《第二篇 工程力学》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第二篇 工程力学（39页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第一章第一章 静力学基础静力学基础第二章第二章 材料力学基础材料力学基础静静 力力 学学 研究物体的研究物体的研究物体的研究物体的受力分析受力分析受力分析受力分析、力系的等效替换（或简力系的等效替换（或简力系的等效替换（或简力系的等效替换（或简化）化）化）化）、建立各种、建立各种、建立各种、建立各种力系的平衡条件力系的平衡条件力系的平衡条件力系的平衡条件的科学的科学的科学的科学。 1 1 1 1、物体的受力分析：分析物体（包括物体系）受、物体的受力分析：分析物体（包括物体系）受、物体的受力分析：分析物体（包括物体系）受、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
2、画出物体的受力图。哪些力，每个力的作用位置和方向，并画出物体的受力图。哪些力，每个力的作用位置和方向，并画出物体的受力图。哪些力，每个力的作用位置和方向，并画出物体的受力图。 2 2 2 2、力系的等效替换（或简化）：用一个简单力系等、力系的等效替换（或简化）：用一个简单力系等、力系的等效替换（或简化）：用一个简单力系等、力系的等效替换（或简化）：用一个简单力系等效代替一个复杂力系。效代替一个复杂力系。效代替一个复杂力系。效代替一个复杂力系。 3 3 3 3、建立各种力系的平衡条件：建立各种力系的平衡、建立各种力系的平衡条件：建立各种力系的平衡、建立各种力系的平衡条件：建立各种力系的平衡、建立
3、各种力系的平衡条件：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条件，并应用这些条件解决静力学实际问题条件，并应用这些条件解决静力学实际问题条件，并应用这些条件解决静力学实际问题。 静力学实例一静力学实例一、静力学实例二静力学实例二、 第一章第一章 静力学基静力学基础础1.11.1 力的概念及静力学公理力的概念及静力学公理1.21.2 平面汇交力系平面汇交力系1.31.3 力矩与力偶力矩与力偶1.41.4 工程中常见的约束及构件的受工程中常见的约束及构件的受力图力图1.51.5 平面力系平面力系 第二章第二章 材料力学材料力学基础基础2.12.1 概述概述2.22.2 轴向拉伸与压
4、缩轴向拉伸与压缩2 2.4.4 剪切与挤压剪切与挤压2.52.5 直梁的平面弯曲直梁的平面弯曲2.62.6 组合变形的强度计算组合变形的强度计算1.11.1 力的概念及静力学公理力的概念及静力学公理 一、力的概念一、力的概念 1 1、力的定义：、力的定义： 力是指物体之间的相互机械作用。力是指物体之间的相互机械作用。 力对物体的作用会产生两种效应：力对物体的作用会产生两种效应： 外效应：外效应：指物体的运动状态发生变化；指物体的运动状态发生变化； 内效应：内效应：指物体的外形和尺寸发生变化。指物体的外形和尺寸发生变化。 2 2、力的三要素及表示方法、力的三要素及表示方法 力的三要素力的三要素：
5、是大小、方向和作用点。是大小、方向和作用点。 表示方法表示方法: :如右图所示。如右图所示。 力的国际单位力的国际单位：N N（牛顿）或（牛顿）或KNKN（千牛顿）（千牛顿）AB力的表示方法力的表示方法力的表示方法力的表示方法 3 3、刚体刚体刚体刚体: : : :就是在任何外力作用下就是在任何外力作用下, ,其大小和形状始终保持不变。其大小和形状始终保持不变。 4 4、力系与等效力系力系与等效力系力系与等效力系力系与等效力系 力系力系力系力系：若干力组成的系统。若干力组成的系统。 若一个力系与另一个力系对物体的作用效应相同，这两个力系则互为若一个力系与另一个力系对物体的作用效应相同，这两个力
6、系则互为等效力系等效力系等效力系等效力系。 5 5 5 5、平衡与平衡力系平衡与平衡力系平衡与平衡力系平衡与平衡力系 平衡：平衡：平衡：平衡：是指物体相对于地球保持静止或做匀速直线运动的状态。是指物体相对于地球保持静止或做匀速直线运动的状态。 平衡力系：平衡力系：平衡力系：平衡力系：一力系使物体处于平衡状态，则该力系称为平衡力系一力系使物体处于平衡状态，则该力系称为平衡力系。 二、静力学的公理二、静力学的公理1 1 1 1 、二力平衡公理、二力平衡公理、二力平衡公理、二力平衡公理 （1 1）公理：）公理： 作用在刚体上的两个力，使刚体保持平衡的必要和充分条件是，两力等作用在刚体上的两个力，使刚
