,*,山东工业职业学院,机电工程系,静力学,第二章,静力学基本概念,工程力学,第二章静力学基本概念工程力学,1,引言,静力学研究的是“物体在力作用下的平衡问题”，因此涉及如下三方面问题,：,力本身的性质。包括力的等效、移动、投影、分解、合成等，根据这些性质，可以对复杂的力系进行简化，进而导出力系平衡的基本条件。参见“基本概念及原理”、“力及力偶的性质”和“力系简化”页面。,物体如何受力。物体受力状态的分析是解决物体平衡问题的关键，必须反复训练。参见“约束与示力图”页面。,平衡条件及其应用。,参见“平衡问题”页面,。,引言 静力学研究的是“物体在力作用下的平衡问题”,2,第二章 刚体静力学基本概念与受力分析,2.1 静力学的基本概念,2.2 静力学公理,2.3 约束与约束反力,2.4 物体的受力分析,第二章 刚体静力学基本概念与受力分析2.1 静力学的基本概,3,A,F,K,L,2-1,静力学基本概念,一、力的概念,1,定义,：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发生形变。,2.,力的效应：,运动效应,(,外效应,),变形效应,(,内效应,),。,3.,力的三要素：,大小，方向，作用点,A,F,力的作用线：,沿力矢,F,的,直线,KL,称为力的作用线。,推论：力是矢量,印刷体用黑体,字，手写时用,或 表示。,静 力 学,印刷体用黑体,字，手写时用,或 表示。,印刷体用黑体,字，手写时用,或 表示。,AFKL2-1 静力学基本概念一、力的概念 1,4,2-2,静力学基本公理,公理,1,二力平衡公理,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,|,F,1,|=|,F,2,|,(,F,1,=F,2,),指向相反,F,1,=F,2,作用线共线，,只用白体字,F,表示力的,大小，而不,在其上加,或矢量,符号。,只用白体字,F,表示力的,大小，而不,在其上加,或矢量,符号。,只用白体字,F,表示力的,大小，而不,在其上加,或矢量,符号。,公理,：是人类经过长期实践和经验而得到的结论，它被,反复的实践所验证，是无须证明而为人们所公认的结论。,作用于同一个物体上。,2-2 静力学基本公理公理1 二力平衡公理作用于刚体上,5,讨论,：,对刚体来说，上面的条件是充要的,二力体,：只在两个力作用下平衡的刚体叫二力体。,对变形体,(,或多体,),来说，上面的条件只是必要条件,二力杆,变形体,平衡,必要,充分,两力大小相,等指向相反,讨论：对刚体来说，上面的条件是充要的 二力,6,在已知力系上加上或减去任意一个平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用效应。,推论,1,：力的可传性原理。,作用于刚体上的力可沿其作用线移到同一刚体内的任一点，而不改变该力对刚体的效应。,公理,2,加减平衡力系公理,对同一个刚体来说，力的该性质称为,力的可传性,，因此，对同一个刚体，力是,滑动矢量,。,在已知力系上加上或减去任意一个平衡力,7,刚体受三力作用而平衡，若其中两力作用线汇交于一点，则另一力的作用线必汇交于同一点，且三力的作用线共面。（不平行的三个力平衡的必要条件）,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。,推论,2,：,三力平衡汇交定理,刚体受三力作用而平衡，若其中两力作用线汇交于一,8,公理,4,作用力和反作用力定律,等值、反向、共线、异体、且同时存在。,证,为平衡力系，,也为平衡力系。,又 二力平衡必等值、反向、共线，,三力 必汇交，且共面。,例,吊灯,公理4 作用力和反作用力定律等值、反向、共线、异体、且同时,9,约束反力：,约束给被约束物体的力叫约束反力。（约束的作用由力来表示，该力称为约束反力。）,2-3,约束与约束反力,一、概念,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。