单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第二章 静力学基本概念和物体的受力分析,静力学的基本概念和受力分析,静力学：,研究物体的受力分析、力系的等效替换（或简化）、建立各种力系的平衡条件的科学,1,、,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,2,、,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,3,、,建立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,2-1,静力学的基本概念,2,静力学的基本概念和受力分析,力,：物体间相互的机械作用，作用效果使物体的机械运动状态发生改变,力系,：一群力,.,平衡,：物体相对惯性参考系（如地面）静止或作匀速直线运动,几个基本概念,刚体：在力的作用下，其内部任意两点间的距离始终保持不变的物体,.,力的三,要素：大小、方向、作用点,平面汇交（共点）力系,平面平行力系,平面力偶系,平面任意力系,空间汇交（共点）力系,空间平行力系,空间力偶系,空间任意力系,力是矢量,3,静力学的基本概念和受力分析,思考：,1,、说明下列式子和文字的意义和区别：,力 等效力,2,、试区别 和 两个等式代表,的意义。,4,静力学的基本概念和受力分析,公理,1,力的平行四边形法则,作用在物体上同一点的两个力，可以合成为一个合力。合力的作用点也在该点，合力的大小和方向，由这两个力为边构成的平行四边形的对角线确定，如图所示。,合力,(,合力的大小与方向,)(,矢量的和,),亦可用力三角形求得合力矢,静力学公理,5,静力学的基本概念和受力分析,思考：,试区别 和 两个等式代表,的意义。,6,静力学的基本概念和受力分析,公理,2,二力平衡条件,使,刚体平衡的充分必要条件,最简单力系的平衡条件,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：这两个力的大小相等，方向相反，且作用在同一直线上。,7,静力学的基本概念和受力分析,公理,3,加减平衡力系原理,推理,1,力的可传性,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,在已知力系上加上或减去任意的平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用。,作用于刚体上某点的力，可以沿着它的作用线移到刚体内任意一点，并不改变该力对刚体的作用。,8,静力学的基本概念和受力分析,推理,2,三力平衡汇交定理,作用于刚体上三个相互平衡的力，若其中两个力的作用线汇交于一点，则此三力必在同一平面内，且第三个力的作用线通过汇交点。,9,静力学的基本概念和受力分析,公理,4,作用和反作用定律,作用力和反作用力总是同时存在，同时消失，等值、反向、共线，作用在相互作用的两个物体上,在画物体受力图时要注意此公理的应用,10,静力学的基本概念和受力分析,公理,5,刚化原理,柔性体（受拉力平衡）,刚化为刚体（仍平衡）,反之不一定成立,刚体（受压平衡）,柔性体（受压不能平衡）,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,.,11,静力学的基本概念和受力分析,思考：,为什么说二力平衡条件、加减平衡力系原理和力的可,传性只能适用于刚体？,12,静力学的基本概念和受力分析,约束,：,对非自由体的位移起限制作用的物体。,约束力,：,约束对非自由体的作用力。,约束力,大小,待定,方向,与该约束所能阻碍的位移方向相反,作用点,接触处,2-2,约束和约束力,自由体：,位移不受限制的物体。如飞行中的飞机等。,非自由体：,位移受到限制的物体。如重物由钢索吊住等。,13,静力学的基本概念和受力分析,工程中常见的约束,1,、具有光滑接触面（线、点）的约束（光滑接触约束）,14,静力学的基本概念和受力分析,光滑接触面约束,15,静力学的基本概念和受力分析,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,16,静力学的基本概念和受力分析,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,17,静力学的基本概念和受力分析,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,18,静力学的基本概念和受力分析,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,：,当不计摩擦时，轴与孔在接触处为光滑接触约束,法向约束力,约束力作用在接触处，沿径向指向轴心,19,静力学的基本概念和受力分析,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,20,静力学的基本概念和受力分析,（,2,）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,21,静力学的基本概念和受力分析,光滑圆柱铰链约束,22,静力学的基本概念和受力分析,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,23,静力学的基本概念和受力分析,（,3,）,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（径向轴承、光滑圆柱铰链、固定铰链支座）其约束特性相同，均为轴与孔的配合问题，都可称作光滑圆柱铰链,24,静力学的基本概念和受力分析,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：构件受到垂直于光滑面的约束力,25,静力学的基本概念和受力分析,(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,26,静力学的基本概念和受力分析,（,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力，亦有三个正交分力 ,27,静力学的基本概念和受力分析,球铰链,空间三正交分力,止推轴承,空间三正交分力,（,2,）柔索约束,张力,（,4,）滚动支座,光滑面,（,3,）光滑铰链,（,1,）光滑面约束,法向约束力,总结,28,静力学的基本概念和受力分析,2-3,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（分离体）,，,画出其简图,2,、画出所有主动力,受力分析：,确定物体受到几个力作用，每个力的作用位置和,作用方向，这个分析过程称为物体的受力分析。,受力图：,表示物体受力的简明图形。,已知力,未知力,29,例,1,解：画出简图,画出主动力,画出约束力,碾子重为 ，拉力为 ，、处光滑接触，画出碾子的受力图,30,例,2,解：取屋架,画出主动力,画出约束力,画出简图,屋架受均布风力（,N/m,），,屋架重为 ，画出屋架的受力图,31,例,3,解：,取 杆，其为二力构件，简称二力杆，其受力图如图,(b),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。,32,例,3,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？,33,例,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,34,例,4,系统整体受力图如图（,d,）,所示,取左拱,其受力图如图（,c,）,所示,35,例,4,考虑到左拱 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,36,例,4,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）,37,例,5,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,解：,绳子受力图如图（,b,）,所示,38,例,5,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,39,例,5,整体受力图如图（,e,）,所示,提问：左右两部分梯子在,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？,40,静力学的基本概念和受力分析,思考：,1,、什么是二力构件？二力构件受力时与构件的形状有无关系？,2,、分析如下受力图是否有误，如何改正？,41,静力学的基本概念和受力分析,42,静力学的基本概念和受力分析,43,静力学的基本概念和受力分析,本章小结：,基本概念：力、力系、平衡、刚体；,静力学公理：力的平行四边形公理、二力平衡公理、,加减平衡力系公理、作用和反作用公理、,刚化公理,约束与约束力：光滑接触约束、柔性体约束、光滑铰链,约束、其他约束,物体的受力分析和受力图,44,静力学的基本概念和受力分析,本章作业：,（,1,）画出梁,AB,的受力图。,（,2,）试分别画出整体，,BC,部分和,AC,部分的受力图。,45,