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1、第一章物体受力分析第1页，本讲稿共28页1.1力和力系力和力系 1.1.1 力的概念力的概念1、力是物体间的相互机械作用，其、力是物体间的相互机械作用，其效果效果使物体运动状使物体运动状态发生变化或使物体产生变形。态发生变化或使物体产生变形。2、力对物体的作用效果取决于力的大小、方向和、力对物体的作用效果取决于力的大小、方向和作用点。作用点。3、力是矢量，矢量的模表示力的大小，矢量的方向表、力是矢量，矢量的模表示力的大小，矢量的方向表示力的方向，矢量的起端或终端表示力的作用点。示力的方向，矢量的起端或终端表示力的作用点。4、力的国际单位：牛顿（、力的国际单位：牛顿（N）。）。第2页，本讲稿共2
2、8页1.1.2力的投影力的投影力矢量在力矢量在F在空间直在空间直角坐标系角坐标系O-xyz中的投影中的投影有两种表示方法有两种表示方法:1 1、已知力矢量已知力矢量F F与与x x、y y、z z轴的夹角分别为轴的夹角分别为、，第3页，本讲稿共28页2 2、已知力矢量已知力矢量F F与与z z轴轴的夹角为的夹角为，且其在，且其在xy xy平面内的分力与平面内的分力与x x轴夹轴夹角为角为，则其在，则其在x x、y y、z z轴上的投影为：轴上的投影为：第4页，本讲稿共28页 1.1.3力系力系平面力系：平面力系：平面汇交力系、平面平行力系、平面汇交力系、平面平行力系、平面一般力系。平面一般力系
3、。空间力系：空间力系：空间汇交力系、空间平行力系、空间汇交力系、空间平行力系、空间一般力系。空间一般力系。若两个力系对物体作用效果相同，则称这两若两个力系对物体作用效果相同，则称这两个力系个力系等效等效。若力系。若力系Fi（i=1、2、3.、n）和）和力系力系Qj（j=1、2、3.、m）等效，则表示为）等效，则表示为FiQj。若力系和一力等效，则该力称为若力系和一力等效，则该力称为力系的合力力系的合力。若力系和零力系等效，则该力系称为若力系和零力系等效，则该力系称为平衡力系平衡力系。第5页，本讲稿共28页1.1.4力的基本原理力的基本原理 变形可以忽略的物体称为变形可以忽略的物体称为刚体刚体。
4、1 1、力的平行四边形定理、力的平行四边形定理作用在物体上同一点的两个力，可作用在物体上同一点的两个力，可以合成为一个力，合力的作用点也在该点，以合成为一个力，合力的作用点也在该点，合力的大小和方向，由这两个力为邻边构成合力的大小和方向，由这两个力为邻边构成的平行四边形的对角线决定。的平行四边形的对角线决定。F FR R=F=F1 1+F+F2 2 F Fx x=Fcos=Fcos F Fy y=Fsin=Fsin 式中式中为为F F与与x x轴所夹的锐角。轴所夹的锐角。第6页，本讲稿共28页2、二力平衡定理二力平衡定理作用在同一刚体上的两个力，使刚体处作用在同一刚体上的两个力，使刚体处于平衡
5、的必要和充分条件是：这两个力的于平衡的必要和充分条件是：这两个力的大小相等，方向相反，且作用在同一条直大小相等，方向相反，且作用在同一条直线上。线上。FA=-FB3、加减平衡力系原理加减平衡力系原理在作用于刚体的已知力系中，加上或减在作用于刚体的已知力系中，加上或减去任意的平衡力系，并不改变原力系对刚体去任意的平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用效应。的作用效应。第7页，本讲稿共28页4、力的可传性原理力的可传性原理作用于刚体上某点的力，可以沿其作用作用于刚体上某点的力，可以沿其作用线移到刚体上任意一点，而不改变该力对刚线移到刚体上任意一点，而不改变该力对刚体的作用效应。体的作用效应。加减平衡
6、力系和力的可传性原理只适用加减平衡力系和力的可传性原理只适用于刚体而不适用于变形体。于刚体而不适用于变形体。第8页，本讲稿共28页5、三力平衡汇交定理三力平衡汇交定理一刚体受共面不平行的三个力作用而平衡一刚体受共面不平行的三个力作用而平衡时，则此三力的作用线必汇交于一点。时，则此三力的作用线必汇交于一点。6、作用力与反作用力定理作用力与反作用力定理作用力与反作用力总是同时存在，两力的大作用力与反作用力总是同时存在，两力的大小相等、方向相反、沿着同一条直线，分别作用小相等、方向相反、沿着同一条直线，分别作用在两个相互作用的物体上。在两个相互作用的物体上。第9页，本讲稿共28页1.2约束和约束力约
7、束和约束力1.2.1自由体和非自由体自由体和非自由体 运动和位移不受任何限制的物体称为运动和位移不受任何限制的物体称为自由体自由体，否则称为，否则称为非自由体非自由体。第10页，本讲稿共28页1.22约束和约束力约束和约束力 对物体运动或位移起到限制作用的物对物体运动或位移起到限制作用的物体称为体称为约束约束。约束物体对被约束物体的。约束物体对被约束物体的作用力称为作用力称为约束力约束力。约束力的大小总是未。约束力的大小总是未知的，需用平衡条件加以确定。知的，需用平衡条件加以确定。促使物体运动的力称为促使物体运动的力称为主动力主动力。如：。如：重力、蒸压力。主动力的大小、方向和作重力、蒸压力。
