工程力学第一章力静学基础知识.ppt

1,工程力学,（第四版）中国劳动社会保障出版社 主讲教师：刘妍佳 贵州省电子信息高级技工学校,2,目 录,绪论 第一篇 静力学 第一章 静力学基础知识 第二章 平面基本力系 第三章 平面一般力系,第二篇 材料力学 第四章 材料力学基础 第五章 拉伸和压缩 第六章 剪切和挤压 第七章 圆轴扭转 第八章 直梁弯曲,绪论 第一篇 静力学 第一章 静力学基础知识 第二章 平面基本力系 第三章 平面一般力系,第二篇 材料力学 第四章 材料力学基础 第五章 拉伸和压缩 第六章 剪切和挤压 第七章 圆轴扭转 第八章 直梁弯曲,3,绪 论,力学是一门以工程技术为背景的应用基础学科，它以理论、实验和计算机仿真为主要手段，研究工程技术中的普遍规律和共性问题，并直接为工程技术服务。工程力学作为力学的一个分支，是20世纪50年代末出现的。首先提出这一名称并对这个学科做了开创性工作的是中国学者钱学森。,4,一、工程力学在实际中的应用 二、工程力学所要解决的问题 三、学习工程力学的实际意义,5,一、工程力学在实际中的应用,瓦特蒸汽机运行原理,内燃机,6,一、工程力学在实际中的应用,上海杨浦大桥,桥面结构,7,一、工程力学在实际中的应用,2008年北京奥运会主场馆“鸟巢”,8,一、工程力学在实际中的应用,F,9,二、工程力学所要解决的问题,机械设备或工程结构都是由若干构件组成的，当它们传递运动或承受载荷时，各个构件都要受到力的作用。当我们研究这类问题时：首先，必须确定作用在各个构件上有哪些力以及它们的大小和方向；其次，在确定了作用在构件上的外力后还必须为构件选用合适的材料，确定合理的截面形状和尺寸，以保证构件既能安全可靠地工作，又符合经济要求。,10,二、工程力学所要解决的问题,11,三、学习工程力学的实际意义,1、工科各专业一般都要涉及机械运动和强度 计算的问题。2、工程力学是研究力学中最普遍、最基本的 规律。3、工程力学的研究方法具有典型性，有助于 培养辩证唯物主义观点以及分析问题和解 决问题的能力。,看书第一页,12,阅读材料：力学名人钱学森,钱学森（1911.12.11-2009.10.31），男，汉族，浙江省杭州市人。中国共产党优秀党员、忠诚的共产主义战士、享誉海内外的杰出科学家和中国航天事业的奠基人，中国两弹一星功勋奖章获得者之一。曾任美国麻省理工学院教授、加州理工学院教授，曾担任中国人民政治协商会议第六、七、八届全国委员会副主席、中国科学技术协会名誉主席、全国政协副主席等重要职务。,看书第四页,13,一、静力学研究什么：物体在力作用下的平衡规律二、包括的问题：1.物体的受力分析 2.物体在力系作用下的平衡条件,第一篇 静力学,G 重力 N 支持力 F 牵引力 f 摩擦力,14,第一篇 静力学,力系的概念:作用在同一物体上的一组力(或一 群力)。,T 牵引力 G 重力,T,G组成力系,使灯泡处于平衡,所以T,G就是平衡条件,此力系称为平衡力系.,15,第一篇 静力学,三、平衡的概念：物体相对于地球保持静止或作匀 速直线运动的状态。例如匀速直线运动的火车、静止的桥梁。,G 重力 N 支持力,四、平衡条件：使物体处于平衡的某些特定条件。,16,第一篇 静力学,想一想：当球体运动到最高点时，球速为0，它是否处于平衡状态？为什么？,回答：1、平衡状态是指受力平衡，球上升阶段，它受到重力做匀减速运动，到最高点时速度减为0了，但是对它作用的只有重力（摩擦力忽略），所以是不平衡的，这点其实就跟你手里拿着小球然后放手的一瞬间是一样的，小球开始没速度，然后开始向下落的。2、速度为0，但是加速度为g，所以不平衡！