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1、绪绪 论论 工程力学工程力学是力学力学与工程学工程学的结合，研究工程中的力学问题，基本内容包括理论理论力力学学和材料材料力学力学两部分。这两部分知识都是学习其他工程科学知识的基础。理论力学理论力学研究物体机械运动的一般规律。理论力学理论力学内容分为静力学静力学、运动学运动学和动力动力学学。根据各专业的不同要求，也考虑到工程力学课程学时的大量缩减，本课程只学习其中的静力学部分。理论力学理论力学研究物体机械运动的一般规律。材料力学材料力学主要研究在外力作用下构件的内部受力、变形和失效的规律；提出保证构件具有足够强度强度、刚度刚度和稳定性稳定性的设计准则和方法。强度强度是指构件在载荷作用下抵抗破坏的
2、能力刚度刚度是指构件在载荷作用下抵抗变形的能力稳定性稳定性是指构件在载荷作用下保持其原有平衡形态的能力工程力学工程力学是学习固体力学固体力学与流体力学流体力学两大力学分支的入门基础，是工科各专业重要的技术基础课，只有学好工程力学才能学好与本专业有关的后续专业课程，例如：结构力学、混凝土结构设计原理、钢结构设计原理、土力学；机械原理、机械振动、流体力学与液压传动、泵与风机等。工程力学课程的学时学时安排：60学时工程力学教材教材：科学出版社工程力学课程成绩成绩评定：考试+平时作业+出勤+课堂练习工程力学学习方法学习方法：1、认真听课，记笔记；2、认真完成作业3、课前认真预习，课后认真复习课堂要求课
3、堂要求：手机要满电有信号哟，教材、笔、练习草纸必须带，随时会有课堂练习第一部分第一部分 静力学静力学静力学研究物体在力的作用下的平衡规律及其应用静力学包括以下三个主要内容：1、物体的受力分析。2、力系的简化。3、力系的平衡条件。静力学是建立在力的矢量特性的数学基础上的，因此也称为矢量静力学。第一章第一章 静力学公理和物体的受力分析静力学公理和物体的受力分析 1.1 1.1 静力学的基本概念静力学的基本概念 1.2 1.2 静力学基本公理静力学基本公理 1.3 1.3 约束与约束反力约束与约束反力 1.4 1.4 物体的受力分析与受力图物体的受力分析与受力图 力的单位：力的单位：牛顿(N)千牛顿
4、(kN)1.1 1.1 静力学基本概念静力学基本概念一、一、力力的概念的概念1 1定义定义：力是物体间的相互机械作用，这种作用可以改变物 体的运动状态。2.2.力的效应：力的效应：运动效应(外效应)变形效应(内效应)。3.3.力的三要素：力的三要素：大小，方向，作用点A力力 系系：是指作用在物体上的一群力。平衡力系平衡力系：物体在力系作用下处于平衡，我们称这个力系为平衡力系。二二.刚体刚体三三.平衡平衡1.2 1.2 静力学基本静力学基本公理公理公理公理：是人类经过长期实践和经验而得到的为人们所公认的结论，它已经被实践反复验证，无须再理论证明。公理一公理一 力的平行四边形法则力的平行四边形法则
5、中学物理、大学物理、高等数学，至少已经学过三遍了。R=F1+F2公理二公理二 二力平衡公理二力平衡公理 作用在一个刚体上的两个力，使刚体保持平衡的必要与充分条件是：这两个力大小相等，方向相反，作用在一条直线上。这是最简单的力系的平衡规律。二力体二力体：只在两个力作用下平衡的刚体叫二力体。说明：说明：对变形体(或多体中)来说，上面的条件只是必要条件 在已知力系上加上或减去任意一个平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用。推论推论1 1：力的可传性：力的可传性。因此，对刚体来说，力作用三要素为：大小，方向，作用线大小，方向，作用线公理三公理三 加减平衡力系公理加减平衡力系公理 作用于刚体上的力可沿其作
6、用线移动到同一刚体内的任一点，而不改变该力对刚体的作用效应。若一刚体受三个力作用且处于平衡状态，则此三力必在同一平面内，且三个力的作用线必通过同一个汇交点；若汇交点在无穷远，则三个力互相平行。推论推论2 2：三力平衡汇交定理三力平衡汇交定理 公理四公理四 作用力和反作用力定律作用力和反作用力定律等值、反向、共线、异体、且同时存在。约束力约束力：约束给被约束物体的力叫约束力。1.3 1.3 约束与约束力约束与约束力一、概念一、概念自由体自由体：位移不受限制的物体叫自由体。非自由体非自由体：位移受限制的物体叫非自由体。约束约束：对非自由体的某些位移预先施加的限制条件称为约束。（这里，约束是名词，而
7、不是动词的约束。）（这里，约束是名词，而不是动词的约束。）大小常常是未知的；方向总是与约束限制的物体的位移方向相反；作用点在物体与约束相接触的那一点。约束力特点：约束力特点：二二、常见的约束类型、常见的约束类型 工程中物体之间的相互作用方式多种多样，常见的约束类型有以下几种。绳索类只能受拉只能受拉，所以它们的约束反力是作用在接触点作用在接触点，方向沿绳索背离物体沿绳索背离物体。1 1、柔索约束、柔索约束约束力作用在接触点处，方向沿公法线，指向受力物体2.光滑接触面的约束3 3、光滑圆柱型铰链约束、光滑圆柱型铰链约束铰链铰链：两个零件上各钻一个圆孔，用圆柱形销钉连接，形成一个关节称为圆柱型铰链圆
