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2011級(jí)工程結(jié)構(gòu)分析專業(yè) 理論力學(xué) 2 理論力學(xué) 主講 黃豪 電話 18986212589E mail 62587059 交通學(xué)院結(jié)構(gòu)工程系 3 緒論 理論力學(xué)的研究對(duì)象和內(nèi)容 4 理論力學(xué) 研究力與物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)間關(guān)系 材料力學(xué) 研究力與物體變形間關(guān)系 理論力學(xué)是材料力學(xué) 結(jié)構(gòu)力學(xué) 彈性力學(xué) 機(jī)械原理等課程的基礎(chǔ) 5 靜力學(xué)主要研究受力物體平衡時(shí)作用力所應(yīng)滿足的條件 物體受力的分析方法 力系的簡(jiǎn)化方法 運(yùn)動(dòng)學(xué)主要從幾何的角度研究物體的運(yùn)動(dòng) 如運(yùn)動(dòng)軌跡 速度和角速度等 動(dòng)力學(xué)研究物體的運(yùn)動(dòng)與作用力之間的關(guān)系 理論力學(xué)的基本假設(shè) 剛體假設(shè) 6 引言 靜力學(xué) 研究物體的受力分析 力系的等效替換 或簡(jiǎn)化 建立各種力系的平衡條件的科學(xué) 第一篇 靜力學(xué) 7 一 力的概念 1 定義 力是物體間的相互機(jī)械作用 這種作用可以改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 幾個(gè)基本概念 機(jī)械作用 是指物體直接接觸而產(chǎn)生的作用 如 推 拉 碰撞等 場(chǎng) 對(duì)物體的作用 8 2 力的效應(yīng) 運(yùn)動(dòng)效應(yīng) 外部效應(yīng) 形變效應(yīng) 內(nèi)部效應(yīng) 3 力的三要素 大小 方向 作用點(diǎn) 力是矢量 用粗體字F或帶上箭頭表示 9 力系 是指作用在物體上的一群力 平衡力系 物體在力系作用下處于平衡 我們稱這個(gè)力系為平衡力系 10 第一篇 靜力學(xué) 第一章靜力學(xué)公理和物體的受力分析第二章平面力系第三章空間力系第四章摩擦 11 1 1靜力學(xué)公理 1 2約束和約束力 1 3物體的受力分析和受力圖 第一章靜力學(xué)公理和物體的受力分析 12 公理 人類經(jīng)過長期實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)而得到的結(jié)論 它被反復(fù)的實(shí)踐所驗(yàn)證 是無須證明而為人們所公認(rèn)的結(jié)論 1 1靜力學(xué)公理 公理2二力平衡公理 公理3加減平衡力系原理 公理1力的平行四邊形法則 公理4作用力和反作用力定律 公理5剛化原理 13 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(gè)力可合成一個(gè)合力 此合力也作用于該點(diǎn) 合力的大小和方向由以原兩力矢為鄰邊所構(gòu)成的平行四邊形的對(duì)角線來表示 力四邊形 FR FR 14 這兩個(gè)力大小相等方向相反作用線共線 公理2二力平衡公理 作用在剛體上的兩個(gè)力 使剛體保持平衡的必要與充分條件是 15 二力桿的概念 二力桿 P16 只在兩個(gè)力作用下平衡的構(gòu)件稱為二力構(gòu)件 簡(jiǎn)稱二力桿 16 二力桿 只有兩個(gè)力作用點(diǎn)的平衡剛體是二力桿 平衡 17 