静力学基本概念和物体的受力分析

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1、工程力学第一章静力学公理与物体的受力分析静力学主要研究以下三个问题：受力分析——分析作用在物体上的各种力，弄清研究对象的受力情况。平衡条件——建立物体处于平衡状态时，作用在物体上的力系应满足的条件。力系的简化。§1－3约束与约束力§1－2静力学基本公理§1－1静力学基本概念§1－4物体的受力分析与受力图§1-1静力学基本概念一、刚体的概念在力的作用下不发生变形的物体称为刚体，即物体内任何两点间的距离保持不变。在静力学中，所研究的物体只限于刚体，故又称刚体静力学。刚体是一个理想化的模型。要使物体处于平衡状态，作用于物体上的力系必须满足一定的条件，这些条件称为力系的平衡条件；二、

2、平衡物体平衡是指物体相对于地面保持静止或作匀速直线运动的状态。在工程技术上，平衡就是指物体相对地球（或机架）处于静止或作匀速直线平移的状态。三、力的概念力是物体之间相互的机械作用使物体的机械运动状态发生变化或者使物体发生变形力的运动效应（外效应）力的变形效应（内效应）力的大小、方向（包括方位和指向）和作用点力的三要素：ABF力的国际单位:牛顿（N）或千牛顿（kN）。AF力是一矢量书中矢量用黑斜体字表示（F），书写时在字头上加一箭头可用一有向线段表示分布力:力的作用位置是物体的某一部分面积或体积，这种分布作用的力称为分布力。载荷集度q(N/cm2)。力的分类:集中力:集中作用于

3、一点的力。桥面板作用在钢梁的分布力模型汽车通过轮胎作用在桥面上的集中力模型力系：作用于同一物体或物体系上的一群力。四、力系的概念等效力系：若一力系对物体作用，能以另一力系代替而不改变原力系对该物体的作用效果，则这两个力系互为“等效力系”。平衡力系：能使物体维持平衡的力系。F2F3F4F1F5FF4F5作用在同一刚体上的两个力，使刚体处于平衡状态的必要和充分条件是：这两个力等值，反向，共线。公理1二力平衡公理§1-2静力学基本公理

4、F1

5、=

6、F2

7、F1=–F2[要点]1.两力作用在同一刚体上；2.两力能使刚体平衡。ABABABC只在两个力作用下处于平衡的构件。二力构件（二力杆）

8、不是二力构件用途:已知两力的作用点，确定其作用线。在作用于刚体上的任意力系中，加上或去掉任一平衡力系并不改变原力系对刚体的作用。公理2加减平衡力系公理作用于刚体上的力，可沿其作用线任意移动而不改变它对刚体的作用效应。推论Ⅰ：力的可传性原理AB=FABAB=FF1F1F2ABAB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以合成为一个合力，合力也作用于该点。合力的大小和方向由以这两个力所作平行四边形的对角线来表示，这两个力称为合力的分力。平行四边形法则三角形法则推论Ⅱ：三力平衡汇交定理若作用于刚体上的三个不互相平行的力使其平衡，则此三个力必在同一平面内，且三个力的作用线

9、汇交于一点。三力平衡汇交定理可用下图关系来证明:ABCO两物体间的作用力和反作用力，总是大小相等，方向相反，且同一直线分别作用在这两个物体上。公理4作用与反作用公理[例]吊灯公理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。一、约束的概念（1）自由体与非自由体自由体:凡是可以在空间任意运动的物体。例如空中飞行的飞鸟、飞机、炮弹、火箭等。非自由体:凡是受到周围物体的限制，不能在某些方向上运动的物体。例如悬挂在钢索上的重物、轨道上行驶的火车、支承于

10、墙上的梁，公路上的汽车等。§1-3约束和约束反力（2）约束限制非自由体的某些位移的周围物体称为非自由体的约束。例如，钢索对于重物，钢轨对火车，墙对于梁，轴承对电机转子，公路对于汽车等。约束被约束物体（3）约束反力（4）约束反力的方向约束作用于约束体上的力称为约束反力，简称为约束力或反力。例如钢索对重物的拉力，墙对梁的支承力，公路对汽车的支承力等都是约束反力。总是和约束所能阻碍的运动方向相反。如右图中力的方向。（5）主动力主动使物体产生运动，或运动趋势的力，称为主动力。如重力、风力、气体压力、已知施加在物体上的外力等。GGN1N2柔性约束中间铰链约束活动铰支座（辊轴支座）固定铰

11、链约束球形铰链支座光滑接触面约束光滑铰链约束二、约束类型（1）柔性约束：柔软的绳索、链条、皮带等构成的约束。反力：必定沿着柔性体的中心背离物体，即恒为拉力。特点：只能承受拉力，而不能承受压力和弯曲。PPTS1S'1S'2S2皮带约束实例反力:沿着接触表面的公法线指向被约束物体，作用在接触点，用FN表示。（2）光滑接触面约束特点：只能限制物体沿接触表面公法线而趋向支撑面的位移，而不能限制物体沿接触面切线方向的位移。PNNPNANB理想的中间铰链是由一个圆柱形销钉插入两构件的圆孔中构成。（3）中间铰链约束反