8、柱型铰链，简称铰链铰链。铰链的约束力经过销钉圆心，且垂直于销钉轴线，但指向不定。为此，通常把铰链约束力正交分解为两个特定方向的分力，指向可以假设，真实的铰链形式多样，为方便，常用示意图表示，铰链的示意图 4 4、径向轴承约束、径向轴承约束 机械设备中轴承的种类繁多，其中径向轴承径向轴承主要承受径向载荷，径向轴承给轴的约束力沿着圆轴的直径方向而垂直于轴线，这与铰链约束中的销钉受力完全一样。5 5、固定铰支座、固定铰支座5 5、固定铰支座、固定铰支座 如果铰链中的某一个零件与基础或支架固定在一起作为支座，这种约束称为固定铰链支座固定铰链支座，简称固定铰支座固定铰支座，固定铰支座的示意图 固定铰支座
9、只限制与销钉垂直平面内的两个移动位移，而不限制绕销钉的转动角位移，支座对物体的约束力的画法与铰链一样 6 6、滚动铰支座（活动铰支座、可动铰支座或滚轴支座）、滚动铰支座（活动铰支座、可动铰支座或滚轴支座）滚动铰支座示意图滚动铰支座示意图7、链杆约束、链杆约束两个零件之间通过不计自重的二力杆用铰链连接，这个二力杆称为链杆链杆，这种约束称之为链杆约束链杆约束或链杆支座或链杆支座。链杆约束链杆约束RA8 8、止推轴承、止推轴承 普通轴承的作用是以尽量小的滚动摩擦，传递与轴垂直方向的力，从而将轴支承在设计工位。止推轴承除了在径向传递力之外，还要阻止轴的轴向位移，承受轴向载荷，9 9、球形铰链、球形铰链
10、通过球体和球壳将两个零件结合在一起的约束，称为球形球形铰链约束铰链约束，简称球铰球铰，球铰的球体与球壳之间不计摩擦，球体的球心不能有任何线位移，只可以绕球心转动，所以，球壳与球体之间的约束力经过球心，但方向无法预知，可用三个正交分力代替，总结：工程中常见的约束类型，分为三种形式：单向约束单向约束，只限制一个方向的位移，例如柔索约束、光滑接触面约束、链杆约束，滚动铰支座等等，约束力的作用线唯一。双向约束双向约束，限制两个方向的位移，如铰链、固定铰支座、径向轴承等等，约束力通常需要正交分解为两个分力。三向约束三向约束，限制三个方向的位移，如球铰、止推轴承等等，约束力通常需要正交分解为三个分力。1.
11、41.4物体的受力分析和受力图物体的受力分析和受力图一、受力分析一、受力分析 解决力学问题时，首先要选定需要进行研究的物体，即选择研究对象；然后根据已知条件，约束类型并结合基本概念和公理分析它的受力情况，这个过程称为物体的受力分析受力分析。作用在物体上的力：一类是:主动力,如重力,风力,气体 压力等。二类是：被动力，即约束力。二、画物体受力图主要步骤为二、画物体受力图主要步骤为：选研究对象取分离体画上主动力画出约束反力例例1-1 如例题1-1a图所示，重量为P的球用绳子拴在A点，搁置在光滑的尖角B上，试画出球的受力图。三、例题分析三、例题分析：例题例题1-21-2 如图1-2a所示简易支架，管
12、道自重P P，直杆自重不计，接触面都光滑，直杆在B点由绳子拉住，画管道O和直杆AB的受力图。例题例题1-3 如图1-3a所示三铰刚架，自重不计，力P作用在铰链C上，画AC、BC、销钉C以及整体的受力图。解：第一种画法解：第一种画法 第二种画法第二种画法 第三种画法第三种画法例题例题1-4 如图所示门型刚架，自重不计，刚架承受分部载分部载荷荷作用，画刚架的受力图。物体之间的相互作用有时必须考虑作用范围，比如水对轮船外壳的作用等等，这种需要考虑作用范围的力称为分布力分布力或分布载荷分布载荷，按照作用范围可以分为体分布载荷体分布载荷（如重力、（如重力、惯性力等），惯性力等），面分布载荷面分布载荷（压
13、强等）和（压强等）和线分线分布载荷布载荷，图中刚架所受的载荷q就是线分布载荷，q表示线分布载荷的载荷集度，单位是N/m，或kN/m，图中的载荷集度q是常量，常称为均布载荷均布载荷，分部载荷表示一个力系，具体计算方法留待后续章节。受力分析时，分分布载荷必须按照原样画出，从而体现作用范布载荷必须按照原样画出，从而体现作用范围围。例题例题1-4 如图所示门型刚架，自重不计，刚架承受分布载分布载荷荷作用，画刚架的受力图。例例 画出下列各构件的受力图QAOBCDEQAOBCDEQAOBCDE例例 画出下列各构件的受力图例例 尖点问题应去掉约束应去掉约束应去掉约束应去掉约束例例 画出下列各构件的受力图四、画受力图应注意的问题四、画受力图应注意的问题2、不要多画力1、不要漏画力3、不要画错力的方向4、受力图上不能再带约束。5、受力图上只画外力，不画内力。7、受力图整体与局部必须一致，相互协调，不能相互矛盾。6、正确判断二力构件五、思考题五、思考题照片中的支座应该简化为何种支座？照片中的支座应该简化为何种支座？再见