7、体保持平衡的必要和充分条件是，两力等值、反向、共线。值、反向、共线。 （2 2）二力杆：）二力杆： 在两个力作用下处于平衡的构件一般称为二力构件，在两个力作用下处于平衡的构件一般称为二力构件， 若二力构件的形状为杆状则称为若二力构件的形状为杆状则称为二力杆二力杆。 实际工程中，一些构件的重力和它承受的载荷相实际工程中，一些构件的重力和它承受的载荷相 比小得多，可以忽略不计，若它们只受二个外力作用比小得多，可以忽略不计，若它们只受二个外力作用 而平衡，则均可简化为二力杆。而平衡，则均可简化为二力杆。G二力平衡公理二力平衡公理二力构件和二力杆图例二力构件和二力杆图例1二力构件和二力杆图例二力构件和
8、二力杆图例2二力平衡公理二力平衡公理二力平衡公理二力平衡公理GGFNAFBFAB二力构件和二力杆图例二力构件和二力杆图例二力构件和二力杆图例二力构件和二力杆图例二力构件和二力杆图例二力构件和二力杆图例二力构件和二力杆图例二力构件和二力杆图例如图所示的托架，杆如图所示的托架，杆CD不计自重，分析不计自重，分析CD杆受力杆受力2 2 2 2、加减平衡力系公理、加减平衡力系公理、加减平衡力系公理、加减平衡力系公理 （1 1）公理：）公理： 在一个已知力系上加上或减去一个平衡力系，不改变原力系对刚体在一个已知力系上加上或减去一个平衡力系，不改变原力系对刚体的作用效应。的作用效应。 （2 2）力的可传性
9、原理）力的可传性原理( (动画动画) ) 作用于刚体上某点的力，可沿其作用线滑移到该刚体上的任何位置作用于刚体上某点的力，可沿其作用线滑移到该刚体上的任何位置而不会改变原力对刚体的作用效应。而不会改变原力对刚体的作用效应。 注意：注意：力的可传性原理只适用于刚体。力的可传性原理只适用于刚体。3 3 3 3、力的平行四边形公理、力的平行四边形公理、力的平行四边形公理、力的平行四边形公理 1 1 1 1）公理：）公理：）公理：）公理： 亦可用力三角形求得合力矢亦可用力三角形求得合力矢亦可用力三角形求得合力矢亦可用力三角形求得合力矢合力（合力的大小与）合力（合力的大小与）合力（合力的大小与）合力（合
10、力的大小与）合力（合力的大小与）合力（合力的大小与） ( ( ( ( (矢量和矢量和矢量和矢量和矢量和矢量和) ) ) 补充推论：三力平衡汇交定理补充推论：三力平衡汇交定理补充推论：三力平衡汇交定理补充推论：三力平衡汇交定理 当刚体上受到同一平面内互相不平行的三个力作用而平衡时，当刚体上受到同一平面内互相不平行的三个力作用而平衡时，当刚体上受到同一平面内互相不平行的三个力作用而平衡时，当刚体上受到同一平面内互相不平行的三个力作用而平衡时，此三力的作用线必汇交于一点。此三力的作用线必汇交于一点。此三力的作用线必汇交于一点。此三力的作用线必汇交于一点。 结论：力的多边形自行封闭结论：力的多边形自行
11、封闭结论：力的多边形自行封闭结论：力的多边形自行封闭4 4、作用和反作用作用和反作用作用和反作用作用和反作用公理公理公理公理 两物体间的作用力和反作用力，总是大小相等、方向相反、沿同一作用两物体间的作用力和反作用力，总是大小相等、方向相反、沿同一作用线，分别同时作用在两个互相作用的物体上。线，分别同时作用在两个互相作用的物体上。 该公理说明了力总是成对出现的。该公理说明了力总是成对出现的。该公理说明了力总是成对出现的。该公理说明了力总是成对出现的。 应用公理时注意区别它与二力平衡的两个力是不同的。应用公理时注意区别它与二力平衡的两个力是不同的。应用公理时注意区别它与二力平衡的两个力是不同的。应
12、用公理时注意区别它与二力平衡的两个力是不同的。 作用力和反作用力作用力和反作用力作用力和反作用力作用力和反作用力作用在两个互相作用的物体上，作用在两个互相作用的物体上，二力平衡二力平衡二力平衡二力平衡的两个力是作的两个力是作用在同一个物体上。用在同一个物体上。 课课 堂堂 练练 习习 P42 P42 习习1 1、2 21.41.41.41.4 工程中常见的约束及构件的受力图工程中常见的约束及构件的受力图工程中常见的约束及构件的受力图工程中常见的约束及构件的受力图 一、约束与约束反力一、约束与约束反力一、约束与约束反力一、约束与约束反力 概念：概念：概念：概念： 约束：约束：约束：约束：一物体的
