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1、静力学 静力学基本概念 受力图第一页，本课件共有50页引言：引言：静力学研究物体在力系作用下的平衡规律。静力学研究物体在力系作用下的平衡规律。1、物体的受力分析；、物体的受力分析；2、力系的等效替换（或简化）：用一个简单力系、力系的等效替换（或简化）：用一个简单力系 等效代替一个复杂力系；等效代替一个复杂力系；3、建立各种力系的平衡条件。、建立各种力系的平衡条件。第二页，本课件共有50页力：力：物体间相互的机械作用，作用效果使物体物体间相互的机械作用，作用效果使物体 的的运动状态发生改变或使物体产生变形。运动状态发生改变或使物体产生变形。力的三要素：大小、方向、作用点。力的三要素：大小、方向、
2、作用点。力是矢量。力是矢量。力系：一群力。等效力系；合力；平衡力系力系：一群力。等效力系；合力；平衡力系。刚体：绝对不变形的物体，或物体内任意两点间刚体：绝对不变形的物体，或物体内任意两点间 的距离永不改变的物体。的距离永不改变的物体。第一章第一章 静力学的基本概念静力学的基本概念 受力图受力图1 力的概念力的概念2 刚体的概念刚体的概念F1-1 静力学基本概念静力学基本概念第三页，本课件共有50页公理公理1 二力平衡条件二力平衡条件 使刚体平衡的充分必要条件使刚体平衡的充分必要条件*最简单力系的平衡条件最简单力系的平衡条件1-2 静力学公理静力学公理*二力构件二力构件只受二力作用只受二力作用
3、 而平衡的构件而平衡的构件 物体相对惯性参考系（如地面）静止或作匀速直物体相对惯性参考系（如地面）静止或作匀速直线运动的状态。线运动的状态。3.平衡的概念平衡的概念第四页，本课件共有50页例：图示托架，不计杆例：图示托架，不计杆 的自重。的自重。CD为二力构件，简称二力杆，其受力图如图。为二力构件，简称二力杆，其受力图如图。例：图示三铰拱桥，不计自重与摩擦。例：图示三铰拱桥，不计自重与摩擦。右拱右拱CB为二力构件，其受力图如图（与形状无关）。为二力构件，其受力图如图（与形状无关）。第五页，本课件共有50页公理公理2 加减平衡力系原理加减平衡力系原理推理推理1 力的可传性力的可传性*作用在刚体上
4、的力是滑动矢量，力的三要素为作用在刚体上的力是滑动矢量，力的三要素为 大小、方向和作用线。大小、方向和作用线。在已知力系中添加或除去任一平衡力系，并不改在已知力系中添加或除去任一平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用。变原力系对刚体的作用。第六页，本课件共有50页公理公理3 力的平行四边形法则力的平行四边形法则合力合力*是复杂力系简化的基础。是复杂力系简化的基础。第七页，本课件共有50页推理推理 2 三力平衡汇交定理三力平衡汇交定理平衡时平衡时 必与必与 共线则三力必汇交共线则三力必汇交O 点，且共面。点，且共面。第八页，本课件共有50页公理公理4 作用和反作用定律作用和反作用定律 作用力和反作
5、用力总是同时存在，同时消失，等作用力和反作用力总是同时存在，同时消失，等值、反向、共线，作用在相互作用的两个物体上。值、反向、共线，作用在相互作用的两个物体上。*在画物体受力图时要注意此公理的应用。在画物体受力图时要注意此公理的应用。第九页，本课件共有50页公理公理5 刚化原理刚化原理柔性体（受拉力平衡）柔性体（受拉力平衡）刚化为刚体（仍平衡）刚化为刚体（仍平衡）反之不一定成立，因对刚体平衡的充分必要条反之不一定成立，因对刚体平衡的充分必要条件，对变形体是必要的但非充分的。件，对变形体是必要的但非充分的。刚体（受压平衡）刚体（受压平衡）柔性体（受压不能平衡）柔性体（受压不能平衡）第十页，本课件
6、共有50页约束：对非自由体的运动起限制作用的物体。约束：对非自由体的运动起限制作用的物体。约束力：约束对非自由体的作用力。约束力：约束对非自由体的作用力。约约束束力力大小大小待定待定方向方向与该约束所能阻碍的位移方向相反与该约束所能阻碍的位移方向相反作用点作用点接触处接触处1-3 约束约束(constraint）与约束反力与约束反力自由体自由体:在空中可以自由运动的物体。在空中可以自由运动的物体。非自由体非自由体；受到限制某些方向的运动不能发生的物体。受到限制某些方向的运动不能发生的物体。第十一页，本课件共有50页1、柔性体约束。、柔性体约束。柔索只能受拉力，又称张力。用柔索只能受拉力，又称张
