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1、课程主讲人：第1章 静力学基础工程力学（静力学与材料力学）2第一章 静力学基础1 静力学基本概念2 工程力学简介3 约束与约束力4 几种典型约束5 受力图工程力学（静力学与材料力学）31 1 静力学基本概念静力学基本概念力的定义：物体间的相互机械作用物体间的相互机械作用。力的作用效应 内效应内效应: 物体的形状或尺寸发生改变即变形。物体的形状或尺寸发生改变即变形。 外效应外效应: 物体运动状态发生改变。物体运动状态发生改变。力的三要素 力的大小、方向与作用点力的大小、方向与作用点力是矢量力是矢量,一般用黑体字表示一般用黑体字表示,其模用白体字表示其模用白体字表示力的概念大小：大小：相互机械作用
2、的强度相互机械作用的强度方向方向：力的作用方位与指向：力的作用方位与指向作用点：力的作用部位作用点：力的作用部位工程力学（静力学与材料力学）4刚体平衡 力作用下形状与尺寸均不改变的物体，称为力作用下形状与尺寸均不改变的物体，称为刚体刚体。 如果物体的变形不大，或变形对于所研究的问题影响如果物体的变形不大，或变形对于所研究的问题影响不大，即可将物体抽象为刚体。不大，即可将物体抽象为刚体。 物体相对于地面（惯性参考系）处于静止或作匀速直线远动的状态，称为平衡。它是物体远动的一种特殊形式。 等效力系: 对同一刚体产生相同作用效应的两力系对同一刚体产生相同作用效应的两力系力系定义：作用在同一物体上的一
3、组力作用在同一物体上的一组力合力与分力: 与一个力系等效的力，称之为合力，而该力与一个力系等效的力，称之为合力，而该力系各力则为该合力的分力系各力则为该合力的分力力 系工程力学（静力学与材料力学）5平衡力系: 作用于刚体并使其保持平衡的力系作用于刚体并使其保持平衡的力系力系简化: 将作用在刚体上的复杂力系替换为与其等将作用在刚体上的复杂力系替换为与其等效的简单力系的过程效的简单力系的过程力系(续)平面与空间力系: 各力作用线均位于同一平面的力系称各力作用线均位于同一平面的力系称为为平面力系平面力系，否则称为，否则称为空间力系空间力系汇交与平行力系: 各力作用线汇交于同一点的力系称为各力作用线汇
4、交于同一点的力系称为汇交力系,各力作用线互相平行的力系称为各力作用线互相平行的力系称为平行力系平行力系力偶系: 作用在同一物体上的一组力偶作用在同一物体上的一组力偶工程力学（静力学与材料力学）62 工程力学简介工程力学简介静力学 研究物体（主要是刚体）研究物体（主要是刚体）平衡规律的科学平衡规律的科学, ,包括物体受力分析、包括物体受力分析、力系简化与力系的平衡条件。力系简化与力系的平衡条件。 工程力学包括工程力学包括静力学与与材料力学两部分。两部分。材料力学 研究工程零构件（主要是研究工程零构件（主要是杆件）的变形与失效规律的科学杆件）的变形与失效规律的科学, ,包包括强度失效、刚度失效与稳
5、定性失效。括强度失效、刚度失效与稳定性失效。强度失效强度失效- -破坏破坏; ;刚度失效刚度失效- -变形过大变形过大; ;稳定性失效稳定性失效- -丧失原有平衡形式。丧失原有平衡形式。 工程力学 主要研究主要研究工程零构件的受力、强度、刚度与工程零构件的受力、强度、刚度与稳定性的基本理论与分析方法稳定性的基本理论与分析方法。工程力学（静力学与材料力学）73 约束与约束力约束与约束力自由体自由体：可以在空间自由运动的物体可以在空间自由运动的物体非自由体非自由体：某些方向的位移受到限制某些方向的位移受到限制的物体的物体工程力学（静力学与材料力学）8约约 束：使非自由体某些位移受到一定使非自由体某
6、些位移受到一定限制的条件。限制的条件。约束体：约束体：对非自由体构成约束的物体对非自由体构成约束的物体。列车是非自由体列车是非自由体铁轨是约束体铁轨是约束体约束力：约束力：约束体作用于非自由体的力约束体作用于非自由体的力。 约束力的方向，与所约束位移的方向相反。约束力的方向，与所约束位移的方向相反。铁轨作用在车轮铁轨作用在车轮上的力是约束力上的力是约束力主动力主动力：作用在物体上的非约束力作用在物体上的非约束力。作用在列车上的作用在列车上的重力是主动力重力是主动力工程力学（静力学与材料力学）94 几种典型约束几种典型约束柔索，光滑面，圆柱状铰链，球状铰链，链杆，固定端柔 索约约 束：束：限制物
7、体沿柔索伸长方向的位移。限制物体沿柔索伸长方向的位移。绳索、链条与胶带等柔性带状物绳索、链条与胶带等柔性带状物, ,不抗压不抗压, ,不抗弯不抗弯约束力：约束力：沿柔索中心线、沿柔索中心线、指向背离所连接物体指向背离所连接物体的拉力的拉力工程力学（静力学与材料力学）10摩擦力可忽略不计的面约束，称为摩擦力可忽略不计的面约束，称为光滑面约束。光滑面约束约约 束：束：限制物体接触点沿公限制物体接触点沿公法线且指向约束方向的位移法线且指向约束方向的位移 约束力：约束力：沿公法线方向指向被沿公法线方向指向被约束的物体约束的物体工程力学（静力学与材料力学）11光滑圆柱类铰链1.1. 铰 链物体间圆柱形孔
