汽车专业工程力学-ppt课件PPT推荐.ppt

1、由构件组成的体系，工程结构是工程实际中 采用的结构,相对于地球静止或以远小于光速而运动的宏观物体（结构和构件）,二 工程力学的任务1 对构件的三项基本要求具有足够的强度构件在外载作用下，抵抗破坏的能力。例如储 气罐不应爆破。（破坏 断裂或变形过量不能恢复）具有足够的刚度 构件在外载作用下，抵抗可恢复变形的能力。例如机床主轴不应变形过大，否则影响加工精度。满足稳定性要求构件在某种外载作用下，保持其原有平衡状态的 能力。例如柱子不能弯等。,载荷：构件和结构承受的负载或荷重 载荷有 内载荷 外载荷变形：在载荷的作用下，构件的形状及尺寸发生的变化称为变形,2、工程力学的任务1）、静力分析、运动分析2）

2、、研究构件的强度、刚度和稳定性等3）、合理解决安全与经济之间的矛盾 构件的强度、刚度和稳定性不仅与构件的形状有关，而且与所用材料的力学性能有关，因此在进行理论分析的基础上，实验研究是完成材料力学的任务所必需的途径和手段。,工程力学解决问题的一般方法，类似于一般科学研究的普遍方法，可归纳为：,建立力学模型是最关键的。（需要知识和经验）,模型包括材料性能、载荷、约束、几何形状等 真实情况的理想化和简化。,三工程力学的研究方法,材 料 模 型,变形体模型,汽车通过轮胎作用在桥面上的集中力模型,载 荷 模 型,桥面板作用在钢梁的分布力模型,例如，研究工程构件（如杆、梁、轴等）时，先将其理想化为刚体，研

3、究其上的受力和运动；（需要知识和经验）,研究不同的问题，采用不同的模型。好的模型，既能使问题的求解简化，又能使结果基本符合实际情况，满足精度。,返回主目录,1.后续的力学（其它的变形体力学）学好工程力学对学习其他变形体力学的奠基作用 结构力学，弹性力学，塑性力学，断裂力学,纳米力学 流体力学 2.后续的专业课程 建筑结构 机械设计 结构设计原理3.有助于学习其它工程：土木、机械、航空、航天、交 通、运输、材料、生物、工程、仪表等4.今后工程工作中直接受益,四 工程力学的作用 承前启后的阶段性,第二章,刚体静力分析基础,静力学研究物体作机械运动的特殊情况物体处于静止状态时力的平衡规律。包括：受力

4、分析、力系的简化、平衡的条件等等。物体的静平衡是指物体相对于地面保持静止或作匀速直线运动的状态。,21 力与力偶,211 力的概念和性质,一、力的概念,5.力的表示法,6.力的单位,力是一矢量，用数学上的矢量记号来表示，如图。,F,在国际单位制中，力的单位是牛顿（N）1 N=1公斤米/秒2（kg m/s2）。,.有关基本概念,力 系 作用于同一物体或物体系上的一群力。,等效力系 对物体的作用效果相同的两个力系。,平衡力系 能使刚体维持平衡的力系。,分 力 一个力等效于一个力系，则力系中的各 力称为这个力（合力）的分力。,合 力 能和一个力系等效的一个力。,二.力的性质,公理一（二力平衡公理）,

5、要使刚体在两个力作用下维持平衡状态，必须也只须这两个力大小相等、方向相反、沿同一直线作用。,公理二（加减平衡力系公理）,可以在作用于刚体的任何一个力系上加上或去掉几个互成平衡的力，而不改变原力系对刚体的作用。,推论（力在刚体上的可传性）,作用于刚体上的力，其作用点可以沿作用线在该刚体内前后任意移动，而不改变它对该刚体的作用。,=,=,F1=F2=F,公理三（刚化公理）设变形体在已知力系作用下维持平衡状态，则如将这个已变形但平衡的物体变成刚体（刚化），其平衡不受影响。,即，合力为原两力的矢量和。,公理四（力平行四边形公理）作用于物体上任一点的两个力可合成为作用于同一点的一个力，即合力。合力的矢由

6、原两力的矢为邻边而作出的力平行四边形的对角矢来表示。,F1,F2,FR,矢量表达式：FR=F1+F2,公理四（力平行四边形公理）作用于物体上任一点的两个力可合成为作用于同一点的一个力，即合力。,F1,F2,FR,F1,F2,FR,力三角形法,推论（三力汇交定理）当刚体在三个力作用下平衡时，设其中两力的作用线相交于某点，则第三力的作用线必定也通过这个点。,F1,F,F2,=,证明：,F3,F,=,A3,推论（三力汇交定理）当刚体在三个力作用下平衡时，设其中两力的作用线相交于某点，则第三力的作用线必定也通过这个点。,证明：,任何两个物体相互作用的力，总是大小相等，作用线相同，但指向相反，并同时分别