7、力。用 表示。表示。工程中常见约束的基本类型工程中常见约束的基本类型(Typical Constraint Mode)如由柔软的绳索、胶带或链条等构成的约束。如由柔软的绳索、胶带或链条等构成的约束。第十二页，本课件共有50页柔索对物体的约束力沿着柔索背向被约束物体。柔索对物体的约束力沿着柔索背向被约束物体。胶带对轮的约束力沿轮缘的切线方向，为拉力。胶带对轮的约束力沿轮缘的切线方向，为拉力。第十三页，本课件共有50页2、光滑面约束、光滑面约束第十四页，本课件共有50页光滑支承接触对非自由体的约束力，作用在接触光滑支承接触对非自由体的约束力，作用在接触处；方向沿接触处的公法线并指向受力物体，故处；
8、方向沿接触处的公法线并指向受力物体，故称为法向约束力，用称为法向约束力，用 表示。表示。第十五页，本课件共有50页火车车轮火车车轮第十六页，本课件共有50页特例：方位：公法线指向：压物体：尖点接触：双面约束方位：垂直于接触面指向：假设第十七页，本课件共有50页(1)光滑圆柱铰链光滑圆柱铰链约束特点：由两个各穿孔的构件及圆柱销钉组成，约束特点：由两个各穿孔的构件及圆柱销钉组成，如剪刀。如剪刀。3、光滑铰链约束、光滑铰链约束反力未知时，可用二个通过轴心的正交分力反力未知时，可用二个通过轴心的正交分力 表示表示第十八页，本课件共有50页（2)固定铰链支座固定铰链支座约束力：与圆柱铰链相同。约束力：与
9、圆柱铰链相同。第十九页，本课件共有50页（3）滚动支座（辊轴支座，可动铰支座）滚动支座（辊轴支座，可动铰支座）约束特点：约束特点：在上述固定铰支座与光滑固定平面之间装有光滑辊在上述固定铰支座与光滑固定平面之间装有光滑辊轴而成。轴而成。约束力：约束力：构件受到垂直于光滑面的约束力。构件受到垂直于光滑面的约束力。第二十页，本课件共有50页（4）连杆（链杆）约束）连杆（链杆）约束一个单铰相当于一个单铰相当于2个链杆。个链杆。固定铰支座固定铰支座可动铰支座可动铰支座第二十一页，本课件共有50页（1）径向轴承（向心轴承）径向轴承（向心轴承）约束特点：约束特点：为孔与轴的配合问题，与光滑圆柱为孔与轴的配合
10、问题，与光滑圆柱 铰链一铰链一 样，可用两个通过轴心的正交分力表示。样，可用两个通过轴心的正交分力表示。4、轴承约束、轴承约束以上三种约束（经向轴承、光滑圆柱铰链、固定铰以上三种约束（经向轴承、光滑圆柱铰链、固定铰链支座）其约束特性相同，均为轴与孔的配合问题，链支座）其约束特性相同，均为轴与孔的配合问题，都可称作光滑圆柱铰链。都可称作光滑圆柱铰链。第二十二页，本课件共有50页齿轮传动轴齿轮传动轴第二十三页，本课件共有50页约束特点：约束特点：止推轴承比径向轴承多一个轴向的位移限制。止推轴承比径向轴承多一个轴向的位移限制。约束力：比径向轴承多一个轴向的约束反力。约束力：比径向轴承多一个轴向的约束
11、反力。止推轴承止推轴承第二十四页，本课件共有50页第二十五页，本课件共有50页螺栓连接螺栓连接铆钉连接铆钉连接销轴连接销轴连接第二十六页，本课件共有50页吊车大梁简化吊车大梁简化均匀分布载荷均匀分布载荷简称简称均布载荷均布载荷第二十七页，本课件共有50页火车轮轴简化火车轮轴简化第二十八页，本课件共有50页F第二十九页，本课件共有50页第三十页，本课件共有50页第三十一页，本课件共有50页可动较支座可动较支座固定铰支座固定铰支座固定端支座固定端支座定向支座定向支座 (滑动支座滑动支座)第三十二页，本课件共有50页画受力图步骤：画受力图步骤：3、按约束性质画出所有约束力、按约束性质画出所有约束力
12、注意接触点；注意接触点；注意系统内外力关系，图中不画出内力；注意系统内外力关系，图中不画出内力；注意作用反作用关系；注意作用反作用关系；铰链处作用的集中力与构件无关，作用在销钉上铰链处作用的集中力与构件无关，作用在销钉上1、取研究对象（隔离体）画出其简图、取研究对象（隔离体）画出其简图2、画出所有主动力、画出所有主动力1-4 物体的受力分析物体的受力分析 受力图受力图 (Force Analysis of body and Free body Diagram)第三十三页，本课件共有50页例例:碾子重为碾子重为 ，拉力为，拉力为 ，处光处光滑接触，画出碾子的受力图。滑接触，画出碾子的受力图。解：
