1工程力学绪论.ppt

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1、工程力学绪论,工程力学的应用领域 工程力学的主要内容 静力学和材料力学 工程力学的研究方法,工程力学的应用领域,一、生产生活 二、高新技术中的力学 三、力学在体育竞技中的应用,静力学的内容概要,静力学：主要研究物体（刚体模型）的受力和平衡规律，主要包括三方面内容： 1） 物体的受力分析（基础重点与难点） 2） 力系的简化 3） 刚体的平衡条件,材料力学研究内容概要,材料力学研究物体（变形体模型）在外力作用下的内力、应力、变形及失效规律。材料力学的任务要求构件在外力作用下安全（正常工作），必须满足： 1） 强度条件： 2） 刚度条件： 3）稳定性条件： 研究一些理论基础和计算方法，使构件满足一定

2、的强度、刚度和稳定性并且具有一定的经济性。,工程力学的研究方法,理论分析方法 实验方法 数值计算方法（应用计算机）,上海南浦大桥,大型水利工程设施,长江三峡工程,爆破时烟囱怎样倒蹋,返回,雷达跟踪目标,怎样在不同的时间间隔内通过测量目标与雷达之间的距离和雷达方位角才能准确地测定目标的速度和加速度,返回,工程力学在体育竞技中的应用,棒球在被球棒击打后，其速度的大小和方向发生了变化。如果已知这种变化即可确定球与棒的相互作用力。,赛车结构,为什么赛车结构前细后粗；车轮前小后大？,返回,飞机静载试验,返回,汽车碰撞,飞鸟与空中客车机翼相撞,返回,第一篇 静力学,静力学是研究物体机械运动的特殊情况物体平

3、衡问题的科学 机械运动物体在空间的位置随时间的改变 物体的平衡物体相对地面保持静止或匀速直线运动的状态 平衡条件作用于平衡物体上的力系(即平衡力系)必须满足的条件 静力学研究的三个基本问题: 物体的受力分析（基础、重点与难点） 力系的简化 物体在力系作用下的平衡条件 静力学是工程力学的基础部分,在工程技术中有着广泛的应用.,第一章 静力学基础1-1 静力学基本概念,刚体与变形体 力和力系 平衡 静力学公理,刚 体,刚体：在任何情况下都不发生 变形的 物体,刚体是理想化的力学模型,变 形 体,变形体模型,塔吊和塔吊中每一根杆件的强度安全,刚体模型,研究塔吊不致倾倒，确定所需配重,力和力系,力的定

4、义： 力的三要素： 力效应： 力系及其分类,力 是物体间相互的机械作用，这种作用使物体的机械运动状态发生变化，或使物体发生变形。 力的三要素：大小、方向、作用点 力效应：力具有运动效应和变形效应，运动效应又称外效应；变形效应称为内效应。 对于刚体来说，力只具有运动效应 而对于变形体来说，则两种效应皆有 力的单位： N(牛顿)，kN(千牛),在生活和生产实践中，通过长期的观察和分析而形成力的概念,集 中 力,汽车通过轮胎作用在桥面上的力,分 布 力,桥面板作用在钢梁的力,三、平衡的概念,1-2 静力学公理,公理一 力的平行四边形法则 公理二 二力平衡条件 公理三 作用力与反作用力定律 公理四 加

5、减平衡力系原理,作用 于物体上同一点上的两个力，可以合成为一个合力. 合力的作用点仍在该点，合力的大小和方向是以这两个力为边所做的平行四边形的对角线来表示。,1 力的平行四边形法则,力三角形法则,静力学公理,怎样求合力？,作用于刚体上的两个力平衡的必要充分条件是：这两个力大小相等，方向相反，作用于同一直线上,2 二力平衡公理,力学模型,二杆能相对 转动的 中间铰链,固定铰链 支座,受力分析,受力图,3 作用与反作用原理,两物体间相互作用的力，总是大小相等、方向相反、沿同一作用线，分别作用在相互作用的两个物体上。,4 加减平衡力系公理,在作用于刚体上的任一力系上，加上或减去任一平衡力系，并不改变

