text: 第一章构件静力学基础【课件】
  在学习中，一定 要认真研究，独立完成一定数量的思考题和习题， 以巩固和加深对所学概念、理论、公式的理解、记忆和应用。
  构件:在工程实际中，各种机械和结构得到广泛的应用，组成机械和结构的零部件，统称为构件。
  当机械与结构工作时，构件受到外力作用。
  如火车轮轴承受 由车厢与车轮传来的外力，房屋建筑中的梁承受楼板传给它的重量。
  在构件设计时，首先需要分析与计算构件所受各外力的大小 与方向 构件在外力作用下，其形状和尺寸会发生变化，构件形状和尺寸的变化称为变形。
  弹性变形:外力解除后能消失的变形。
  塑性变形或残余变形:外力解除后不能消失的变形。
  构件的变形分为二类: 实践表明，作用力越大，构件变形越大，而当作用力过大时，构件将发生断裂或显著塑性变形。
  显然，构件工作时发生意外断裂或显著塑性变形是不允许的。
  如齿轮轴的变形过大,势必影响齿和齿间的正常啮合。
  实践中我们还发现，有些构件在某种外力作用下，将发生不能保持其原有平衡状态的现象。
  如当细长压杆上受到的压力达到或超过一定值，杆将从直线形状突然变弯，而且是显著的弯曲变形。
  在一定外力作用下，构件突然发生不能保持其原有平衡状态的现象--称失稳。
  工程构件的失效形式很多，但 工程力学范畴内的失效通常可分为三类:强度失效、刚度 失效和稳定失效 强度--是指结构和构件抵抗破坏的能力，以保证在规定的使用条件下不发生意外断裂或显著塑性变形。
  刚度--是指结构和构件抵抗弹性变形的能力，以保证 在规定的使用条件下不发生过大弹性变形。
  稳定性--是指结构或构件保持原有平衡状态的能力， 以保证在规定的使用条件下不失稳。
  14 在满足强度、刚度、稳定性的要求下，以最经济的代价，为构件确定合理的形状和 尺寸，选择适宜的材料，而提供必要的理论 基础和计算方法。
  15 工程力学课程内容及其在工程设计中的作用工程力学课程内容及其在工程设计中的作用 16 机械加工用的钻床的立柱， 如果强度不够，就会折断(断裂)或折弯(塑性变形);如果刚度不够，钻床立柱即使不发生 断裂或者折弯，也会产生过大 弹性变形(图中虚线所示为夸大的弹性变形)，从而影响钻孔的精度，甚至产生振动，影响钻床的在役寿命。
  工程力学课程内容及其在工程设计中的作用工程力学课程内容及其在工程设计中的作用 刚度大，变形小;刚度小，变形大。
  材料力学 理论力学研究结构和构件的受力及平衡、运动规律，是工程分析与 设计的起点。
  静力学 运动学 动力学研究物体在力系作用下处于平衡的规律。
  即根据所研究的物体与周围物体之间的联系， 确定作用在所研究的物体上有哪些力，它们的大小、方向如何。
  Keywords:力、 运动力学-研究质点和刚体的运动及物体的运动 与力之间的关系 Keywords:运动 材料力学-研究构件在外力作用下的变形、受力及破坏的规律 主要内容:构件的强度、刚度及稳定性。
  Key words: 工程力学是从研究构件的受力分析开始，研究构件的平衡和运动规律，以及构件的变形和破坏规律。
  27 静力学:研究物体在力系作用下平衡规律的一门科学。
  力系:是指作用于同一物体上的一组力。
  平衡力系:物体处于平衡状态时， 作用于该物体上的力系。
  平衡:在静力学中是指物体相对于地球保持静止或作匀速直线 运动的状态。
  力的基本概念和公理28 就是在力的作用下，大小和形状都不变的物体,或 其内部任意两点间的距离始终保持不变的物体。
  1、刚体 不计物体的尺寸而得到质点的概念。
  三、力的基本概念 这种作用使物体的运动状态或形状尺寸发生改变。
  1.力的定义 力是物体间相互的机械作用。
  2.力的三要素 力对物体的效应，取决于力的三要素:即力的大小，方向，作用点。
  3.力的矢量表示:力是矢量 常用一个带箭头的一定长度的线段来表示，线段的长度按一定 比例代表力的大小，线段的方位和箭头表示力的方向，其起点或终点表示 力的作用位置。
  该线段的延伸称为力的作用线。
  用加粗体字母(如F 表力矢，以普通字母F表示力的大小。