13、运动受到周围物体的限制时，这种限制就称为约束一物体的运动受到周围物体的限制时，这种限制就称为约束。 约束力约束力约束力约束力：约束有力作用于物体，这种力称为约束力。约束有力作用于物体，这种力称为约束力。 作用于物体上的力分为两类：作用于物体上的力分为两类：作用于物体上的力分为两类：作用于物体上的力分为两类： 主动力：主动力：主动力：主动力：使物体产生可能运动的力。使物体产生可能运动的力。 约束力：约束力：约束力：约束力：约束限制物体某种可能运动的力。约束限制物体某种可能运动的力。约约束束力力大小大小待定待定方向方向总是与该约束所能限制的运动或运动趋势方向相反总是与该约束所能限制的运动或运动趋势
14、方向相反作用点作用点接触处接触处约束动画约束动画约束动画约束动画二、二、二、二、工程中常见的约束类型工程中常见的约束类型工程中常见的约束类型工程中常见的约束类型1 1、柔性约束柔性约束2 2 2 2、光滑面约束光滑面约束光滑面约束光滑面约束3 3 3 3、光滑圆柱铰链约束光滑圆柱铰链约束光滑圆柱铰链约束光滑圆柱铰链约束4 4 4 4、固定端约束固定端约束固定端约束固定端约束5 5 5 5、物体的受力分析和受力图物体的受力分析和受力图物体的受力分析和受力图物体的受力分析和受力图6 6 6 6、例题例题例题例题7 7 7 7、课堂练习课堂练习课堂练习课堂练习 1 1、柔性约束柔性约束柔性约束柔性约
15、束 （1 1）概念概念：由绳索、胶带、链条等所组成的约束为：由绳索、胶带、链条等所组成的约束为柔性约束。柔性约束。 特点：特点： 只能承受拉力，不能承受压力。只能承受拉力，不能承受压力。 （2 2）约束力方向约束力方向：沿柔体的中线，背离被约束物体。：沿柔体的中线，背离被约束物体。 常用符号常用符号F FT T表示。表示。 （3 3）实例分析：）实例分析：动画动画动画动画柔性约束实例一柔性约束实例一柔性约束实例一柔性约束实例一动画动画动画动画柔性约束实例二柔性约束实例二柔性约束实例二柔性约束实例二实例分析实例分析实例分析实例分析 2 2、光滑面约束、光滑面约束 （1 1）概念概念：当两物体直接
16、接触，并可忽略接触处的摩擦，这类约束称：当两物体直接接触，并可忽略接触处的摩擦，这类约束称 为为光滑面约束。光滑面约束。 （2 2）约束力方向约束力方向：沿接触点公法线，指向被约束物体。：沿接触点公法线，指向被约束物体。 常用符号常用符号F FN N表示。表示。 （3 3）实例分析实例分析动画动画动画动画光滑面约束光滑面约束光滑面约束光滑面约束实实实实 例例例例 分分分分 析析析析GGA AB BC COOOOA AB B 3 3、光滑圆柱铰链约束、光滑圆柱铰链约束 概念：概念：概念：概念：两构件采用圆柱销所形成的联接，并忽略接触两构件采用圆柱销所形成的联接，并忽略接触处的摩擦，这类约束就称为
17、光滑圆柱铰链约束。处的摩擦，这类约束就称为光滑圆柱铰链约束。（动画（动画实例）实例） （1）固定铰链支座固定铰链支座固定铰链支座固定铰链支座 概念：概念：概念：概念：把圆柱销联接的两个构件中的一个固定起把圆柱销联接的两个构件中的一个固定起 来，就称为固定铰链。来，就称为固定铰链。 特点：特点：特点：特点：只限制了构件孔端的任意移动，不限制构只限制了构件孔端的任意移动，不限制构 件绕销孔端的相对转动。件绕销孔端的相对转动。 表示方法：表示方法：表示方法：表示方法： （固定铰链动画固定铰链动画）（固定铰链动画一固定铰链动画一）约束力的方向约束力的方向约束力的方向约束力的方向：（固定铰链和中间铰）的
18、约束力，通（固定铰链和中间铰）的约束力，通常用两个正交的分力常用两个正交的分力FNX、FNY表示。表示。特点特点特点特点：只限制了构件孔端的任意移动，不限制构只限制了构件孔端的任意移动，不限制构 件绕销孔端的相对转动。件绕销孔端的相对转动。图示表示方法：图示表示方法：图示表示方法：图示表示方法：（中间铰动画中间铰动画）（2）中间铰中间铰中间铰中间铰 概念：概念：概念：概念：当圆柱销联接的两个构件不固定，通常就称为中间铰。当圆柱销联接的两个构件不固定，通常就称为中间铰。FNXFNY注意：注意：注意：注意：当固定铰链或中间铰链约束的是二力杆时，其约束力满足二力平衡当固定铰链或中间铰链约束的是二力杆
