文档介绍：主编杨山波
工程力学
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目录CONTENTS
第七章梁的强度问题
第八章梁的位移分析与刚度设计
第九章圆轴扭转时的应力变形分析与强度刚度设计
第十章复杂受力时构件的强度设计
第十一章拉杆的稳定性分析与设计
第一章工程静力学基础
第二章力系的简化
第三章工程构建的静力学平衡问题
第四章材料力学的基本概念
第五章杠件的内力图
第十二章动载荷与疲劳强度分析
第六章拉压杆件的应力变形分析与强度设计
第1章工程静力学基础
力和力矩
力偶及其性质
约束与约束力
平衡的概念
受力分析方法与过程
结论与讨论
第
一
章
力和力矩
力的概念
力对物体的作用效应取决于力的大小、方向和作用点。
(1)力的大小反映了物体间相互作用的强弱程度。国际单位制中力的计量单位是“牛顿”简称“牛”,英文字母N和kN分别表示牛和千牛。
(2)力的方向指的是静止质点在该力作用下开始运动的方向。沿该方向画出的直线称为力的作用线,力的方向包含力的作用线在空间的方位和指向。
力和力矩
(3)力的作用点是物体相互作用位置的抽象化。实际上两物体接触处总会占有一定面积,力总是作用于物体的一定面积上的。如果这个面积很小,则可将其抽象为一个点,这时作用力称为集中力;如果接触面积比较大,力在整个接触面上分布作用,这时的作用力称为分布力,通常用单位长度的力表示沿长度方向上的分布力的强弱程度,称为载荷集度,用记号q表示,单位为N/m。
力和力矩
作用在刚体上的力的效应与力的可传性
力使物体产生两种运动效应:
(1)若力的作用线通过物体质心,则使物体在力的方向发生平移见图1-3(a)。
(2)若力的作用线不通过物体质心,则使物体既发生平移又发生转动见图1-3(b)。
图1-3 力的运动效应
力和力矩
当研究力对刚体的运动效应时,只要保持力的大小和方向不变,可以将力的作用点沿力的作用线移动,刚体的运动效应不会发生变化如图1-4所示。力的这一性质称为力的可传性。
图1-4 作用在刚体上的力产生相同的运动效应
力和力矩
应该指出,力的可传性对于变形体并不适用。如图1-5(a)所示直杆,在A、B二处施加大小相等、方向相反、沿同一作用线作用的两个力F1和F2,这时,杆件将产生拉伸变形。若将力F1和F2分别沿其作用线移至B点和A点,如图1-5(b)所示,则这时杆件产生压缩变形。这两种变形效应显然是不同的。因此,力的可传性只限于研究力的运动效应。
图1-5 作用在变形体上的力产生不同的变形效应
力和力矩
力对点之矩
力矩概念最早是由人们使用滑车、杠杆这些简单机械而产生的。使用过扳手的读者都能体会到:用扳手拧紧螺母(见图1-6)时,作用在扳手上的力F使螺母绕O点的转动效应不仅与力的大小成正比,而且也与点O到力作用线的垂直距离h成正比。点O到力作用线的垂直距离称为力臂。
图1-6 扳手拧紧螺母时的转动效应
力和力矩
由此,规定力F与力臂h的乘积作为力F使螺母绕点O转动效应的度量,称为力F对O点之矩,简称力矩,用符号MO(F)表示。即
MO(F)=±Fh=±2AABO (1-1)
其中,O点称为力矩中心,简称矩心;AABO为三角形ABO的面积;式中±号表示力矩的转动方向。通常规定:若力F使物体绕矩心O点逆时针转动,取正号;反之,若力F使物体绕矩心O点顺时针转动,取负号。这时,力矩是代数量。
力矩的国际单位记号是N·m或kN·m。