在已知力系上加上或減去任意一個(gè)平衡力系 并不改變?cè)ο祵?duì)剛體的作用 公理3加減平衡力系原理 18 推論1 力的可傳性 作用于剛體上的力可沿其作用線移到同一剛體內(nèi)的任一點(diǎn) 而不改變?cè)摿?duì)剛體的效應(yīng) 因此 作用于剛體上的力的三要素為 大小 方向 作用線 19 當(dāng)剛體受三力作用而平衡時(shí) 若其中兩力作用線匯交于一點(diǎn) 則另一力的作用線必匯交于同一點(diǎn) 且三力的作用線在同一平面內(nèi) 推論2 三力平衡匯交定理 證明 將F1 F2移到兩力作用線的交點(diǎn) 兩力合成得FR FR FR應(yīng)與F3平衡 兩力平衡必需共線 所以 F3必定通過交點(diǎn)O 且與F1 F2共面 20 公理4作用力和反作用力定律 作用力和反作用力總是同時(shí)存在 兩力的大小相等 方向相反 沿著同一直線 分別作用在兩個(gè)相互作用的物體上 例 吊燈 例 重物 21 約束力 約束對(duì)被約束物體的作用力叫約束力 一 概念 自由體 位移不受限制的物體叫自由體 如人造衛(wèi)星 非自由體 位移受限制的物體叫非自由體 如火車 電燈 約束 對(duì)非自由體的某些位移起限制作用的周圍物體稱為約束 這里 約束是名詞 而不是動(dòng)詞的約束 1 2約束與約束力 22 1 大小常常是未知的 2 方向必與該約束所能夠阻礙的位移方向相反 3 作用點(diǎn)在物體與約束相接觸的那一點(diǎn) 約束力特點(diǎn) G 錯(cuò)誤 FN2 FN1 G F 23 約束力作用在接觸點(diǎn)處 方向沿公法線 指向受力物體 1 光滑接觸面的約束 光滑指摩擦不計(jì) F 二 約束類型和確定約束力方向的方法 24 25 繩索類只能受拉 所以它們的約束力是作用在接觸點(diǎn) 方向沿繩索背離物體 2 由柔軟的繩索 鏈條或皮帶構(gòu)成的約束 26 3 光滑圓柱鉸鏈約束 1 圓柱鉸鏈 A 銷釘 動(dòng)畫27 avi 27 3 光滑圓柱鉸鏈約束 1 圓柱鉸鏈 A 銷釘 28 29 2 固定鉸支座 動(dòng)畫25 avi 30 3 滾動(dòng)支座 輥軸支座 動(dòng)畫26 avi 31 FA 32 固定鉸支座 活動(dòng)鉸支座 33 4 向心軸承 軸承座 軸承 34 一 受力分析根據(jù)已知條件 約束類型并結(jié)合基本概念和公理 分析物體的受力情況 這個(gè)過程稱為物體的受力分析 1 3物體的受力分析和受力圖 作用在物體上的力有兩類 另一類是 被動(dòng)力 即約束力 一類是 主動(dòng)力 如重力 風(fēng)力 氣體壓力等 解決力學(xué)問題時(shí) 首先要選定需要進(jìn)行研究的物體 即選擇研究對(duì)象 35 二 分離體解除了約束的物體稱為分離體 三 受力圖將作用于該分離體的所有力以力矢表示在簡(jiǎn)圖上 36 例1 4 P16 三鉸拱 畫出拱AC和拱CB的受力圖 C A B F 37 例1 4 P16 三鉸拱 畫出拱AC和拱CB的受力圖 應(yīng)用三力匯交定理 38 畫物體受力圖主要步驟為 例1 分別畫球和AB桿的受力圖 1 選研究對(duì)象 2 取分離體 3 畫上主動(dòng)力 4 畫出約束反力 FB F D FAx FAy FB F D FA 39 例1 5 P16 梯子如圖 畫出繩子DE和梯子AB和AC部分以及整個(gè)系統(tǒng)的受力圖 C A B F H D E 解 40 整體 梯子如圖 畫出繩子DE和梯子AB和AC部分以及整個(gè)系統(tǒng)的受力圖 C A B F H D E 例1 5 P16 41 整體 系統(tǒng)內(nèi)各物體之間的相互作用力稱為內(nèi)力 P17 內(nèi)力對(duì)系統(tǒng)的作用效應(yīng)互相抵消 