6、原力系对刚体的作用效应。,推论1：力的可传性原理,不能用于变形体！,平衡力系的特点是什么？,若刚体在三个力的作用下处于平衡，且其中二力相交于一点时，则第三个力的作用线必通过同一点。,R12,证明方法：,1 利用力的可传性原理找到任意两个力的交点,2 利用平行四边形法则在交点合成一个合力,3 该合力与第三个力满足二力平衡公理，必定共线，即三力平衡必汇交与一点,各力的汇交点,推论2：三力平衡汇交定理,A,B两处的受力二者相同吗?,思考题：,固定铰链 支座,二杆能相对 转动的 中间铰链,C,C,力的可传性原理只能用在同一个刚体上,静力学公理几个?你都会用了吗?,思考题 图中力P作用在销钉C上，试问销

7、钉C对杆AC的力与销钉C 对杆BC的力是否等值、反向、共线？为什么？,思考题一台电机放在地上。P是电机的重力，N是电机对地面的压力，N是地面对电机的支承力。哪一对力是作用力与反作用力？哪一对力是组成平衡的二力？,二杆能相对 转动的 中间铰链,固定铰链 支座,2020/11/5,1-3 约束与约束力,约束：由周围物体构成的阻碍非自由物体运动 的限制条件 约束反力：约束对物体的作用力，也称约束力 主动力：使物体运动或有运动趋势的力，也称载荷 确定约束反力的准则： 它的作用点在约束与被约束物体相互接触处，它的方向应与约束所能限制的运动方向相反,大小将由平衡条件求出。,T,自由体：能在空间作任意运动的

8、物体。 非自由体：受到了其他物体的限制，在某些方向上不能运动的物体。,2020/11/5,约束的基本类型,(1) 柔性体约束,(2) 光滑面约束,绳索的约束反力方向沿着它的 中心线，而背离物体。,光滑面约束反力的方向，应沿 接触点处的公法线且指向物体。,(3) 固定铰链约束与中间铰约束,在无法确定反力方向时，通常用通过铰链中心的两个互相垂直力X和Y来表示,(4) 辊轴约束（活动铰支座、辊轴支座）,辊轴支座的约束反力通过销钉中心，垂直于支撑面，它的指向待定,力学模型,二杆能相对 转动的 中间铰链,固定铰链 支座,受力分析,受力图,(5) 轴承约束 滑动轴承约束和滚动轴承中的径向轴承（向心轴承）约

9、束没有止推作用，只有垂直于轴线方向的径向反力，当该反力的方向不能预先确定时，通常用在径向平面内互相垂直的两个分力来表示。,空间模型,滑动轴承,向心滚动轴承,向心推力轴承,向心轴承,向心轴承,向心推力轴承,向心推力轴承能起到轴向止推作用，除了径向反力外还有轴向反力。,车床床头箱内的结构,(6)、球铰约束,(7)、固定端约束,约束有几种?每种对应的反力方向你都熟练掌握了吗?,想想看,还有没有其它类型的约束?,（2）柔索约束张力,球铰链空间三正交分力,（4）活动铰支座 光滑面,止推轴承空间三正交分力,（3）光滑铰链,（1）光滑面约束法向约束力,2020/11/5,把研究的物体（也称研究对象）从周围物

10、体的约束中分离出来，单独画出这个物体的轮廓图形，并将作用在它上面的主动力和约束反力，全部画在分离出的物体轮廓图形上，这样得到的图形称为受力图，有时也叫分离体图。,力学模型图,1-4 物体的受力分析 受力图(重点),高炉上料滑车,受力图,受力分析的任务,受力分析主要解决下列问题：1.确定物体上受有哪些力以及这些力的作用位置，并尽可能确定这些力的作用线和方向。 2.确定物体受力中哪些是已知力和未知力，并建立已知力与未知力之间的关系，从而求出所需的未知力。本教学单元先解决第一个问题，这是受力分析最基本也是最重要的方面。,（1）取分离体：根据问题的要求确定研究对象，将它从周围物体的约束中分离出来，单独

11、画出研究对象的轮廓图形； （2）画已知力：载荷，特意指明的重力等，不特意指明重力的构件都是不考虑重力的； （3）画约束反力：确定约束类型，根据约束性质画出约束反力。根据研究对象与周围物体的联系，由约束性质分析约束力，并应用有关平衡条件（二力构件、三力平衡汇交原理等）、作用与反作用定律分析隔离体上所受各力的位置、作用线及可能方向；,画受力图的基本步骤：,4 . 受力图,1、取研究对象（隔离体）将所要研究的物体从周围物体中单独拿出来，,2、在其上画出所有的主动力和所有的约束反力。,解：,画约束反力时，一定要按照约束的固有性质画图，切不可主观臆断！,例1-2,解：取屋架,画出主动力,画出约束力,画出

