工程力学 教学课件 作者 李章政 编第01章静力学基本概念.ppt

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1、工程力学9/18/20211第1章静力学基本概念1.力的定义力（force）:物体间相互作用（action）效应（effect）外效应——运动状态发生改变内效应——形状发生变化三要素:大小、方向、作用点1.1力和力系的概念1.1.1力的概念9/18/202122.力的类型集中力：作用于一点的力（抽象）分布力体积力：按体积分布的力，如自重面积力：按面积分布的力，如液压、浮力线力：按长度分布的力3.力的单位基本单位：牛（N）常用单位：千牛（kN）力的别称：荷载（载荷，load）9/18/202131.1

2、.2力系的概念1.力系及其类型力系的概念：作用于物体上的一群力力系分类按占据位置分：平面力系，空间力系按空间方位分：汇交力系平行力系一般力系9/18/202142.不同的力系等效力系两个力系在效应（外效应）上相同，它们互为等效力系。合力（resultant）如果一个力与一个力系等效，则该力为力系的合力平衡力系:零效（外效应）力系称为平衡力系。静止不动匀速直线运动9/18/20215一、力对点之矩之定义力和力臂之乘积定义为力矩MO(F)=Fd力臂—力到矩心O的垂直距离转向—逆（+），顺（-）力矩为零

3、的条件力为零：F=0力的作用线通过矩心：d=0FdO力沿作用线滑移，F、d不变，对O点的矩不变。1.2力矩和力偶1.2.1力对点之矩9/18/20216力对点之矩的几何解释FdO力矢量的起点A、终点B向矩心O连线AB构成三角形OAB三角形OAB的面积力F对O点的矩的大小等于力矢与O点所构成三角形的面积的2倍。9/18/20217例1.1已知力作用在A处，F=100kN，矩形板的尺寸如图，求力F对O点之矩。解力臂：mFOABC4m3mdkN.m力矩：9/18/20218二、效应归类力的效应：移动效应

4、外效应—产生加速度内效应—伸长或缩短变形相互错动力矩的效应：转动效应外效应—产生角加速度内效应—截面转动FdO转动效应只与力矩大小力矩转向有关9/18/20219一、力偶的概念力偶的定义等值、反向、不共线的二力，称为力偶（couple）。引起物体转动力偶的度量：力偶矩M=力F力偶距d1.2.2力偶的概念和性质9/18/202110FFd力偶对任意一点O取矩OxM=Fd力偶对平面内任意一点的矩都等于力偶矩M，与位置无关。保持M不变（大小和转向），可改变力F的大小、方向以及力偶距d的大小转动效应不变

5、二、力偶的性质9/18/202111100N0.1m100N50N0.2m50N40N0.25m40N25N0.4m25N10N.m100N20mm100N200N10mm200N50N40mm50N2000N.mm9/18/202112力偶三要素大小，转向，作用面力偶的性质没有合力，不能用力来代替；只能由力偶去平衡；力偶对其作用面内任意一点之矩恒等于力偶矩，与矩心位置无关；两个力偶等效的条件是：力偶矩相等转向相同（1）力偶可以在其作用的平面内移动（2）M=Fd，保持M不变，可改变F、dFFd9/1

6、8/202113第三节静力学公理1.二力平衡公理公理内容物体受二力作用平衡，该二力必等值、反向、共线。二力构件FFPP工程中的二力杆件9/18/2021142.作用与反作用公理公理内容作用于物体间的作用力与反作用力等值、反向、共线。二力平衡公理的区别二力公理：二力同体作用与反作用：二力异体PPN作用与反作用公理=牛顿第三定律9/18/2021153.加减平衡力系公理公理内容在物体上加上或去掉一个平衡力系，不影响（物体的外效应）。推理——力的可传性原理力可沿其作用线滑动到任意位置，不改变其对物体的外效

7、应适用条件：刚体9/18/2021164.平行四边形公理共点二力合成法则二力为邻边，作平行四边形对角线为合力（Resultant）。F1F2R多个共点力可依次利用平行四边形法则进行合成——作力多边形。F1F2R力三角形9/18/202117应用之一：力的分解分解方法已知分解方向，平行四边形法则分解惟一；未知分解方向，分解不惟一。应用之二：三力平衡汇交定理物体受三力作用平衡，三力的作用线必汇交于一点RF1F29/18/2021181.4约束与约束反力约束：对物体某些运动的限制，称为该物体的约束。约束是

8、由其他物体来实现的。反力：约束对物体的作用力，就是约束反力，简称反力。其方向总是和限制物体的运动方向相反。1.4.1约束与约束反力的概念9/18/2021191.4.2常见的约束类型及反力1.柔绳限制:物体沿绳子方向离开反力:物体受拉，沿绳的方向GGS1S29/18/202120柔绳约束的工程实例9/18/202121GR3R2R1G2.光滑接触限制：物体沿法线方向进入反力：沿公共法线，物体受压公法线FNG9/18/2021223.光滑圆柱销限制：光滑接触，限制物体沿