理论力学.1.力的概念与物体的受力分析.ppt

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1、理论力学课堂教学软件（1）NanjingUniversityofTechnology第一篇静力学理论力学静力学力的概念和受力分析力矩的概念和力系的等效与简化第一篇静力学桁架与摩擦力系的平衡第1章力的概念与物体的受力分析第一篇静力学1.1静力学模型1.2力的基本概念1.3工程常见约束与约束力1.4受力分析与受力图1.5结论与讨论第1章力的概念与物体的受力分析1.1静力学模型返回第1章力的概念与物体的受力分析1.1静力学模型物体的合理抽象与简化——刚体受力的合理抽象与简化——集中力和分布力接触与连接方式的合理抽象与简化——约束物体的合理抽象与简化－刚体刚体——在力的作用

2、下，其内部任意两点之间的距离始终保持不变的物体。实际物体受力时，其内部各点间的相对距离都要发生改变，其结果是使物体的形状和尺寸改变，这种改变称为变形（deformation）。物体变形很小时，变形对物体的运动和平衡的影响甚微，因而在研究力的作用效应时，可以忽略不计，这时的物体便可抽象为刚体(rigidbody)。1.1静力学模型受力的合理抽象与简化——集中力和分布力物体受力一般是通过物体间直接或间接接触进行的。接触处多数情况下不是一个点，而是具有一定尺寸的面积。因此无论是施力体还是受力体，其接触处所受的力都是作用在接触面积上的分布力。人的脚掌对地面的作用力以及脚掌上各点处受到的地面支

3、撑力都是不均匀的。1.1静力学模型当分布力作用面积很小时，为了分析计算方便起见，可以将分布力简化为作用于一点的合力，称为集中力（concentratedforce）。例如，静止的汽车通过轮胎作用在水平桥面上的力，当轮胎与桥面接触面积较小时，即可视为集中力；而桥面施加在桥梁上的力则为分布力。F1F2q关于力的基本概念将在第1.2节中进行更为详细的阐述。1.1静力学模型工程中的机器和结构都是由若干零件和构件通过相互接触和相互连接而成。约束（constraint）则是接触和连接方式的简化模型。自由体（freebody）：物体的运动，没有受到其他物体的直接制约。接触与连接方式的合理抽象与简

4、化——约束1.1静力学模型1.1静力学模型非自由体或受约束体（constrainedbody）：物体的运动，如果受到其他物体直接制约。关于约束的内容将在第1.3节中进行更为详细的阐述。受到轴承制约的轴1.2力的基本概念返回第1章力的概念与物体的受力分析力与力系静力学基本原理1.2力的基本概念变形效应或内效应（effectofdeformation）：物体形状发生改变。力（force）是物体之间相互的机械作用，这种作用的效果是使物体的运动状态发生改变，同时使物体的形状发生改变。运动效应或外效应（effectofmotion）：物体运动状态的改变。力与力系1.2力的基本概念注

5、意：1.力作用于可变形物体，既有运动效应，也有变形效应。2.力作用于刚体时，只有运动效应，没有变形效应。力是矢量(vector)。如图所示，矢量的模按一定的比例尺表示力的大小；矢量的方位和指向表示力的方向；矢量的起点(或终点)表示力的作用点。力的矢量表示ABF1.2力的基本概念力的三要素：大小、方向、作用点。力在直角坐标系中的表示为：F=Fxi+Fyj+FzkFx，Fy，Fz分别为力矢F在x、y、z轴上的投影，为代数量。1.2力的基本概念力系(forcesystem):作用在物体上的力的集合。{F1,F2,…,Fn}1.2力的基本概念F1FnF3F2P1PmP2等效力系(equiv

6、alentforcesystem):对同一刚体产生相同作用效应的力系。{F1,F2,…,Fn}<＝>{P1,P2,…,Pn}合力(resultantforce):与某力系等效的力。{F1,F2,…,Fn}<＝>{FR}则该力系中的各力叫分力。按力的作用线分布：平面力系和空间力系；按力的作用线关系：汇交力系、平行力系和任意力系。所谓静力学基本原理是指人们在生产和生活实践中长期积累和总结出来并通过实践反复验证的具有一般规律的定理和定律。它是静力学的理论基础，且不用加以数学推导。静力学基本原理1.2力的基本概念原理1力的平行四边形法则作用在物体上同一点的两个力，可以合成为一个合力。合力的作

7、用点仍在该点，合力的大小和方向，由这两个力为边构成的平行四边形的对角线确定。即合力等于两个分力的矢量和，表达式为AF1FRF2它是力系简化的基础。1.2力的基本概念原理2二力平衡原理作用在同一刚体上的两个力，使刚体保持平衡的必要和充分条件是：这两个力大小相等、方向相反，作用在同一条直线上。其数学表达式为F1=－F2此公理提供了一种最简单的平衡力系。对于刚体此条件是充要条件，但对变形体只是必要条件而不是充分条件。二力构件（二力杆）：