13、画出简图解：画出简图画出主动力画出主动力画出约束力画出约束力第三十四页，本课件共有50页例例:屋架受均布风力屋架受均布风力 （N/m），），屋架重为屋架重为 ，画出屋架的受，画出屋架的受力图。力图。解：取屋架解：取屋架画出主动力画出主动力画出约束力画出约束力画出简图画出简图第三十五页，本课件共有50页例例:水平均质梁水平均质梁 重为重为 ，电动，电动机重为机重为 ，不计杆，不计杆 的自的自重，画出杆重，画出杆 和梁和梁 的受的受力图。图力图。图(a)解：解：取取 杆，其为二力构件，简杆，其为二力构件，简称二力杆，其受力图如图称二力杆，其受力图如图(b)第三十六页，本课件共有50页取取AB梁，其
14、受力图如图梁，其受力图如图(c)若这样画，梁若这样画，梁AB的受的受力图又如何改动力图又如何改动?CD杆的受力图能杆的受力图能否画为图（否画为图（d）所）所示？示？第三十七页，本课件共有50页例例:不计三铰拱桥的自重与摩不计三铰拱桥的自重与摩擦，画出左、右拱擦，画出左、右拱 的受力图与系统整体受力的受力图与系统整体受力图。图。解：解：右拱右拱 为二力构件，其受为二力构件，其受力图如图（力图如图（b）所示）所示第三十八页，本课件共有50页取左拱取左拱AC,其受力图如其受力图如图（图（c）所示）所示系统整体受力图如系统整体受力图如图（图（d）所示）所示第三十九页，本课件共有50页考虑到左拱考虑到左
15、拱 在三个力在三个力作用下平衡，也可按三力作用下平衡，也可按三力平衡汇交定理画出左拱平衡汇交定理画出左拱 的受力图，如图（的受力图，如图（e）所）所示示此时整体受力图如图此时整体受力图如图（f）所示）所示第四十页，本课件共有50页讨论：若左、右两拱都讨论：若左、右两拱都考虑自重，如何画出各考虑自重，如何画出各受力图？受力图？如图如图（g）（h）（i）第四十一页，本课件共有50页例例:不计自重的梯子放在光滑不计自重的梯子放在光滑水平地面上，画出梯子、水平地面上，画出梯子、梯子左右两部分与整个系梯子左右两部分与整个系统受力图。图统受力图。图(a)解：解：绳子受力图如图（绳子受力图如图（b）所示）所
16、示第四十二页，本课件共有50页梯子左边部分受力图梯子左边部分受力图如图（如图（c）所示）所示梯子右边部分受力梯子右边部分受力图如图（图如图（d）所示）所示第四十三页，本课件共有50页整体受力图如图（整体受力图如图（e e）所示）所示提问：左右两部分梯子在提问：左右两部分梯子在A处，绳子对左右两部分梯子处，绳子对左右两部分梯子均有力作用，为什么在整体受力图没有画出？均有力作用，为什么在整体受力图没有画出？第四十四页，本课件共有50页例例 :已知：已知：P=10kN,a,杆，轮重不计；杆，轮重不计；画出各构件受力图。画出各构件受力图。解：解：取整体，受力图能否这样画？取整体，受力图能否这样画？取整
17、体，画受力图。取整体，画受力图。第四十五页，本课件共有50页取取BDC 杆（不带轮）杆（不带轮）取取ABE（带着轮）（带着轮）取取ABE 杆（不带轮）杆（不带轮）取取BDC杆（带着轮）杆（带着轮）第四十六页，本课件共有50页例例:已知：已知：P,a,各杆重不计；各杆重不计；画出各构件的受力图。画出各构件的受力图。解：解：取整体，画受力图取整体，画受力图取取ADB 杆，画受力图杆，画受力图取取DEF 杆，画受力图杆，画受力图第四十七页，本课件共有50页对对AEC 杆受力图杆受力图整体受力图能否这样画？整体受力图能否这样画？第四十八页，本课件共有50页例例:已知：已知：a,b,P,各杆重不计，各杆重不计，C,E 处光滑；处光滑；画出各构件受力图。画出各构件受力图。解：解：取整体，画受力图。取整体，画受力图。取取BC，画受力图。，画受力图。第四十九页，本课件共有50页取取ADC 杆，画受力图。杆，画受力图。取销钉取销钉A，画受力图画受力图第五十页，本课件共有50页