  把各分力代换成合力的过程称为力系的简化，把合力代换成分 力的过程称为力的分解。
  等效力系:若二个力系分别作用在同一物体上，对物体作用效果相同，这两个力系互为 6.力系的分类: 空间力系分 平面力系:力的作用线均在同一个平面内，可分为 平面汇交力系: 力的作用线汇交于一点 平面一般力系:力的作用线力的作用线既不完全汇交， 又不完全平行; 平面平行力系:力的作用线相互平行; 空间汇交力系 空间平行力系 空间一般力系 34 四、静力学基本公理 四、静力学基本公理 公理:是人类经过长期实践和经验而得到的结论，它 复的实践所验证，是无须证明而为人们所公认的结论。
  它们是静力学基础。
  公理1 二力平衡公理(条件) 作用于同一刚体上的两个力，使刚体处于平衡状态的必要与充分条件是 :这两个力大小相等、方向相反且作用线共线。
  刚体 等值,反向, 共线 二力使刚体平衡 35 说明:对刚体来说，上面的条件是充要的二力体(或二力构件):只在两个力作用下平衡的刚体。
  对变形体来说，上面的条件只是必要条件(或多体中) 二力体或二力构件受力特点:二力体或二力构件所受的二个力的方向，必沿两力作用点的连线，且等值、反向。
  37 在已知力系上加上或减去任意的平衡力系， 并不改变原力系对刚体的作用效应。
  推论1:力的可传性原理:作用于刚体上某点的力可沿其作用线滑移到该刚体内的任一点，而不改变该力对刚体的作用效应。
  39 力的可传性原理说明，对刚体而言，力是滑移 矢量，它可以沿其作用线滑移，但不能任意移至作用线以外的位置。
  当研究物体的内效应时，力应视为固定矢量。
  必须指出:力的可传性原理不适用于研究物体的内效应。
  对刚体来说，力的三要素--大小，方向，作用线。
  40 2、作用在同一刚体上的两个力等效的条件是什么
  图中两个 力相等，问这两个力对刚体的作用效果是否相同
  1、如果物体在某个平衡力系作用下处于平衡，那么再加上一个 平衡力系，该物体是否一定仍处于平衡状态
  (又称二力合成公理) 这种求合力的方法-- 称矢量合成 这种求合力的方法-- 180sin( sin sin 这种求合力的方法-- 称矢量合成 这种求合力的方法-- 称矢量合成 44刚体受三力作用而平衡，若其中两力作用线汇交于一点，则第三个力的作用线 必通过汇交点，且三力的作用线共面。
  (在特殊情况下，力在无穷远处汇交-- 平行力系。)推论2:三力平衡汇交定理 证明 平衡时 三力构件-在三个力作用下处于平衡的刚体称为三力构件分析判定:构件在A点受力的方位
  三力构件三个力的作用线交于一点。
  46公理4 作用力和反作用力公理(定律) 相互作用的二物体之间的作用力与反作用力总是同时存在，二力大小相等、方向相反、沿着同一条直线，分别作用在二个不同的物体上。
  (等值、反向、共线、异体、且 同时存在。)注意:作用力和反作用力不是一对平衡力。
  47 思考:哪些是作用与反作用
  1.约束 一、约束和约束力 常见约束的约束模型-为柔体(性)、光滑面、铰链和固定端 二、常见约束的力学模型约束模型-把构件与构件间的联接形式，按其限制构件运动的特性抽象为理想化的力学模型，称为约束模型。
  2.约束(反)力-约束限制了物体本来可能产生的某种运动，因此约束有力作用于物体，称 值得注意的是，工程实际中的约束与约束模型有些比较相近，有些差异很大。
  约束力作用点:总是作用在约束与被约束物体的接触处。
  约束力的方向:与约束所限制的运动方向或运动趋势的方向相反 约束力大小:与主动力的大小有关，用平衡条件求得。
  1.柔体(性)约束 如图a所示起吊机起吊重物 由绳索、链条、皮带等柔性物形成的约束都可以简化为柔体 约束模型。
  这类约束只承受拉力，不承受压力。
  约束力的作用点:是约束与被约束物体的接触点约束力的方向:沿柔体的中线，背离被约束物体。
  50 胶带对轮的约束力作用于切点，沿柔体中线(即轮缘的切 线方向)，背离轮子，为拉力。
  T251 光滑接触约束(点、线、面) 约束力作用点:在接触点处，方向:沿公法线，指向:被约束物体。
