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1、第一篇 静力分析,研究内容：刚体在各种力系作用下平衡的一般规律,桥梁受有：自身重力、铁轨压力、桥墩作用力、风载等,机身受有：自身重力、旋翼轴的作用力、空气动力等,静力平衡,11 静力学的基本概念 12 静力学公理 13 约束与约束反力 14 物体的受力分析与受力图,第一章 基本概念与受力分析,力的单位： 国际单位制：牛顿(N),1-1 静力学基本概念,一、力Force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。,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,* 运动效应或外效应,*变形效应或内效应,力的作用效应
2、：,力系System of Forces ：是指作用在物体上的一群力。 平衡力系Equilibrium Force System ： 物体在力系作用下处于平衡， 我们称这个力系为平衡力系。,是指物体相对于惯性参考系保持静止或作匀速直线运 动的状态。,二.刚体,就是在力的作用下，大小和形状都不变的物体。,三.平衡Equilibrium,平衡问题,1-2 静力学基本公理,公理：无须证明而为人们所公认的结论。,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 | F1 | = | F2 | 方向相反 F1 = F2 作用线共线， 作用于同一个物体上。,二力
3、体：只在两个力作用下平衡的刚体叫二力体。,二力杆,members subjected to the action of two forces,不是二力构件,刚化公理,将变形体看作刚体的条件,刚体平衡条件是变形体平衡的必要条件而非充分条件。,推论 (力在刚体上的可传性),作用于刚体上的力，其作用点可以沿作用线在该刚体内前后任意移动，而不改变它对该刚体的作用。,=,=,F1 = F2 = F,公理2 加减平衡力系原理,即，合力为原两力的矢量和。,公理3(力平行四边形公理) 作用于物体上任一点的两个力可合成为作用于同一点的一个力，即合力。合力的矢由原两力的矢为邻边而作出的力平行四边形的对角矢来表示。
4、,F1,F2,FR,矢量表达式：FR= F1+F2,F1,F2,FR,F1,F2,FR,力三角形法,FR=F1+ F2 + +Fn =SFi （i=1,2, ,n）,力多边形法则,推论(三力汇交定理) 当刚体在三个力作用下平衡时，设其中两力的作用线相交于某点，则第三力的作用线必定也通过这个点。,F1,F,F2,=,证明：,F3,F,=,A3,推论(三力汇交定理) 当刚体在三个力作用下平衡时，设其中两力的作用线相交于某点，则第三力的作用线必定也通过这个点。,证明：,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。,例 吊灯,作用力与反作用力定律,两物体间的相互作用力，大小相等，
5、方向相反，作用线沿同一直线。,此公理阐明了物体间相互作用的关系，表明作用力与反作用力成对出现，并分别作用在不同的物体上。,讨论： 在拔河比赛中,既然双方的作用力与反作用力的大小相等,应该不可能分出胜负,实际上总有一方获胜,这是否违背了作用力与反作用力定律?,约束反力：约束给被约束物体的力叫约束反力。,1-3 约束Constraint 与约束反力Constraint Force,一、概念,自由体Free Body ： 位移不受限制的物体叫自由体。,非自由体Nonfree Body ： 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
6、动词的约束。）,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：,G,二、约束类型和确定约束反力方向的方法：,柔性约束Cable Constraint,F1,F2,柔绳约束,胶带构成的约束,柔性约束Cable Constraint,柔绳约束,链条构成的约束, 约束类型与实例,绳索、链条、皮带,柔性约束Cable Constraint,约束反力作用在接触点处，方向沿公法线，指向受力物体,光滑面约束Smooth Surface Constraint,凸轮顶杆机构,光滑面约束Smooth Surface Constraint,光滑面约束
7、Smooth Surface Constraint,滑槽与销钉（双面约束）,光滑面约束Smooth Surface Constraint,Smooth surface,光滑面约束Smooth Surface Constraint,光滑圆柱铰链结构一般有以下四种形式 中间铰 固定铰支座 活动铰支座(辊轴支座) 二力构件(链杆) 其它,光滑铰链约束Constraint Of Smooth Cylindrical Pin,圆柱铰链,A,A,恐龙骨骼的铰链连接,光滑铰链约束Constraint Of Smooth Cylindrical Pin,盆骨与股骨之间的球铰连接,光滑铰链约束Constrain
8、t Of Smooth Cylindrical Pin,光滑铰链约束Constraint Of Smooth Cylindrical Pin,光滑铰链约束Constraint Of Smooth Cylindrical Pin,中间铰,(Hinge),销钉,中间铰,简化表示：,约束力表示：,固定铰支座,固定铰支座 swf0109b.swf,固定铰支座,固定铰支座,固定铰支座,活动铰支座Sliding Hinged- Support （辊轴支座）,活动铰支座,活动铰支座,其它表示,活动铰支座,连杆支座,连杆支座的约束力沿连杆中心线，指向不定。,连杆支座,翻斗车,连杆支座,实例,固定端约束,烟筒，
9、电线杆，悬臂粱，机床的卡盘,约束类型和约束反力,约束类型和约束反力,一、受力分析 作用在物体上的力有： 主动力：如重力,风力,气体压力等。 被动力：即约束反力。,1-4 物体的受力分析和受力图,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（类似于p21）,柔性约束,例 （p20）尖点问题,应去掉约束,应去掉约束,作图示轧路机轧轮的受力图。,例(p21) 两只油桶堆放在槽中，画出每个桶的受力图。,例.(p16) 画各构件的受力图,二力构件,A,B,C,B,C,A,C,A,B,C,D,C,C,D,例题 由水平杆AB和斜杆BC构成的管道支架如图所示。在A
10、B杆上放一重为P的管道。A ,B,C处都是铰链连接。不计各杆的自重 ,各接触面都是光滑的。试分别画出管道O,水平杆AB,斜杆BC及整体的受力图。,A,C,B,D,O,P,解: (1) 取管道O为研究对象,O,P,ND,(2) 取斜杆BC为研究对象,C,B,RC,RB,二力杆,A,C,B,D,O,P,D,ND,RB,FAy,(3) 取水平杆AB为研究对象,FAX,三力平衡汇交定理,(4)取整体为研究对象：,FAy,FAX,RC,D,ND,RB,FAy,FAX,(4)取整体为研究对象：,RC,D,ND,RB,FAy,FAX,E,如图所示结构，画AD、BC的受力图。,C,双铰刚杆约束例题,双铰链刚杆约束,受力图正确吗?,C,双铰链刚杆约束,例(p15) 画出AB杆的受力图（杆自重不计）。,A,A,C,C,B,B,A,B,C,A,B,C,A,B,C,怎样确定配重 W 或滑轮位置？,学生常犯的错误,本章小结,静力学公理是力学的最基本、最普遍的客观规律； 约束力反映了不同约束对非自由体运动的限制作用，同时也反映了物体之间的接触关系； 正确画出物体的受力图是研究物体平衡和运动的前提。,作 业,1.1、1.2、1.3,