8、主动力的大小、方向和作用点一般是已知的。用点一般是已知的。第11页，本讲稿共28页1.2.3根据约束本身物理属性或构造分析约束力根据约束本身物理属性或构造分析约束力1、柔性体约束、柔性体约束 柔性体约束力的方向是沿着柔性体背离柔性体约束力的方向是沿着柔性体背离被约束的物体，柔性体约束力的方向可被约束的物体，柔性体约束力的方向可“事前事前”确定。确定。约束力：约束力：T第12页，本讲稿共28页2、光滑面约束、光滑面约束光滑面约束力的方向光滑面约束力的方向是沿着接触面的是沿着接触面的公法线指向被约束的物体，公法线指向被约束的物体，光滑面光滑面约束力约束力的方向可的方向可“事前事前”确定。确定。约束
9、力：约束力：N第13页，本讲稿共28页3、轴承、固定铰支座和中间铰链、轴承、固定铰支座和中间铰链约束力：约束力：Rx，Ry第14页，本讲稿共28页第15页，本讲稿共28页第16页，本讲稿共28页4、光滑球形铰链、光滑球形铰链约束力：约束力：Rx，Ry,Rz第17页，本讲稿共28页5、滚动支座、滚动支座约束力：约束力：R第18页，本讲稿共28页6、固定支座、固定支座约束力：约束力：Fx，Fy,M第19页，本讲稿共28页1.3受力图受力图在力学计算中，首先要分析物体受到哪些力的作用，每个力的作用在力学计算中，首先要分析物体受到哪些力的作用，每个力的作用位置如何，力的方向如何，这个过程称位置如何，力
10、的方向如何，这个过程称对物体进行受力分析对物体进行受力分析。将所分将所分析的全部力用图形表示出来称析的全部力用图形表示出来称画受力图画受力图。（1）确定研究对象）确定研究对象，研究对象可以是一个，也可以是几个物体组成。，研究对象可以是一个，也可以是几个物体组成。（2）取分离体。）取分离体。将其从周围物体中分离出来，解除它们的全部约束，并画出将其从周围物体中分离出来，解除它们的全部约束，并画出其简图，称取分离体。其简图，称取分离体。（3）画出全部的主动力和约束力）画出全部的主动力和约束力。主动力一般是已知的，必须画出，不能。主动力一般是已知的，必须画出，不能遗漏，约束力一般是未知的，要从解除约束
11、处分析，不能凭空捏造。遗漏，约束力一般是未知的，要从解除约束处分析，不能凭空捏造。不画内力，只画外力。不画内力，只画外力。外力它包括作用在研究对象上全部的主动力和约束力，外力它包括作用在研究对象上全部的主动力和约束力，研究对象的运动效应取决于外力，与内力无关。研究对象的运动效应取决于外力，与内力无关。第20页，本讲稿共28页例例1.1 1.1 画出碾子的受力图。画出碾子的受力图。第21页，本讲稿共28页例题：例题：重为重为P P的混凝土圆管，放在光滑的斜面的混凝土圆管，放在光滑的斜面上，并在上，并在A A用绳索拉住，如图所示，试画出混凝用绳索拉住，如图所示，试画出混凝土圆管的受力图。土圆管的受
12、力图。第22页，本讲稿共28页例题：例题：水平梁水平梁ABAB受均匀分布的荷载受均匀分布的荷载q q(N/m)(N/m)的作用，的作用，梁的梁的A A端为固定铰支座，端为固定铰支座，B B端为滚动铰支座，如图所端为滚动铰支座，如图所示，试画出梁示，试画出梁ABAB的受力图。的受力图。第23页，本讲稿共28页例例1.2 1.2 画出物体系统、球体、杆件的受力图。画出物体系统、球体、杆件的受力图。第24页，本讲稿共28页例例1.3画出整体、画出整体、AB跨和跨和BC跨的受力图。跨的受力图。第25页，本讲稿共28页例例1.4画出梁画出梁AC、杆、杆BC和托架的受力图。和托架的受力图。第26页，本讲稿
13、共28页例：例：第27页，本讲稿共28页 由上述几个例题知正确地画出物体的受力图，是分析和解由上述几个例题知正确地画出物体的受力图，是分析和解决力学问题的基础，决力学问题的基础，画物体的受力图时应注意：画物体的受力图时应注意：1必须明确研究对象必须明确研究对象，将所研究的物体分离出来，画分离体，将所研究的物体分离出来，画分离体图。研究对象可以取为单一，也可以取由几个物体组成的系统图。研究对象可以取为单一，也可以取由几个物体组成的系统为研究对象，研究对象不同受力也不同。为研究对象，研究对象不同受力也不同。2画出全部的主动力和约束力画出全部的主动力和约束力，应根据连结处的受力特点进行，应根据连结处的受力特点进行受力分析，不能凭空造力，也不能漏掉一个力。受力分析，不能凭空造力，也不能漏掉一个力。3正确运用静力学原理正确运用静力学原理，例如二力平衡原理、作用力与反作用，例如二力平衡原理、作用力与反作用力定律、三力平衡汇交定理等。当分析物体间相互作用时，作用力定律、三力平衡汇交定理等。当分析物体间相互作用时，作用力的方向一旦被假定，反作用力的方向必与之相反。力的方向一旦被假定，反作用力的方向必与之相反。4画受力图时，画受力图时，要分清系统的外力还是内力要分清系统的外力还是内力，只画外力不，只画外力不画内力。画内力。第28页，本讲稿共28页