第一节静力学概念和定理.docx

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第一节静力学概念和定理

绪论

本课程研究的内容

以构件的力学分析为基础、以常用传动机构和通用零件、液气压元件为主要研究对象、以传动方式（机械传动、液压和气压传动）为主线进行的。

具体内容：

第一篇力学分析

主要讲述力学分析的基础知识，介绍构件的受力分析、力系的简化和物体的平衡条件，物体在外力作用下的变形、失效破坏的规律，以及承载能力的计算方法。

第二篇轴系零部件

主要讲述汽车机械中轴系零部件及汽车中常用零件的工作原理、类型、结构特点、材料和结构设计方法、选用原则和方法，扼要介绍通用零部件的有关国家标准和规范。

第三篇机构传动

主要阐述汽车机械中常用机械传动机构的工作原理和类型、运动特点和设计方法、选用原则和方法、一般使用维护知识，并简单介绍机械动力学的有关知识。

本学期学习内容第一篇力学分析（工程力学）

一、工程力学的研究对象

建筑物中承受载荷而起骨架作用的部分称为结构。

结构是由若干构件按一定方式组合而成的。

组成结构的各单独部分称为构件。

结构受载荷作用时，如不考虑建筑材料的变形，其几何形状和位置不会发生改变。

结构按其几何特征分为三种类型：

（1）杆系结构：

由杆件组成的结构。

杆件的几何特征是其长度远远大于横截面的宽度和高度。

（2）薄壁结构：

由薄板或薄壳组成。

薄板或薄壳的几何特征是其厚度远远小于另两个方向的尺寸。

（3）实体结构：

由块体构成。

其几何特征是三个方向的尺寸基本为同一数量级。

工程力学的研究对象主要是杆系结构。

二、工程力学的研究内容和任务

工程力学的任务是研究结构的几何组成规律，以及在载荷的作用下结构和构件的强度、刚度和稳定性问题。

研究平面杆系结构的计算原理和方法，为结构设计合理的形式，其目的是保证结构按设计要求正常工作，并充分发挥材料的性能，使设计的结构既安全可靠又经济合理。

进行结构设计时，要求在受力分析基础上，进行结构的几何组成分析，使各构件按一定的规律组成结构，以确保在载荷的作用下结构几何形状不发生发变。

结构正常工作必须满足强度、刚度和稳定性的要求。

强度是指抵抗破坏的能力。

满足强度要求就是要求结构的构件在正常工作时不发生破坏。

刚度是指抵抗变形的能力。

满足刚度要求就是要求结构的构件在正常工作时产生的变形不超过允许范围。

稳定性是指结构或构件保持原有的平衡状态的能力。

满足稳定性要求就是要求结构的构件在正常工作时不突然改变原有平衡状态，以免因变形过大而破坏。

按教学要求，工程力学主要研究以下几个部分的内容。

（1）静力分析。

这是工程力学的重要基础理论。

包括物体的受力分析、力系的简化与平衡等刚体静力学基础理论。

（2）承载能力分析。

这部分是计算结构承载能力计算的实质。

包括基本变形杆件的内力分析和强度、刚度计算，压杆稳定和组合变形杆件的强度、刚度计算。

三、刚体、变形固体及其基本假设

工程力学中将物体抽象化为两种计算模型：

刚体和理想变形固体。

刚体是在外力作用下形状和尺寸都不改变的物体。

实际上，任何物体受力的作用后都发生一定的变形，但在一些力学问题中，物体变形这一因素与所研究的问题无关或对其影响甚微，这时可将物体视为刚体，从而使研究的问题得到简化。