因此可以除去 并不影響整個(gè)系統(tǒng)的平衡 故內(nèi)力在受力圖上不必畫出 錯(cuò)誤的畫法 42 除重力 電磁力外 物體之間只有通過接觸才有相互機(jī)械作用力 要分清研究對(duì)象 受力體 都與周圍哪些物體 施力體 相接觸 接觸處必有力 力的方向由約束類型而定 2 不要多畫力 要注意力是物體之間的相互機(jī)械作用 因此對(duì)于受力體所受的每一個(gè)力 都應(yīng)能明確地指出它是哪一個(gè)施力體施加的 1 不要漏畫力 畫受力圖應(yīng)注意的問題 43 約束反力的方向必須嚴(yán)格地按照約束的類型來畫 不能單憑直觀或根據(jù)主動(dòng)力的方向來簡(jiǎn)單推想 在分析兩物體之間的作用力與反作用力時(shí) 要注意 作用力的方向一旦確定 反作用力的方向一定要與之相反 不要把箭頭方向畫錯(cuò) 3 不要畫錯(cuò)力的方向 4 受力圖上不能再帶約束 即受力圖一定要畫在分離體上 44 一個(gè)力 屬于外力還是內(nèi)力 因研究對(duì)象的不同 有可能不同 當(dāng)物體系統(tǒng)拆開來分析時(shí) 原系統(tǒng)的部分內(nèi)力 就成為新研究對(duì)象的外力 5 受力圖上只畫外力 不畫內(nèi)力 45 對(duì)于某一處的約束反力的方向一旦設(shè)定 在整體 局部或單個(gè)物體的受力圖上要與之保持一致 6 同一系統(tǒng)各研究對(duì)象的受力圖必須整體與局部一致 相互協(xié)調(diào) 不能相互矛盾 7 正確判斷二力構(gòu)件 46 畫出下列各構(gòu)件的受力圖和整體的受力圖 例5 FC FD FH F FBy FBx FAx FAy F C F Bx F By F H 47 例6 F A B D C E 60 60 整體 BD桿 AC桿 畫出下列各構(gòu)件的受力圖和整體的受力圖 CE桿 FAx FAy FEx FEy FAx FAy FEx FEy FB FDx FDy FCx FCy F Dx F Dy F Cx F Cy 48 例7 畫出下列各構(gòu)件的受力圖和整體的受力圖 49 A B E D C F 整體 AC桿 例8 畫出下列各構(gòu)件的受力圖和整體的受力圖 BC桿 50 A B H D E P 整體 AC桿 題1 2 j 畫出下列各構(gòu)件的受力圖和整體的受力圖 BC桿 C 51 題1 2 i P25 畫出下列各物體和整體的受力圖 O C F B A D E 52 例6 畫各物體的受力圖和整體的受力圖 BD桿 53 C AB桿 DE桿 DB桿 54 55 F K F I FB1x FB1y I 銷釘B 56 整體 57 題1 3 a P26 畫出下列各物體和整體的受力圖 58 59 FCB FAx FAy 60 例 畫各桿的受力圖 61 思考題1 5 P18 改錯(cuò) 62 思考題1 5 P19 改錯(cuò) 63 思考題1 5 P19 改錯(cuò) 64 題1 3 d 畫各桿 整體 銷釘A的受力圖 整體 F FA FCy FCx A C D B F 65 F FAy FAx B A FBy FBx FCy FCx D B C FBx FDA FBy A FAx FAy FA FAD A C D B F FA A D 66 例9 P31 32 67 68 題1 2 k P 69 70 另一種解 71 FA1y FA1x T1 T1 T1 T1 T 題1 3 b 畫各桿和整體的受力圖 P1 P1 FBy FBx FAy FAx FCy FCx FA1y FA1x T1 FAy FAx 72 T 2 T 3 T 題1 3 b 畫各桿和整體的受力圖 P A C B D P1 P1 73 題1 3 e 74 75 本章結(jié)束