虚功原理,作为静力学的核心概念,由拉格朗日于1764年提出,是分析静止系统保持静止状态的关键法则。其核心内容是:当一个静止的物体系统受到理性的、恒定的约束时,系统保持静止的条件是所有主动力对虚位移所做的功之和为零。虚位移并非真实位移,而是弹性体在满足约束和连续条件下的无限小可能位移,可能由温度变化或外部干扰引起,且要求不改变原受力平衡体的状态。
虚功定义为真实力在虚位移上的作用,用虚位移和虚应变表示的量可以替代真实的应力和位移来表达功能关系。在理想情况下,如木块在平滑地面移动,其重力产生的反作用力与虚位移垂直,所作虚功为零,这时达朗伯特原理适用。但若地面粗糙,摩擦力介入,虚位移与摩擦力平行,虚功不为零,达朗伯特原理不再适用。然而,在滚动的轮子例子中,摩擦点静止,虚功为零,达朗伯特原理依然适用。
在结构力学中,刚体体系和变形体体系的虚功原理有所不同。对于刚体体系,任何平衡力系作用下,只要系统发生满足约束的微小位移,主动力所作的虚功总和恒为零。而对于变形体体系,外力在给定的几何位移和变形下,其虚功等于所有内力在微段变形上的虚功总和,体现了力学系统平衡的动态关系。