理想变形固体是对实际变形固体的材料理想化，作出以下假设：

（1）连续性假设。

认为物体的材料结构是密实的，物体内材料是无空隙的连续分布。

（2）均匀性假设。

认为材料的力学性质是均匀的，从物体上任取或大或小一部分，材料的力学性质均相同。

（3）向同性假设。

认为材料的力学性质是各向同性的，材料沿不同方向具有相同的力学性质，而各方向力学性质不同的材料称为各向异性材料。

本教材中仅研究各向同性材料。

按照上述假设理想化的一般变形固体称为理想变形固体。

刚体和变形固体都是工程力学中必不可少的理想化的力学模型。

变形固体受载荷作用时将产生变形。

当载荷撤去后，可完全消失的变形称为弹性变形；不能恢复的变形称为塑性变形或残余变形。

在多数工程问题中，要求构件只发生弹性变形。

工程中，大多数构件在载荷的作用下产生的变形量若与其原始尺寸相比很微小，称为小变形。

小变形构件的计算，可采取变形前的原始尺寸并可略去某些高阶无穷小量，可大大简化计算。

综上所述，工程力学把所研究的结构和构件看作是连续、均匀、各向同性的理想变形固体，在弹性范围内和小变形情况下研究其承载能力。

四、载荷的分类

结构工作时所承受的主动外力称为载荷。

载荷可分为不同的类型。

（1）按作用性质可分为静载荷和动载荷。

由零逐渐缓慢增加加到结构上的载荷称为静载荷，静载荷作用下不产生明显的加速度。

大小方向随时间而改变的载荷称为动载荷。

地震力、冲击力、惯性力等都为动载荷。

（2）按作用时间的长短可分为恒载荷和活载荷。

永久作用在结构上大小、方向不变的载荷称为恒载荷。

结构、固定设备的自重等都为恒载荷。

暂时作用在结构上的载荷称为活载荷。

风、雪载荷等都是活载荷。

（3）按作用范围可分为集中载荷和分布载荷。

若载荷的作用范围与结构的尺寸相比很小时，可认为载荷集中作用于一点，称为集中载荷。

分布作用在体积、面积和线段上的载荷称为分布载荷。

结构的自重、风、雪等载荷都是分布载荷。

当以刚体为研究对象时，作用在结构上的分布载荷可用其合力（集中载荷）代替；但以变形体为研究对象时，作用在结构上的分布载荷不能用其合力代替。

课堂小结：

重点：

工程力学的研究内容和任务

难点：

刚体、变形固体及其基本假设

板书设计：

绪论

本课程研究的内容

第一篇力学分析

第二篇轴系零部件

第三篇机构传动

本学期学习内容第一篇力学分析（工程力学）

一、工程力学的研究对象

（1）杆系结构：

（2）薄壁结构：

（3）实体结构：

二、工程力学的研究内容和任务

（1）静力分析

（2）承载能力分析

三、刚体、变形固体及其基本假设

（1）连续性假设。

（2）均匀性假设。

（3）向同性假设。

四、载荷的分类

课后小结：

通过本堂课，使学生了解本课程学习内容，明确学习目的，建立学习兴趣。

第一篇汽车常用构件力学分析

第一章构件静力分析

第一节静力分析的基本概念和定理

一、静力分析的基本概念

1.力

力是物体间的相互机械作用

力对物体作用效应

i.外效应：

使物体的运动状态发生改变；

ii.内效应：

使物体的形状发生改变

力是矢量

力的三要素：

力的大小、方向、作用线

力的单位：

牛[顿]（N）或千牛（kN）

2.刚体

刚体是受力作用后不变形的物体。

3.平衡

物体相对于地球处于静止或匀速直线运动状态——平衡状态

力系：

作用于刚体上的一群力。

平衡力系：

使物体处于平衡状态的力系。

二、静力学公理

公理一：

二力平衡公理

作用于刚体上的两个力使刚体平衡的必要和充分条件是：

这两个力的大小相等、方向相反、作用线重合。

矢量表示法：

F1=－F2；

二力构件：

受两个力作用而平衡的刚体。

二力构件受力特点：

两力沿着两作用点连线，且等值、反向。

公理二：

加减平衡力系公理

在一个刚体上加上或减去一个平衡力系，不改变刚体的原状态。

力的可传性原理

作用于刚体的力可以沿其作用线滑移至刚体的任意点，不改变原力对该刚体的作用效应

公理三：

作用力与反作用力公理

两个物体相互的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，沿着同一条直线，分别作用在这两个物体上。

公理四：

力的平行四边形公理

作用在物体上同一点的两个力可以合成为一个力，合力的作用点仍作用在这一点，合力的大小和方向由这两个力为邻边所构成的平行四边形的对角线确定。

▪矢量表示法：

FR=F1+F2

推论：

三力平衡汇交定理

刚体受同一平面内三个互不平行的力作用而平衡时，此三个力的作用线必汇交于一点。

课堂小结：

重点：

静力学公理

难点：

二力构件、三力平衡汇交定理

作业布置：

复习巩固本次内容

板书设计：

第一篇汽车常用构件力学分析

第二章构件静力分析

第一节静力分析的基本概念和定理

一、静力分析的基本概念

1.力

2.刚体

3.平衡

静止或匀速直线运动状态——平衡状态

平衡力系力系

二、静力学公理

公理一：

二力平衡公理

公理二：

加减平衡力系公理

力的可传性原理

公理三：

作用力与反作用力公理

公理四：

力的平行四边形公理

推论：

三力平衡汇交定理

课后小结：

学生对二力构件掌握还不大好，还需练习；三力平衡汇交定理必须应用之后才能深刻理解并掌握。

复习提问：

静力学公理有哪些？

导入新课：

由日常生活中用扳手拧螺丝导入力矩概念。

讲授内容：

三、力矩和力偶

（一）力矩

力对物体的运动效应，包括力对物体的移动和转动效应，其中力对物体的转动效应用力矩来度量。

力矩是力对物体的转动效应的度量

力矩的表示

力矩的矩心O、力臂d

正负号规定:

力使物体绕矩心逆时针转动时的力矩为正；反之为负。

量纲单位：

牛顿.米[N.m]或千牛.米[kN.m]

（二）力偶和力偶矩

❑定义：

▪两个大小相等，方向相反，且不共线的平行力组成的力系称为力偶。

❑力偶的表示法

▪书面表示（F，F’）

▪图示

❑力偶矩

▪大小

▪正负规定：

逆时针为正，反之为负。

▪单位量纲：

牛米[N.m]或千牛米[kN.m]

（三）力偶的性质及力偶等效变换

1.力偶的性质

▪力偶无合力

▪力偶中两个力对其作用面内任意一点之矩的代数和，等于该力偶的力偶矩

2.力偶等效变换

（四）力的平移定理

作用在刚体上某点的力，可以平移至刚体上任意一点，但同时必须增加一个附加力偶，该力偶的力偶矩等于原力对该点之矩。

课堂小结：

重点：

力矩与力偶矩的计算

难点：

力的平移定理

作业布置：

预习下一节

板书设计：

三、力矩和力偶

（一）力矩

力矩的矩心O、力臂d

正负号规定:

力使物体绕矩心逆时针转动时的力矩为正；反之为负。

量纲单位：

牛顿.米[N.m]或千牛.米[kN.m]

（二）力偶和力偶矩

正负规定：

逆时针为正，反之为负。

单位量纲：

牛米[N.m]或千牛米[kN.m]

（三）力偶的性质及力偶等效变换

1.力偶的性质

2.力偶等效变换

（四）力的平移定理

课后小结：

原以为对力矩的知识高中物理已学过，讲解时用时很短，课后学生反馈，说力矩在高中只是选学部分。

准备在后面的“合力矩定理”教学时在强调一下力矩的概念。