12、简图,屋架受均布风力 （N/m）， 屋架重为 ，画出屋架的受力图,例1-3,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 的受力图图(a),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,系统整体受力图如图（d）所示,取左拱 ,其受力图如图（c）所示,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

13、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1-5,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？,受 力 分 析 练习,2.比较AB 杆与BC 杆 的受力。,1.画出圆盘的受力图；,圆盘的受力图,二力杆( 二力构件),三 力 汇 交,简单刚架的受力分析,悬臂吊车的受力分析,曲柄冲压机

14、受力分析,思考题 如图所示，各物体处于平衡，试判断各图中所画受力图是否正确？原因何在？,你都知道原因吗?,画受力图的注意事项,（1）首先必须明确研究对象，将它从周围物体的约束中 分离出来，单独画出这个物体的轮廓图形； （2）研究对象的运动或平衡，是受其他物体作用的结果， 必须画出周围所有物体对它的作用力，即所受的一切主动 力和约束反力； （3）研究对象对周围物体的作用力不要画出； （4）不要单凭感性判断去画，要根据约束性质画出反力， 确定反力的方向时，可借助于以下各点：,* 是否与二力构件相连，是,则由二力构件的分离体图确定二力构件的连接点受力方向，而它的相反方向（反作用力的方向）就是所求方向

15、; * 研究对象是否是三力构件，是，则已知两个受力方向，可利用三力平衡汇交定理确定方向; * 根据主动力系和约束的性质确定反力方向; * 有时可考虑用结构的整体分析确定反力方向.,确定反力的方向时，可借助于以下各点：,结构的全面受力分析,可参考以下步骤： * 整体结构如果只有三处约束，其中两个方向已知， 可用三力平衡汇交定理确定方向。只有在原图上进行 整体分析时才可不用拆除约束,设想已经去掉了; * 对各单件分析时，首先找出二力构件进行分析; 再找出可利用三力平衡汇交定理的三力构件，确定反 力方向; * 最后分析复杂受力构件，未知方向的力按给定坐 标方向分解,A,A,C,C,B,B,A,B,C

16、,A,B,C,A,B,C,A,B,C,B,C,A,C,A,B,C,D,C,C,D,P,B,D,A,D,C,例：,三力平衡汇交点,E,小 结,1基本概念 力和刚体是静力学的基本概念。 （1） 力对物体的作用有两种效应，外效应和内效应。静力学只研究 力的外效应。 （2） 刚体是不变形的固体，它是力学中物体的一种抽象化模型。在 静力学中把所研究的物体看成是刚体，这就是使得研究平衡问题时大 为简化。 2静力学公理 静力学公理是静力学的基础。 二力平衡公理、加减平衡力系公理和力的可传性原理只适用于刚体 而不适用于变形体。 作用力与反作用力虽然大小相等、方向相反，沿同一直线，但是作 用在两个不同的物体上；

17、它不是二力平衡公理中所说的两个作用在同 一刚体上的力。因此，不能认为作用力与反作用力互相平衡。,3约束与约束反力 物体受周围其他物体的限制，使它沿某些方向的运动成为不可能，这些周围物体叫做该物体的约束。约束对被约束物体的作用力，叫约束反力。 分析约束反力不能根据被约束物体的运动趋势，而是根据约束的性质，要看约束怎样限制物体的运动。 对工程中的几种基本类型约束要能正确理解，熟练掌握。 4受力图 画受力图是力学中重要的一环，若受力图错了，分析和计算也必将导致错误的结果。因此，画受力图，读者应认真对待，反复练习。 画受力图的步骤，可大致归纳如下： （1）首先根据问题的要求确定研究对象，并将确定的研究对象，从周围物体的约束中分离出来。 （2）画已知力，例如重力、载荷等。 （3）画约束反力。先分析研究对象和周围物体的连接属于哪类约束，再根据约束性质画约束反力。, 讨论,一 . 关 于 约 束,二. 关于二力构件与 三力汇交的讨论,二力平衡、二力构件, 分析下列结构中各构件的受力; 讨论哪些构件属于二力构件与 三力汇交,