7、作用于这两个物体上。,公理五（作用和反作用公理）,-.力对点之矩,.力矩的概念力使物体产生转动效应的物理量称为力矩。产生转动的中心点称为力矩中心（简称矩心），力的作用线到力矩中心的距离d称为力臂，力使物体绕矩心转动的效应取决于力F的大小与力臂d的乘积及力矩的转动方向。力对点之矩用MO（F）来表示，即：,力矩是代数量，式中的正负号用来表明力矩的转动方向。规定力使物体绕矩心作逆时针方向转动时，力矩取正号；反之，取负号。力矩的单位或kNm。,合力矩定理：平面汇交力系的合力对平面内任意一点之矩，等于其所有分力对同一点的力矩的代数和。即：,力对点之矩的求法 方法1：用力矩的定义式，即力和力臂的乘积求力矩

8、。这种方法的关键在于确定力臂d。需要注意的是，力臂d是矩心到力作用线的距离，即力臂必须垂直于力的作用线。方法2：运用合力矩定理求力矩。在工程实际中，有时力臂的几何关系较复杂，不易确定时，可将作用力正交分解为两个分力，然后应用合力矩定理求原力对矩心的力矩。,例：圆柱齿轮如图，受到啮合力Fn的作用，设Fn=1400N，齿轮的压力角=200，节圆半径，r=60mm，试计算力Fn对轴心O的力矩。,解：,1）直接法：由力矩定义求解,2）合力矩定理将力Fn分解为切向力Ft和法（径）向力Fr，即,由合力矩定理得：,作业：P16 2-1、2-2,思考题：P15 2-1、2-2、2-3、2-4、2-5,2-1-

9、3力偶的概念和性质,1、力偶的概念,它既不平衡，也不能合成为一个合力，只能 使物体产生转动效应。力偶两个力所在的平面，称为力偶作用面。两力作用线之间的垂直距离，叫作力偶臂（以d来表示）。力偶使物体转动的方向称为力偶的转向。力偶对物体的转动效应，取决于力偶中的力与力偶臂的乘积，称为力偶矩。记作：或M：,定义：作用在物体上的一对大小相等、方向相反、作用线相互平行的两个力称为力偶，,力偶同力矩一样，是一代数量。其正负号只表示力偶的转动方向，规定：力偶逆时针转向时，力偶矩为正，反之为负。力偶矩的单位是：或 力偶矩的大小、转向和作用平面称为力偶的三要素。,2、力偶的性质,（3）力偶矩保持不变，力偶可以在

10、其作用面内任意搬移，或者同时改变力偶中的力的大小和力偶臂的长短，力偶对刚体的效应不变。,（2）作用于刚体同一平面内的两个力偶等效的充要条件是力偶矩彼此相等。,（1）力偶对物体不产生移动效应，因此力偶没有合力。,3、平面力偶系的合成 力偶对物体只产生转动效应，转动效应的大小取决于力偶矩的大小及转向。所以，物体内某一平面内受力偶系作用时，也只能使物体产生转动效应。力偶系对物体转动效应的大小等于各力偶转动效应的总和，即平面力偶系可以合成为一个合力偶，其力偶矩等于各分力偶矩的代数和。合力偶矩用M表示：,自由体,非自由体,约束,约束力,主动力,可以任意运动（获得任意位移）的物体。,运动（位移）受到某些限

11、制的物体。,约束对被约束体的作用力。,由周围物体所构成的、限制非自由体位移的条件。,约束力以外的力，能主动使物体运动或具有运动趋势的力。,1.基本概念,22 约束和约束力,2.常见的几种类型的约束,柔绳、链条、胶带构成的约束,22 约束和约束力,柔索约束力的方向沿它的中心线且背离物体，为拉力,柔绳约束,22 约束和约束力,约束类型与实例,F1,F2,胶带构成的约束,22 约束和约束力,约束类型与实例,柔绳约束,链条构成的约束,22 约束和约束力,约束类型与实例,光滑接触面约束,光滑接触面约束,22 约束和约束力,约束类型与实例,F,F,F,沿接触点处的公法线，指向物体，为压力,22 约束和约束