8、销连接物体间圆柱形孔销连接, ,简称简称铰链,摩擦力一般忽略不计摩擦力一般忽略不计. . 约约 束：束：限制物体受约束处垂直销钉轴限制物体受约束处垂直销钉轴线方位的线位移线方位的线位移 约束力：约束力：作用线通过且垂直销钉轴线的作用线通过且垂直销钉轴线的力力F, 也可用互也可用互垂分力垂分力Fx与与Fy表示表示工程力学（静力学与材料力学）12光滑圆柱类铰链2. .固定铰支 将铰链用于物体与支承物之间构成的约束将铰链用于物体与支承物之间构成的约束, ,称为称为固定铰链支座,简称简称固定铰支。约约 束：束：限制物体受约束处垂直销钉轴线方位的线限制物体受约束处垂直销钉轴线方位的线位移位移 约束力：约
9、束力：作用线通过且垂直销钉轴线的力作用线通过且垂直销钉轴线的力，也可用也可用互垂分力互垂分力Fx与与Fy表示表示工程力学（静力学与材料力学）13光滑圆柱类铰链3. .活动铰支 可沿固定支承平面滚动的铰链支座，称为可沿固定支承平面滚动的铰链支座，称为活动铰活动铰链支座，链支座，简称简称活动铰支活动铰支。 约约 束：束：仅限制物体受约束处垂直于支承平面的仅限制物体受约束处垂直于支承平面的线位移线位移 约束力：约束力：作用线垂直于支承平面并指向被连接物作用线垂直于支承平面并指向被连接物工程力学（静力学与材料力学）14光滑圆柱类铰链4. .径向轴承5. .止推轴承工程力学（静力学与材料力学）15光滑球
10、铰链由光滑球与球窝构成的约束由光滑球与球窝构成的约束, ,称为称为球铰。约约 束：束：限制球心在三维空间任意方向的线位移限制球心在三维空间任意方向的线位移 约束力：约束力：约束力通过球心约束力通过球心, ,并可指向空间任一方向，通并可指向空间任一方向，通常用过球心的三个互垂分力常用过球心的三个互垂分力Fx，Fy与与Fz表示表示 工程力学（静力学与材料力学）16链杆约束两端均为光滑铰链的刚性连接杆，称为两端均为光滑铰链的刚性连接杆，称为链杆。 约约 束：束：两端铰链中心沿其连线方位无相对线位移两端铰链中心沿其连线方位无相对线位移约束力：约束力：作用在两铰链上的力，沿铰链连线，等值、反向。作用在两
11、铰链上的力，沿铰链连线，等值、反向。 链杆本身链杆本身重量一般忽略不计重量一般忽略不计, 所以属于二力杆所以属于二力杆,可以是直杆或曲杆。可以是直杆或曲杆。 仅承受两个力且处于平衡状态的构件，称为仅承受两个力且处于平衡状态的构件，称为二力构件或二力杆。二力作用下的刚体，平衡的必要充分条件是二力等值、反向与共线，二力作用下的刚体，平衡的必要充分条件是二力等值、反向与共线，称为称为二力平衡原理。BBFF工程力学（静力学与材料力学）175 受力图受力图 1. 将圆轮单独画出。将圆轮单独画出。实例分析 图示重为图示重为W的圆轮，的圆轮，A点由绳点由绳AB系住，系住，D点靠在光滑曲面上。试点靠在光滑曲面
12、上。试问圆轮受哪些力。问圆轮受哪些力。2. 重心重心C，作用重力作用重力W，主动力。，主动力。3. 连接点连接点A，绳索约束，拉力，绳索约束，拉力FA，沿绳索沿绳索AB 。4. 接触点接触点D，光滑面约束，压力，光滑面约束，压力FD，沿公法线。沿公法线。工程力学（静力学与材料力学）181. 选择研究对象，并画其分离体图；选择研究对象，并画其分离体图；表示分离体及其上所受全部主动力与约束力的简图，称为表示分离体及其上所受全部主动力与约束力的简图，称为受力图。 为了研究平衡或运动被选择的物体，称为为了研究平衡或运动被选择的物体，称为研究对象。解除约束后的物体，称为解除约束后的物体，称为分离体。受力
13、分析的几个概念画受力图的步骤与要点2. 在分离体上，画作用其上的主动力；在分离体上，画作用其上的主动力； 3. 在分离体的每个被约束处，画相应约束力。在分离体的每个被约束处，画相应约束力。 工程力学（静力学与材料力学）19刚体系受力图经适当连接由若干刚体组成的系统，称为经适当连接由若干刚体组成的系统，称为刚体系 。 由系外物体作用于系内刚体上的力由系外物体作用于系内刚体上的力, ,称为称为外力；系内刚体间的系内刚体间的相互作用力相互作用力, ,称为称为内力，内力总是成对出现内力总是成对出现。 图示结构，由杆图示结构，由杆AC，BC与与DE组成组成, ,各杆重量忽略不计各杆重量忽略不计, ,试分别试分别画结构整体、杆画结构整体、杆AC与杆与杆BC的受力图。的受力图。 铰链铰链C, ,D与与E处处, ,相连部分间的相互作用力为内力相连部分间的相互作用力为内力, ,可不画。可不画。 工程力学（静力学与材料力学）20杆杆DE为二力杆，约束力为二力杆，约束力FD的作用线沿连线的作用线沿连线DE。 约束力约束力FE的作用线也沿连线的作用线也沿连线DE。 CyCyCxCxFFFF ,CyCyCxCxFFFF , 或工程力学（静力学与材料力学）21本章结束