,（这里，约束是名词，而不是动词的约束）,主动力,:,促使物体运动或使物体产生运动趋势的力称为,主动力（如重力、风力、切削力、物体压力、牵引力等）。,约束反力：约束给被约束物体的力叫约束反力。（约束的,10,约束反力特点：,G,G,N,1,N,2,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：GGN1N2大小常常是未知的；方向总,11,柔性体约束,只能承受拉力,，所以它们的约束反力是,作用在接触点,，方向,沿柔性体轴线,，,背离被约束物体,。,是离点而去的力,。,二、约束类型和确定约束反力方向的方法：,1.,由柔软的绳索、链条或皮带构成的柔性体约束,P,P,T,S,1,S,1,S,2,S,2,柔性体约束只能承受拉力，所以它们的约束反力是作用在接触点，方,12,约束反力,作用在接触点处,，方向,沿公法线,，,指向受力物体,是,向点而来的力,。,2.,光滑接触面的约束,(,光滑指摩擦不计,),P,N,N,P,N,A,N,B,约束反力作用在接触点处，方向沿公法线，指向受力,13,F,R,滑槽与销钉,FR滑槽与销钉,14,3.,光滑圆柱铰链约束,圆柱铰链,销 钉,3.光滑圆柱铰链约束圆柱铰链销 钉,15,A,A,A,X,A,Y,A,A,AAAXAYAA,16,固定铰支座,固定铰支座,17,固定铰支座,固定铰支座,18,活动铰支座（辊轴支座）,N,的实际方向也可以向下,N,活动铰支座（辊轴支座）N,19,静力学基本概念ppt课件,20,活动铰支座（辊轴支座）,活动铰支座（辊轴支座）,21,2-4,物体的受力分析和受力图,一、受力分析,解决力学问题时，首先要选定需要进行研究的物体，即选择,研究对象；然后根据已知条件，约束类型并结合基本概念和公理,分析它的受力情况，这个过程称为物体的,受力分析,。,作用在物体上的力有：一类是,:,主动力,如重力,风力,气体,二类是：被动力，即约束反力。,压力等。,2-4 物体的受力分析和受力图一、受力分析解决力学问题时，,22,画物体受力图主要步骤为,：选研究对象；取分离体；,画上主动力；画出约束反力。,二、受力图,例,1,画物体受力图主要步骤为：选研究对象；取分离体；二、受力图,23,例,2,画出下列各构件的受力图,Q,A,O,B,C,D,E,例2 画出下列各构件的受力图QAOBCDE,24,Q,A,O,B,C,D,E,QAOBCDE,25,Q,A,O,B,C,D,E,QAOBCDE,26,例,3,画出下列各构件的受力图,说明：三力平衡必汇交当三力平行时，在无限远处汇交，它是一种特殊情况。,例3 画出下列各构件的受力图说明：三力平衡必汇交当三力,27,例,4,尖点问题,应去掉约束,应去掉约束,静 力 学,例4 尖点问题应去掉约束应去掉约束静 力 学,28,例,5,画出下列各构件的受力图,例5 画出下列各构件的受力图,29,三、画受力图应注意的问题,接触处必有力，力的方向由约束类型而定。,不要多画力,对于受力体所受的每一个力，都应能明确地,不要漏画力,除重力、电磁力外，物体之间只有通过接触,才有相互机械作用力，要分清研究对象（受,力体）都与周围哪些物体（施力体）相接触，,指出它是哪一个施力体施加的。,要注意力是物体之间的相互机械作用。因此,三、画受力图应注意的问题接触处必有力，力的方向由约束类型而定,30,不要把箭头方向画错。,不要画错力的方向,受力图上不能再带约束。,即受力图一定要画在分离体上。,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。不要画错力的方向 受力图上不能,31,内力，就成为新研究对象的外力。,部或单个物体的受力图上要与之保持一致。,受力图上只画外力，不画内力。,同一系统各研究对象的受力图必须整体与局部一致，相,互协调，不能相互矛盾。,正确判断二力构件。,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,对于某一处的约束反力的方向一旦设定，在整体、局,内力，就成为新研究对象的外力。部或单个物体的受力图上要与之保,32,