、刚度失效构件在外力作用下发生过量的弹性变形（影响工作）,30,3、稳定失效构件在外力作
8、用下其平衡形式发生突然转变,31,二、杆件变形的基本形式,1、拉伸或压缩（杆）：外力作用线与杆的轴线重合,2、弯曲(梁)：外力垂直于杆件轴线,32,3、剪切： 外力大小相等方向相反，作用线相距很近,33,4、扭转(轴)：外力为力偶，作用面垂直杆件轴线。,34,(一) 概述,受力特点：外力作用线与杆的轴线重合,主要变形：伸长或缩短拉（压）杆,三、轴向拉伸和压缩,35,(二)拉伸和压缩时的内力,而是外力作用下杆件内相互作用力的改变量,外力内力，内力过极限破坏,由外力引起的材料微粒之间的相互作用力,不是指构件物体组成成分之间的相互作用力,杆件的强度不仅与内力大小有关 而且与杆件横截面积的大小有关,3
9、6,1 应力（）：单位面积上的内力。（假设内力分布均匀）,2 拉、压应力的计算=N/AN截面上的内力；A截面的面积,单位：帕Pa： N/m2兆帕MPa：106N/m2 （多用）,（三）应力的概念、拉压应力,37,零件截面尺寸突变处（如过渡圆角、键槽、小孔、螺纹）及过盈配合处会产生应力集中，使局部应力增大,截面尺寸变化愈急剧 应力集中程度愈严重,“应力集中”的概念,38,（四）材料在拉伸和压缩时的力学性质,弹性阶段(变形可恢复) 屈服阶段（裂纹）,强化阶段 颈缩阶段,O,弹性极限,屈服极限,强度极限,A,A,B,C,D,比例极限,E,低碳钢拉伸时的应力应变曲线,39,脆性材料无明显的屈服和颈缩现
10、象,无屈服极限,用强度极限表示脆性材料承载能力,40,极限应力： 材料丧失正常工作能力时的应力值,许用应力： 构件正常工作时材料允许达到的最大应力值,n1.32.0 n2.03.5,塑性材料 屈服极限塑性变形 脆性材料 强度极限断裂,塑性材料 脆性材料,安全系数,41,四、剪切与挤压,工程中常用的联接件在受到大小相等、方向相反、作用线平行且相距很近的两外力作用时，两力之间的截面发生相对错动，这种变形称为剪切变形。,42,螺栓联接,销钉联接,铆钉联接,43,构件在受到剪切作用的同时，往往还伴随着挤压作用。挤压现象与压缩不同，它只是局部产生不均匀的压缩变形。,44,拉断可以拉断草，但无法控制被拉断
11、草的高度，即无法使草地整齐。 割断像农夫割麦一样，需要握住草的上部才能割断。 剪断利用剪刀刃的合拢可以剪断草。（剪断是较合理的方案，目前很多剪草机都采用这种方式）,对杂草进行剪修通常的办法有：,实例分析：草地剪草机,45,46,（一）扭转的概念,轴主要发生扭转变形的杆件,扭转变形扭转角,变形特点：杆件轴线不变，横截面绕轴线作相对转动,五、扭转,47,（二）圆轴扭转变形前后变化情况：,各圆周线形状、尺寸和间距不变，只绕轴线转动 各母线仍为直线，但倾斜了一个角度,平面假设,小方格在轴向和周向无伸长缩短，只有两边发生相对错动,48,1、梁主要发生弯曲变形的杆件,六、弯曲,梁的截面形状,49,简支梁桥式起重机,2、梁的基本型式,50,外伸梁火车轮轴,51,悬臂梁车刀,