12、力,约束类型与实例,F,F,光滑接触面约束实例,22 约束和约束力,约束类型与实例,光滑圆柱铰链约束,F,光滑圆柱铰链约束,22 约束和约束力,约束类型与实例,Fy,Fx,固定铰链支座,固定铰链支座,光滑圆柱铰链约束,22 约束和约束力,约束类型与实例,F,F,活动铰链支座,活动铰链支座,光滑圆柱铰链约束,22 约束和约束力,约束类型与实例,22 约束和约束力,约束类型与实例,光滑圆柱铰链约束实例,22 约束和约束力,约束类型与实例,22 约束和约束力,约束类型与实例,光滑圆柱铰链约束实例,22 约束和约束力,约束类型与实例,光滑圆柱铰链约束实例,22 约束和约束力,约束类型与实例,光滑球铰链

13、约束：,F,光滑球铰链约束,22 约束和约束力,约束类型与实例,光滑球铰链约束实例,22 约束和约束力,约束类型与实例,22 约束和约束力,约束类型与实例,双铰链刚杆约束,22 约束和约束力,约束类型与实例,C,双铰链刚杆约束,22 约束和约束力,约束类型与实例,受力图正确吗?,C,双铰链刚杆约束,22 约束和约束力,约束类型与实例,C,B,D,A,A,B,双铰链刚杆约束,22 约束和约束力,约束类型与实例,插入端约束,插入端约束,22 约束和约束力,约束类型与实例,22 约束和约束力,约束类型与实例,22 约束和约束力,约束类型与实例,23 受力分析和受力图,使物体具有运动趋势的力称为物体所

14、受的主动力,限制物体运动的力为约束反力,主动力与约束反力都是物体所受的外力，研究物体的平衡状态就是研究外力之间的关系,静力学分析就是讨论物体处于静力平衡时的主动力和约束反力,画受力图步骤,1.取分离体。,2.画出对象所受的全部主动力。,3.在存在约束的地方，按约束类型逐一画出约束反力。,受力图的画法步骤：,23 受力分析和受力图,解：,1.物体B受力图。,2.球A受力图。,3.滑轮C的受力图。,例题 1-1,例11 在图示的平面系统中，匀质球A重W1，借本身重量和摩擦不计的理想滑轮C和柔绳维持在仰角是的光滑斜面上，绳的一端挂着重W2的物体B。试分析物体B、球A和滑轮C的受力情况，并分别画出平衡

15、时各物体的受力图。,23 受力分析和受力图,讨论,例题1-1,例题 1-1,理想滑轮仅改变绳子的方向，而不改变绳子拉力的大小。,1.杆BC所受的力。,2.杆AB所受的力。,表示法一：,表示法二：,例12 等腰三角形构架ABC的顶点A，B，C都用铰链连接，底边AC固定，而AB边的中点D作用有平行于固定边AC的力F，如图所示。不计各杆自重，试画出AB和BC的受力图。,例题1-2,23 受力分析和受力图,例题 1-2,例13 如图所示，重物重G=20 kN,用钢丝绳挂在支架的滑轮B上，钢丝绳的另一端绕在铰车D上。杆AB与BC铰接，并以铰链A，C与墙连接。如两杆与滑轮的自重不计并忽略摩擦和滑轮的大小，

16、试画出杆AB和BC以及滑轮B的受力图。,例题 1-3,23 受力分析和受力图,1.杆AB的受力图。,2.杆BC 的受力图。,例题 1-3,23 受力分析和受力图,3.滑轮B（不带销钉）的受力图。,例题 1-3,23 受力分析和受力图,4.滑轮B（带销钉）的受力图。,A,B,FAB,FCB,B,C,例题 1-3,23 受力分析和受力图,B,A,C,W,F,B,思考题,思考题,A,W,C,光滑,粗糙,柔绳,（a）,（b）,画出杆AB的受力图。,23 受力分析和受力图,思考题,A,W,F,B,思考题,C,FC,FAy,FAx,解答,（a）,（b）,23 受力分析和受力图,思考题,B,C,FB,FC,

17、图（b）,（c）受力图正确吗?,B,D,A,FD,FA,FE,FB,思考题,思考题,F,思考题,E,（a）,（b）,（c）,23 受力分析和受力图,FBy,FC,B,D,A,FD,FAx,FAy,FBx,思考题,E,F,FE,FBy,FBx,解答,思考题,23 受力分析和受力图,B,A,C,A,D,C,思考题,F,FC,FB,F,FA,B,柔绳,图（b）受力图正确吗?,思考题,（a）,（b）,思考题,23 受力分析和受力图,B,A,C,F,练习题,B,A,C,A,C,C,C,画出下列各构件的受力图。,练习题,练习题,23 受力分析和受力图,练习题,画出杆AB的受力图。,练习题,练习题,23 受力分析和受力图,