第一章构件静力学基础
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第一章静力学基础学习目标:1.理解力、刚体、约束、约束力的概念和静力学公理。
2.掌握物体受力图分析。
静力学是研究物体在力系作用下平衡规律的科学,主要解决两类问题:一是将作用在物体上的力系进行简化,即用一个简单的力系等效地替换一个复杂的力系,这类问题称为“力系的简化(或力系的合成)问题”;二是建立物体在各种力系作用下的平衡条件,这类问题称为“力系的平衡问题”。
静力学是建筑力学的基础,在土木工程实际中有着广泛的应用。
它所研究的两类问题(力系的简化和力系的平衡),对于研究物体的受力和变形都有十分重要的意义。
力在物体平衡时所表现出来的基本性质,也同样表现于物体在一般运动的情形中。
在静力学中关于力的合成、分解与力系简化的研究结果,可以直接应用于动力学。
本章将阐述静力学中的一些基本概念、静力学公理、建筑工程上常见的典型约束力与约束反力,以及物体的受力分析。
第一节基本概念一、力力的概念是人们在生活和生产实践中,通过长期的观察、分析和总结而逐步形成的。
当人们推动小车时,由于手臂肌肉的紧张和收缩而感受到了力的作用。
这种作用不仅存在于人与物体之间,而且广泛地存在于物体与物体之间,例如机车牵引车辆加速前进或者制动时,机车与车辆之间、车辆与车辆之间都有力的作用。
大量事实表明,力是物体(指广义上的物体,其中包括人)之间的相互作用,离开了物体,力就不可能存在。
力虽然看不见摸不着,但它的作用效应完全可以直接观察,或用仪器测量出来。
实际上,人们正是从力的效应来认识力本身的。
1.力的定义力是物体之间相互的机械作用。
由于力的作用,物体的机械运动状态将发生改变,同时还引起物体产生变形。
前者称为力的运动效应(或外效应);后者称为力的变形效应(或内效应)。
在本课程中,主要讨论力对物体的变形效应。
2.力的三要素实践表明,力对物体作用的效应,决定于力的大小、方向(包括方位和指向)和作用点,这三个因素称为力的三要素。
力的大小表示力对物体作用的强弱。
第一章构件静力分析基础1.1 静力分析的基本概念1.1.1 力的概念1. 定义力是物体间的相互机械作用。
这种机械作用使物体的运动状态或形状尺寸发生改变。
力使物体的运动状态发生改变称为力的外效应;力使物体形状尺寸发生改变称为力的内效应。
2. 力的三要素及表示方法物体间机械作用的形式是多种多样的,如重力、压力、摩擦力等。
力对物体的效应(外效应和内效应)取决于力的大小、方向和作用点,这三者被称为力的三要素。
力是一个既有大小又有方向的物理量,称为力矢量。
用一条有向线段表示,线段的长度(按一定比例尺)表示力的大小;线段的方位和箭头表示力的方向;线段的起始点(或终点)表示力的作用点,如图所示。
力的国际单位为[牛顿](N)。
3.力系与等效力系若干个力组成的系统称为力系。
如果一个力系与另一个力系对物体的作用效应相同,则这两个力系互称为等效力系。
若一个力与一个力系等效,则称这个力为该力系的合力,而该力系中的各力称为这个力的分力。
已知分力求其合力的过程称为力的合成,已知合力求其分力的过程称为力的分解。
4.平衡与平衡力系平衡是指物体相对于地球处于静止或匀速直线运动的状态。
若一力系使物体处于平衡状态,则该力系称为平衡力系。
1.1.2 刚体的概念所谓刚体,是指在外力作用下,大小和形状保持不变的物体。
这是一个理想化的力学模型,事实上是不存在的。
实际物体在力的作用下,都会产生程度不同的变形。
但微小变形对所研究物体的平衡问题不起主要作用,可以忽略不计,这样可以使问题的研究大为简化。
静力学中研究的物体均可视为刚体。
1.2 静力学公理公理1 二力平衡公理作用在刚体上的两个力,使刚体保持平衡的必要和充分条件是:这两个力大小相等,方向相反,且作用在同一条直线上。
对于变形体而言,二力平衡公理只是必要条件,但不是充分条件。
例如在绳索两端施加一对等值、反向、共线的拉力时可以平衡,但受到一对等值、反向、共线的压力时就不能平衡了。
公理2 加减平衡力系公理在已知力系上加上或者减去任意平衡力系,并不改变原力系对刚体的作用。
第1篇 静力学引言静力学是研究物体在力系作用下的平衡规律及其应用的科学。
其理论和方法不仅是工程构件静力设计的基础,而且在解决许多工程技术问题中有着广泛应用。
力,是物体间相互的机械作用,这种作用将使物体的运动状态发生变化(称为力的运动效应,即外效应),或使物体发生变形(称为力的变形效应,即内效应)。
力的内、外效应总是同时产生的。
在静力学中,所指的物体都是刚体,这是一种理想化的力学模型,不考虑力的变形效应。
实践表明,力的效应唯一地决定于力的三要素:(1)力的大小;(2)力的方向;(3)力的作用位置或作用点。
因此,力是矢量,用F 表示,而F 仅仅表示力的大小。
在国际单位制中,力的单位是N 或kN 。
力系,是作用在物体上的力的集合。
对同一物体产生相同作用效应的力系称为等效力系。
如果某力系与一个力等效,则这个力称为该力系的合力,而力系中的各个力称为此合力的分力。
作用于刚体并使刚体保持平衡的力系称为平衡力系,或称零力系。
静力学主要研究以下三个方面的问题:1、物体的受力分析分析物体受几个力作用,以及每个力的作用位置。
2、力系的等效替换(或简化)将作用在物体上的一个力系用与它等效的另一个力系来替换,称为力系的等效替换。
如果用一个简单力系等效替换一个复杂力系,则称为力系的简化。
3、力系的平衡条件研究作用在刚体(系)上的力系使刚体(系)保持平衡时所需满足的条件。
在刚体静力学的基础上,考虑变形体的特性,可进一步研究变形体的平衡问题。
第1章 刚体静力学基础本章阐述静力学公理,并介绍工程中常见的约束和约束力分析,以及物体的受力分析。
同时,介绍力学模型及力学建模的概念。
§1.1 静力学公理在力的概念形成的同时,人们对力的基本性质的认识逐步深入。
静力学公理就是对力的的基本性质的概括与总结,它们以大量的客观事实为依据,其正确性已为实践所证实。
公理1 二力平衡条件作用在刚体上的两个力使刚体保持平衡的充要条件是:这两个力的大小相等,方向相反,且作用在同一直线上。