静力学基础及物体受力分析

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1、工程力学王义质李叔涵主编重庆大学出版社第一篇静力学第一章静力学基础及物体受力分析§1-1静力学的基本概念一、刚体的概念刚体是受力作用时不发生变形的物体，即在受力作用时刚体内部任意两点间的距离始终保持不变。二、力的概念力是物体间的相互机械作用，其结果是迫使物体的运动状态和形状发生改变。力对物体作用的效应取决于力的三个要素：力的大小、方向和作用点。力的作用点是指物体承受力的那个部位。两个物体间相互接触时总占有一定的面积，力总是分布于物体接触面上各点的。当接触面面积很小时，可近似将微小面积抽象为一个点，这个点称为力

2、的作用点，该作用力称为集中力；反之，当接触面积不可忽略时，力在整个接触面上分布作用，此时的作用力称为分布力。分布力的大小用单位面积上的力的大小来度量，称为载荷集度，用q(N/cm2)表示。图1-1力是矢量，记作F。没有固定作用点的矢量称为自由矢量。作用点固定的矢量称为定位矢量。无需表明它的作用点却有固定作用线的矢量，称为滑移矢量。三、力系的概念力系是指作用于物体上的一群力的集合或一群力的总称。§1-2力的基本性质一、二力平衡原理作用在刚体上的两个力使刚体处于平衡的充要条件是：这两力等值、反向且作用在同一直线上。这就是二力平

3、衡原理。二、加减平衡力系原理在作用于刚体上的已知力系上，加上或减去任意的平衡力系，将不会改变原力系对刚体的作用效应。图1-2图1-3推论：作用于刚体上某点的力，可沿力的作用线移至刚体内任意一点而不改变该力对刚体的作用。它被称之为力在刚体上的可传性原理。三、力的平行四边形原理作用在物体上同一点的两个力可以合成为一个合力，其合力作用点在同一点上，合力的方向和大小由原两个力为邻边构成的平行四边形的对角线决定（图1-4）。这个性质称为力的平行四边形原理。其矢量式为即合力矢R等于二分力F1和F2的矢量和。图1-4图1-5推论：作用于

4、刚体上三个相互平衡的力，若其中二力作用线汇交于一点，则此三力必在同一平面内，且第三力的作用线必定通过汇交点。这个推论被称为三力平衡汇交定理。四、作用与反作用原理任何二物体间相互作用的一对力总是等值、反向、共线的，并同时分别作用在这两个物体上。这两个力互为作用力和反作用力。这就是作用与反作用原理。五、刚化原理当变形体在已知力系作用下处于平衡时，若把变形后的变形体刚化为刚体，则其平衡状态保持不变。这个结论称为刚化原理。图1-6§1-3约束与约束反力一、约束的概念凡对某一构件（物体）的运动（位移）起限制作用的周围其他构件（物体）

5、，称为这一构件（物体）的约束。二、几种常见简单约束及其约束反力1.柔索由绳索、链条、皮带、钢索等所构成的约束称为柔索。图1-7图1-82.光滑接触面若两物体的接触面光滑，即摩擦对所研究的问题不起主要作用而可忽略不计时，接触面可视为“光滑”的。这种光滑接触面约束不能阻止被约束物体沿接触面切线方向的运动，而只能限制被约束物体沿接触面公法线方向的运动。因此，光滑接触面的约束反力只能是沿公法线而指向被约束物体。这类约束反力称为法向反力，常用字母N表示。图1-9图1-103.光滑圆柱铰链两个零件被钻上同样大小的孔并用销钉连接起来的这

6、类约束称为圆柱形铰链约束。若其中一个零件固定于地面或机架上，则这类圆柱形铰链约束称为固定铰链支座(图1-10(a))，简称固定铰支。其示意简图常用一个小圆圈或一三角形(图1-10(b))表示。图1-11图1-124.滚动铰链支座在固定铰链支座的底部安装上一排滚轮(图1-13(a))，可使支座沿固定支承面滚动，这种约束称为滚动铰链支座，常用来支承较长的梁。5.球形铰链支座在空间问题中常会遇到球形铰链。球形铰链由一个固定球窝和一半径与球窝相同、能在球窝内转动的球构成。球窝罩具有缺口，转动球与外界物体相连，如图1-14(a)所示

7、。这类空间约束称为球形铰链支座，简称球铰。图1-13图1-14图1-15此推轴承(图1-15(a))。6.二力构件只在两点受力而处于平衡的构件统称为二力构件。二力构件与具体构件的形状无关，构件的形状可以是弯曲的，也可以是直杆。若二力构件为一直杆，这类构件称为二力杆或链杆。图1-16§1-4受力分析与受力图在工程实际中，为求未知约束反力，需依据已知力应用平衡条件求解。为此，首先要确定构件(物体)受有多少力的作用以及各作用力的作用位置和力的方向。这个确定分析过程称为物体的受力分析。