19、时，其约束力满足二力平衡条件，沿两约束力作用点的连线，方向是确定的。条件，沿两约束力作用点的连线，方向是确定的。 （实例实例）图图图图1-24 1-24 二力杆二力杆二力杆二力杆（3 3）活动铰链支座活动铰链支座活动铰链支座活动铰链支座概念：概念：概念：概念：原固定铰链下边不固定，安装上滚柱就称为原固定铰链下边不固定，安装上滚柱就称为活动铰链支座活动铰链支座活动铰链支座活动铰链支座。特点：特点：特点：特点：只限制构件沿支承面法线方向的移动。只限制构件沿支承面法线方向的移动。约束力的方向：约束力的方向：约束力的方向：约束力的方向：约束力过铰链中心，垂直于约束力过铰链中心，垂直于 支承面，指向构件
20、。支承面，指向构件。 常用符号：常用符号：FN表示表示活动铰链支座的几种力学模型及约束力表示：活动铰链支座的几种力学模型及约束力表示：活动铰链支座的几种力学模型及约束力表示：活动铰链支座的几种力学模型及约束力表示：（活动铰动画活动铰动画）（活动铰实例活动铰实例）（例题例题）图图1-26 杆杆AB的受力图的受力图答案答案答案答案（4）固定端约束固定端约束固定端约束固定端约束 概念：概念：概念：概念：工程中有一种常见的基本约束，如建筑物上的阳台、插工程中有一种常见的基本约束，如建筑物上的阳台、插入墙壁的电风扇托架、镗刀的刀杆和固定在刀架上的车刀等，入墙壁的电风扇托架、镗刀的刀杆和固定在刀架上的车刀
21、等，这些约束均称为这些约束均称为固定端约束固定端约束固定端约束固定端约束。（固定端约束实例一固定端约束实例一）（固定端约束实例二固定端约束实例二）固定端约束的力学模型及约束力表示：固定端约束的力学模型及约束力表示：固定端约束的力学模型及约束力表示：固定端约束的力学模型及约束力表示： 特点：特点：特点：特点：既限制了被约束构件的任意方向的移动，又限制了被约束构既限制了被约束构件的任意方向的移动，又限制了被约束构 件的转动。件的转动。约束力：约束力：约束力：约束力：常用两个正交的约束分力常用两个正交的约束分力FNAX、FNAY与一个约束力偶与一个约束力偶MA表表 示。示。三、构件的受力分析及受力图
22、三、构件的受力分析及受力图三、构件的受力分析及受力图三、构件的受力分析及受力图1 1 1 1、构件的受力分析、构件的受力分析、构件的受力分析、构件的受力分析 在静力学中，在静力学中，受力分析是受力分析是：分析所要研究的构件（研究对象）上：分析所要研究的构件（研究对象）上受到哪些作用力（包括主动力和约束力），并确定每个力的作用位置受到哪些作用力（包括主动力和约束力），并确定每个力的作用位置和方向。和方向。2 2 2 2、构件的受力图、构件的受力图、构件的受力图、构件的受力图 1)1)1)1)概念概念概念概念: : : :表示构件受力情况的简明图形称为受力图。表示构件受力情况的简明图形称为受力图。
23、表示构件受力情况的简明图形称为受力图。表示构件受力情况的简明图形称为受力图。 2 2 2 2）画受力图的一般步骤为：）画受力图的一般步骤为：）画受力图的一般步骤为：）画受力图的一般步骤为： （1 1）画出研究对象的分离体简图；）画出研究对象的分离体简图； （2 2）在简图上标上已知的全部主动力；）在简图上标上已知的全部主动力； (3)(3)在简图上标上解除约束处画上相应的约束力。在简图上标上解除约束处画上相应的约束力。 例题例题例题例题例例1-5 1-5 图图1-29a1-29a所示重所示重G G的球体的球体A A，用绳子，用绳子BCBC系在墙壁上，画出球体系在墙壁上，画出球体A A的的受力图
24、。受力图。答案答案答案答案例例1-6 1-6 图图1-30a1-30a所示的三铰拱桥，由左、右两半拱桥铰接而所示的三铰拱桥，由左、右两半拱桥铰接而成，画左半拱桥成，画左半拱桥ABAB的受力图的受力图答案答案答案答案 例例1-7 1-7 图图1-31a1-31a所示为内燃机主运动机构结构简图，试所示为内燃机主运动机构结构简图，试画出活塞画出活塞B B的受力图的受力图答案答案答案答案例例1-8 1-8 图图1-32a1-32a所示为凸轮机构结构简图，试画出从动件所示为凸轮机构结构简图，试画出从动件ABAB的受力图的受力图nn答案答案答案答案课堂练习课堂练习课堂练习课堂练习课堂练习课堂练习 如图如图所示为支架结构简图，试画出杆所示为支架结构简图，试画出杆AB、与杆、与杆CD的受力图的受力图
