城建土工工程-力學(xué)課件第一章.ppt

第1篇 靜力學(xué),靜力學(xué)是研究物體在力系作用下的平衡條件的科學(xué)。,力：物體間相互的機(jī)械作用，作用效果使物體的 機(jī)械運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生改變和引起物體的變形。,力系：作用在物體上的一群力。,幾個基本概念,剛體：在力的作用下，其內(nèi)部任意兩點(diǎn)間的距離 始終保持不變的物體。,平衡：物體在力的作用下相對于慣性參考系保持靜 止或作勻速直線運(yùn)動的狀態(tài)。,在一般工程問題中，所謂平衡則是指相對于地球的平衡，特別是指相對于地球的靜止。,平衡條件：一個力系必須滿足某些條件才能使物體保持平衡狀態(tài)，則這些條件稱為平衡條件。,平衡力系：如果一個力系作用于某物體而使其保持平衡狀態(tài)，則該力系稱為平衡力系。,力系的簡化：如果用一個簡單力系等效地替換一個復(fù)雜力系，則稱為力系的簡化。,合力與分力：如果復(fù)雜的力系能用與之等效的一個力來代替，則這個力稱為原力系的合力。而該力系的各力稱為此力的分力。,等效力系：如果兩個力系對同一個物體的作用效果相同，則這兩個力系互為等效力系。,1、物體的受力分析：分析物體（包括物體系）受哪些力，每個力的作用位置和方向，并畫出物體的受力圖。,2、力系的等效替換（或簡化）：用一個簡單力系等效代替一個復(fù)雜力系。,3、建立各種力系的平衡條件：建立各種力系的平衡條件，并應(yīng)用這些條件解決靜力學(xué)實(shí)際問題 。,靜力學(xué)研究的三個問題,第1章 靜力學(xué)公理和物體的受力分析,1-1 靜力學(xué)公理,公理1：力的平行四邊形法則,作用在物體上同一點(diǎn)的兩個力，可以合成為一個合力。合力的作用點(diǎn)也在該點(diǎn)，合力的大小和方向，由這兩個力為邊構(gòu)成的平行四邊形的對角線確定，如圖所示。,合力(合力的大小與方向) (矢量的和),亦可用力三角形求得合力矢,思考：,多個共點(diǎn)力合成的法則和結(jié)果。,公理2 ：二力平衡原理,最簡單力系的平衡條件,作用在剛體上的兩個力，使剛體保持平衡的必要和充分條件是：這兩個力等值，共線，反向。,滿足二力平衡的剛體稱為二力體。,公理3： 加減平衡力系原理,推論1 ： 剛體上力的可傳性,作用在剛體上的力是滑動矢量，力的三要素為大小、方向和作用線。,在作用于剛體上的任一力系中，加上或減去一個平衡力系，并不改變原力系對剛體的作用。,作用于剛體上某點(diǎn)的力，可以沿著它的作用線移到剛體內(nèi)任意一點(diǎn)，并不改變該力對剛體的作用。,推論2 ： 三力平衡匯交定理,作用于剛體上三個相互平衡的力，若其中兩個力的作用線匯交于一點(diǎn)，則此三力必在同一平面內(nèi)，且第三個力的作用線通過匯交點(diǎn)。,公理4 ： 作用和反作用定律,作用力和反作用力總是同時存在，同時消失，等值、反向、共線，作用在相互作用的兩個物體上。,在畫物體受力圖時要注意此公理的應(yīng)用。,思考：,只適用于剛體的公理有哪些？,二力平衡原理和加減平衡力系原理,約束：對非自由體的位移起限制作用的物體。,約束力：約束對非自由體的作用力。,1-2 約束和約束力,自由體：物體不受任何限制可以自由運(yùn)動，它們在空間的位移不受任何限制，這樣的物體稱為自由體。,非自由體：有些物體在空間的位移卻要受到一定的限制，使得它沿著某些方向的運(yùn)動成為不可能，這樣的物體稱為非自由體。