平衡是指加速度为0的情况下。,17,第一章：静力学基础知识,1-1 静力学模型 1-2 力 1-3 静力学公理,18,1-1 静力学模型,模型：对实际物体和实际问题的合理抽象与简化。一、对物体的合理抽象与简化刚体刚体：在力的作用下形状和大小都保持不变 的物体。,想一想：小孩坐在两端支起的木板上，使木板发生了形 变，这块木板可以抽象为刚体吗？,桌子变形很明显，而作为刚体，它的变形很微小，（可略去）所以这块木板不可以抽象为刚体。,19,1-1 静力学模型,二、对受力的合理抽象与简化集中力与 均布力 集中力：作用面积很小的力。例如：汽车停在桥面上，通过轮胎作用在桥面的力。,汽车的重量是通过轮胎作用在桥面上，由于轮胎与桥面的接触面积比较小，因此轮胎对桥面的作用力就看作是两个力，作用于一点的两个力，这种力就叫做集中力。,20,1-1 静力学模型,均布力：连续分布的力。例如：汽车停在桥面上，桥面施加在桥梁上的力。,桥面板作用在钢梁的力，接触面积并不是一点，也不是很小，因此梁所受的力不是集中力，而是沿着梁的长度方向分布的均布力。,均 布 力,21,1-1 静力学模型,集中力与均布力的区别:集中力：F（N）作用在物体的一点上。均布力：q(N/m)作用在物体的面积上。,三、对接触与连接方式的合理抽象与简化约束约束：构件之间的接触与连接方式的抽象与简化。是物体在空间的运动受到的限制。,22,1-2 力,提水桶时水桶受到手施加的力的作用，运动发生改变，人也有感觉，提水使双臂肌肉紧张收缩。掰手腕时双方用力肌肉也会紧张收缩，从而让我们体会到力的存在。,23,1-2 力,一、力的效应外效应：力使物体的运动状态发生改变的效应。静力学研究力的外效应。内效应：力使物体的形状发生变化的效应。材料力学研究力的内效应。,24,1-2 力,二、力的作用是相互的力的概念：力是物体间相互的机械作用。这种作用可以使物体的运动状态发生变化（外效应），也可以使物体的形状发生变形（内效应）。当某一物体受到力的作用时，一定有另一个物体对它施加这种作用。例如：人向前推墙时，墙对人有相反方向的作用力，使人向后运动。,25,1-2 力,三、施力物体和受力物体 人在提水的过程中，若把水桶看成是受力物体，则手是施力物体；反之，若认为手是受力物体，则水桶是施力物体。判别时主要是判断哪个是主动，哪个是被动。施力物体与受力物体的判别：主动：施力物体被动：受力物体,26,1-2 力,四、力的三要素 力对物体作用的效应决定于力的三个因素：力的大小、方向和作用点。三要素中只要有一个要素发生改变，那么力对物体的作用效果也发生改变。矢量：有大小和方向的量。力是具有大小和方向的量，所以力是矢量。用粗黑体字母表示矢量。,27,1-2 力,力的图示法：力可以用带箭头的线段表示。线段的长度表示力的大小，箭头表示力的方向，线段的起始点或终止点表示力的作用点。,28,1-3 静力学公理,一、作用与反作用公理（公理一）两个物体间的作用力与反作用力总是同时存在、同时消失，（总是成对出现）且大小相等、方向相反，其作用线沿同一直线，分别作用在这两个物体上。等值、反向、共线 力的符号：F、F,29,一、作用与反作用公理（公理一）,FT、G不是作用力与反作用力，因为它们在同一物体上。FT与 FT是一对作用力与反作用力。因为它们作用在两个物体上，并且等值、反向、共线。,举例1：,FT绳给灯的力FT灯给绳的力G重力（地球对灯的引力）,30,一、作用与反作用公理（公理一）,举例2：手指按压桌子，手对桌子施加压力，桌子对手施加支持力。举例3：书11页，图1-10 人在划船离岸时，桨对岸作用一个力，岸对桨也作用一个力。