  2、理想光滑接触约束约束特点: 约束只能限制物体在接触处沿接触面的公法线方向 的运动，不能限制物体沿接触面切线方向的运动。
  约束力通常用符 表表示表表示表此类约束力。
  指物体与约束在接触面间的摩擦可以略去不计。
  533、光滑圆柱铰链约束 实例1 54 5556 两构件采用圆柱销所形成的联接称铰链联接。
  圆柱销只限制两构件的相对移动，而不限制两构件的相对转动，若相联的构件有一个固定，则称为固定铰链;若均不固定，则称为中间铰链。
  铰链简称为铰。
  Cy两物体在铰链处的约束力构成作用力与反作用力 关系，即大小相等，方向相反，在同一直线上。
  图b~e是几种简化表示。
  固定铰链约束反力与铰的情形相同(图f)。
  来表示铰支座约束反力，两分力的指向是假定的。
  固定铰链约束反力与铰的情形相同。
  固定铰链约束反力，通过圆孔中心，方向待定。
  固定铰链:用铰链连接的两个构件中，其中一个构件 是固定在基础上 固定铰链约束特点:构件 销钉 支座 62 铰链联接的构件中，有一个是二力构件。
  课堂练习 练习 指出图示各结构中哪些构件是二力构件
  64 如果在支座与支承面之间装上几个滚轴，使支座可沿支承面移动，就成为滚动铰链支座，简称滚 化表示。
  构件 销钉 支座 辊轴 活动铰链支座约束反力垂直于支 承面，通过铰链中心，指向待定。
  如果支承面是光滑的， 这种支座不限制构件沿支承 面移动和绕销钉轴线的转动， 只限制构件沿支承面法线方向的移动。
  的实际方向也可以向下65 常见滚动铰链支座(辊轴支座): 的实际方向也可以向下 67 本课节小结一、约束和约束力 限制物体运动的周围物体称为约束。
  70选研究对象,取分离体，画出其简图; 检查力是否多画、漏画和错画。
  在去掉约束处，按约束类型画出所有约束力。
  在研究对象上，按已知条件画出所有主动力; 画物体受力图主要步骤为: 71 除重力、电磁力外，物体之间只有通过接触才有相互机械作用力，要分清研究对象(受力体) 都与周围哪些物体(施力体)相接触，接触处 必有力，力的方向由约束类型而定。
  因此对于受力体所受的每一个力，都应能明确它是哪一个施力体施加的。
  1、不要漏画力 72 约束反力的方向必须严格地按照约束的类型来画，不能单凭想像。
  73 对于某一处的约束反力的方向一旦设定，在整体、局部或单个物体的受力图上要与之保持一致。
  若有二力构件应先画二力构件受力图，其受力方向一定沿二力作用点的连线且反向。
  解:1.解除约束取分离体。
  画球体A的受力图。
  图示为活塞连杆机构结构简图，试画活塞B的受力图。
  3.按约束力的画法画出约束力 解:1.解除约束取分离体。
  Ay76 水平梁AB两端用铰支座和辊轴支座支撑。
  解法一:根据三力平衡汇交定理画出受力图。
  课堂练习分析判断图示构件的约束力画得是否正确
  并改正图中的错误。
  78习题:画出图示结构中球和杆AB的受力图 注意:作用力与反作用力的方向要相反。
  79 画出下列各构件的受力图说明:三力平衡必汇交 当三力平行时，在无限 远处汇交，它是一种特殊情况。
  注意:整体和局部应一致82 练习:画出图示结构中各构件的受力图。
  83 例5:画出图示结构中各构件的受力图。
  84 练习 图示结构中各杆重力均 不计，所有接触处均为光滑 接触。
  取一次研究对象画一个受力图。
  2.准确的确定力的数目.既不能凭空"创造"一个力,也不能 漏掉一个力。
  一般来说,凡是研究对象与外界接触的地方都有 约束力的存在。
  不同的约束方式力的数目不同。
  3.注意作用力与反作用力。
  若其中一个力的方向确定,则其反作用力一定要与之相反。
  4.内力不画,只画外力。
  若有二力构件应先画二力构件，其受 .同一系统各研究对象的受力图必须整体与局部一致，相互协调，不能相互矛盾。
  7.力是矢量;要有名称. 本课节小结一、构件的平面力学简图 把真实的工程结构或构件简化成能进行分析计算的平面图形，称为构件的平面力学简图。