,主動力：使物體產(chǎn)生運(yùn)動或使物體具有運(yùn)動趨勢的力稱為主動力。 工程中把主動力稱為荷載。,約束力,大小待定,方向與該約束所能阻礙的位移方向相反,作用點(diǎn)接觸處,荷載,集中荷載,分布荷載,均布荷載,非均布荷載,線荷載集度q：作用在單位長度上荷載的大小。(N/m,kN/m),1 、柔索約束,柔索對物體的約束力沿著柔索中心線且為拉力，用 表示。,工程上常見的約束,膠帶對輪的約束力沿輪緣的切線方向，為拉力。,2、光滑接觸面約束（光滑接觸約束）,光滑接觸面對非自由體的約束力，作用在接觸處；方向沿接觸處的公法線并指向受力物體，故稱為法向約束力，用 表示。,3、光滑圓柱形鉸鏈約束,約束特點(diǎn)：由兩個各穿孔的構(gòu)件及圓柱銷釘組成，如剪刀。,物體受到的約束力通過銷釘軸心，在垂直于銷釘軸線的平面內(nèi)，方向待定： （1）由物體上受力情況確定； （2）用兩個正交力代替。,4、 固定鉸支座,約束特點(diǎn)：由構(gòu)件與地面或機(jī)架固定而成。,約束力方向的判定與圓柱鉸鏈相同。,5、可動鉸支座,約束特點(diǎn)： 在上述固定鉸支座與光滑固定平面 之間裝有光滑輥軸而成。,構(gòu)件受到垂直于光滑面的約束力，指向待定。,6、鏈桿約束,兩端用鉸鏈與其它物體相連的無重剛桿，構(gòu)成鏈桿約束。,鏈桿對被約束物體的約束力通過鉸接點(diǎn)，沿鏈桿中心線。,7、向心軸承（徑向軸承）,約束特點(diǎn)： 軸在軸承孔內(nèi)，軸為非自由體、 軸承孔為約束。,(c),圖112,(a),(b),可用二個通過軸心的正交分力 表示。,軸受到的約束力通過軸線中心，在垂直于軸線的平面內(nèi)，方向待定。通常將它分解為兩個互相垂直分力。,當(dāng)外界荷載不同時，接觸點(diǎn)會變，則約束力的大小與方向均有改變。,8、球鉸鏈,約束特點(diǎn)：通過球與球殼將構(gòu)件連接，構(gòu)件可以繞球心任意轉(zhuǎn)動，但構(gòu)件與球心不能有任何移動。,球鉸鏈對物體的約束力通過球窩中心，方向不定。通常將它分解為三個互相垂直的分力。,（1）柔索約束張力,（6）球鉸鏈空間三正交分力,（4）滾動支座 光滑面,（3）光滑鉸鏈、固定鉸支座、徑向軸承 方向待定,（2）光滑面約束法向約束力,總結(jié),（5）鏈桿約束約束力沿鏈桿方向,1-3 物體的受力分析和受力圖,在受力圖上應(yīng)畫出主動力和約束力,畫受力圖步驟：,3、在去掉約束處按約束性質(zhì)畫出約束力,1、取所要研究的物體為分離體，畫出其分離體,2、畫出所有主動力,例1-1,解：取CD 桿，其為二力桿， 其受力圖如圖(b),水平均質(zhì)梁AB重為 ，電動機(jī)重為 ，不計桿CD的自重，畫出桿CD和梁AB(包括電動機(jī))的受力圖。,取AB梁，其受力圖如圖 (c),若這樣畫，梁AB的受力圖又如何改動?,CD桿的受力圖能否畫為圖（d）所示？,例1-2,不計三鉸拱橋的自重與摩擦，畫出左、右拱AC,CB的受力圖與系統(tǒng)整體受力圖。,解：右拱CB為二力構(gòu)件，其受力圖如圖（b）所示,系統(tǒng)整體受力圖如圖（d）所示,取左拱AC，其受力圖如圖（c）所示,考慮到左拱AC在三個力作用下平衡，也可按三力平衡匯交定理畫出左拱AC的受力圖，如圖（e）所示,此時整體受力圖如圖（f）所示,討論：若左、右兩拱都考慮自重，如何畫出各受力圖？,如圖,（g）,（h）,（i）,例1-3