,31,1-3 静力学公理,二、二力平衡公理（公理二）作用于同一刚体上的两个力，使刚体平衡的必要且充分条件是，这两个力大小相等、方向相反，作用在同一条直线上。,刚体不考虑变形,32,二、二力平衡公理（公理二）,刚体平衡的必要充分条件：二力等值、反向、共线。矢量表示法：F1=-F2,33,二、二力平衡公理（公理二）,FT、G不是作用力与反作用力，因为它们等值、反向、共线，且作用在同一物体上，属于二力平衡公理中的两个力。,举例1：,FT绳给灯的力FT灯给绳的力G重力（地球对灯的引力）,34,公理二的应用,二力构件：只有两个着力点而处于平衡的构件。二力杆：当构件呈杆状时，若略去杆的自重和伸 缩,此构件称为二力杆。受力特点：所受二力方向必沿其两作用点的连线。,三铰钢架中的BC构件，若不计自重，就是二力构件。,35,公理二的应用,杆CD若不计自重，就是一个二力杆。,FC=-FD,AB杆不是二力构件，因为它有四个着力点。,36,公理二的应用,试在曲杆的A、B两点上各加一个力，并使曲杆处于平衡状态。,37,公理一与公理二的区别,公理一：作用力与反作用力是等值、反向、共线，分别作用在两个不同的物体上。公理二：作用在同一物体上的两个力，等值、反向、共线。举例：书13页，图1-14,38,1-3 静力学公理,三、加减平衡力系公理（公理三）在一个刚体上加上或减去一个平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用效果。,F1=-F2=F,39,公理三的应用,力的可传性原理：作用于刚体的力可以沿其作用线滑移至刚体的任意点，不改变原力对该刚体的作用效应。,40,1-3 静力学公理,四、力的平行四边形公理（公理四）作用于物体上的同一点的两个力，可以合成为一个合力，合力也作用于该点上，其大小和方向可用以这两个力为邻边所构成的平行四边形的对角线来表示。,FR,矢量式表示：FR=F1+F2（FR等于力F1与力F2的矢量和）矢量式与代数式完全不同，不能混淆。只有当二力共线时，其合力才等于二力的代数和。,41,四、力的平行四边形公理,学生练习：当F1=30N，F2=50N，两个力夹角 为45时，求合力。,量取FR的长度，就可知合力大的大小。不是30+50这样算出来的。,42,四、力的平行四边形公理（公理四）,将力的矢量F1、F2首尾相接，再用线段将其封闭构成一个三角形，该三角形称为力的三角形，封闭边代表合力FR。这一力的合成方法称为力的三角形法则。,43,四、力的平行四边形公理（公理四）,力的合成与分解：将两个以上共点力合成为一个力，或者将一个力分解为无数对大小、方向不同的力。,F3,力多边形法则：三个力首尾相接,44,公理四的应用,1.三力平衡汇交定理 若作用于物体同一平面上的三个互不平行的力使物体平衡，则它们的作用线必汇交于一点。,设A、B、C三点在同一平面，使三点分别作用三个互不平行的三个力F1、F2、F3，使物体平衡。证明三个力是否相交于一点？,45,三力平衡汇交定理,证明：1、根据力的可传性原理，将F1、F2两个力沿力的作用 线滑移，必汇交与一点O。2、根据力的平行四边形原理，可得合力F12。3、因为物体是平衡的，所以F12与F3是二力平衡，即 等值、反向、共线。根据二力平衡公理，F12与F3 必在同一直线上，F3必定通过汇交点O。4、所以F1、F2、F3均通过O点，即汇交于一点。,46,公理四的应用,2.三力构件 物体只受其共面三个力作用而平衡，此物体称为三力构件。若三个力中已知两个力的交点及第三个力的作用点，就可以按三力平衡汇交定理来确定第三个力的作用线的方位。,