理论力学--课件

1ppt课件F力学力学你身边的科学你身边的科学2ppt课件力学力学你身边的科学你身边的科学3ppt课件力学力学你身边的科学你身边的科学4ppt课件力学力学你身边的科学你身边的科学5ppt课件力学力学你身边的科学你身边的科学6ppt课件力学力学你身边的科学你身边的科学7ppt课件第一章第一章 绪论绪论一、一、什么是力学什么是力学二、力学与工程二、力学与工程三、现代力学的发展及其特点三、现代力学的发展及其特点七、理论力学的主要研究内容七、理论力学的主要研究内容五、最基本概念五、最基本概念-力和运动力和运动四、学科分类四、学科分类六、一般研究方法六、一般研究方法8ppt课件一、什么是力学一、什么是力学?是各技术工程学科的重要理论基础，是各技术工程学科的重要理论基础，是各技术工程学科的重要理论基础，是各技术工程学科的重要理论基础，是沟通自然科学基础理论与工程实践的桥梁是沟通自然科学基础理论与工程实践的桥梁是沟通自然科学基础理论与工程实践的桥梁是沟通自然科学基础理论与工程实践的桥梁。所阐述的规律带有普遍性，是一门所阐述的规律带有普遍性，是一门基础科学基础科学。直接服务于工程直接服务于工程,又是一门又是一门技术科学技术科学。力学是研究物质机械运动规律的科学力学是研究物质机械运动规律的科学。墨子：墨子：墨子：墨子：“力，形之所以奋也力，形之所以奋也力，形之所以奋也力，形之所以奋也”。（公元前（公元前4 4世纪）世纪）力是物体为什么改变其状态的原因力是物体为什么改变其状态的原因力是物体为什么改变其状态的原因力是物体为什么改变其状态的原因。9ppt课件机械、结构等机械、结构等 受力如何？受力如何？如何运动？如何运动？如何变形？破坏？如何变形？破坏？如何控制设计？如何控制设计？研究力学的目的是：了解工程系统的性态了解工程系统的性态 并为其设计提供合理的规则并为其设计提供合理的规则。性态性态规则规则10ppt课件 二、力学与工程二、力学与工程以力学与航空航天工程为例简单回顾。以力学与航空航天工程为例简单回顾。11ppt课件实验探索实验探索实验探索实验探索：风筝、模拟鸟类滑翔等。风筝、模拟鸟类滑翔等。风筝、模拟鸟类滑翔等。风筝、模拟鸟类滑翔等。问题一、如何飞起来？问题一、如何飞起来？12ppt课件到到到到19191919世纪末，世纪末，世纪末，世纪末，经典经典经典经典流体力学流体力学流体力学流体力学基础已经形成。基础已经形成。基础已经形成。基础已经形成。17831783年年6 6月，法蒙高兄弟布袋式热气球飞行。月，法蒙高兄弟布袋式热气球飞行。18751875年，氢气球载人飞行到万米高空。年，氢气球载人飞行到万米高空。1919世纪后，出现了飞艇。世纪后，出现了飞艇。充填氢、氦、热空气等产生升力，充填氢、氦、热空气等产生升力，用动力装置辅助控制用动力装置辅助控制,可以向任意方向飞行。可以向任意方向飞行。空气静力飞行：空气静力飞行：（气球、飞艇）（气球、飞艇）（气球、飞艇）（气球、飞艇）到到到到20202020世世世世纪纪纪纪，人人人人们们们们从从从从理理理理论论论论和和和和实实实实践践践践二二二二方方方方面面面面研研研研究究究究飞飞飞飞行行行行器器器器与与与与空空空空气气气气相相相相对对对对运运运运动动动动时时时时作作作作用用用用力力力力(升升升升力力力力，阻阻阻阻力力力力)的的的的产产产产生生生生及其规律。及其规律。及其规律。及其规律。空气动力学空气动力学空气动力学空气动力学 发展并形成新分枝。发展并形成新分枝。发展并形成新分枝。发展并形成新分枝。空气动力飞行空气动力飞行：13ppt课件1949194919491949年，第一架喷气式年，第一架喷气式年，第一架喷气式年，第一架喷气式客机客机客机客机“彗星号彗星号彗星号彗星号”,可载可载可载可载客客客客80808080名，最大起飞重量名，最大起飞重量名，最大起飞重量名，最大起飞重量达达达达70707070吨，跨音速。吨，跨音速。吨，跨音速。吨，跨音速。19031903年，莱特兄弟（美国）的木制机身、双年，莱特兄弟（美国）的木制机身、双层帆布机翼螺旋桨飞机第一次飞行。层帆布机翼螺旋桨飞机第一次飞行。14ppt课件 空气动力试验空气动力试验-风洞实验风洞实验15ppt课件问题二问题二 如何飞如何飞？作为刚体，作为刚体，作为刚体，作为刚体，研究运动规律和控制。研究运动规律和控制。研究运动规律和控制。研究运动规律和控制。飞行力学飞行力学问题三问题三 如何保证结构的安全如何保证结构的安全？无缺陷均匀材料，无缺陷均匀材料，变形体。变形体。研究对象研究对象 材料力学性能、材料力学性能、材料力学性能、材料力学性能、结构应力分析、结构应力分析、结构应力分析、结构应力分析、失效判据、设计规范。失效判据、设计规范。失效判据、设计规范。失效判据、设计规范。研究内容研究内容研究内容研究内容 材料力学、结构力学、弹性力学、材料力学、结构力学、弹性力学、材料力学、结构力学、弹性力学、材料力学、结构力学、弹性力学、计算力学等。计算力学等。计算力学等。计算力学等。属于静强度设计。属于静强度设计。属于静强度设计。属于静强度设计。相应学科相应学科相应学科相应学科16ppt课件 飞飞 机机 整整 机机 结结 构构 强强 度度 实实 验验 机翼破坏实验机翼破坏实验 17ppt课件 机机 身身 结结 构构 强强 度度 实实 验验18ppt课件材料缺陷的影响如何？载荷变化的影响如何？材料缺陷的影响如何？载荷变化的影响如何？6060年代末，美国空军年代末，美国空军年代末，美国空军年代末，美国空军 F-111F-111飞机连续发生灾难性事飞机连续发生灾难性事飞机连续发生灾难性事飞机连续发生灾难性事故，是由含裂纹构件的脆性断裂引起的，断裂力学故，是由含裂纹构件的脆性断裂引起的，断裂力学故，是由含裂纹构件的脆性断裂引起的，断裂力学故，是由含裂纹构件的脆性断裂引起的，断裂力学方法也从此引入飞机设计中。方法也从此引入飞机设计中。方法也从此引入飞机设计中。方法也从此引入飞机设计中。断裂力学断裂力学-考虑材料缺陷和裂纹考虑材料缺陷和裂纹考虑材料缺陷和裂纹考虑材料缺陷和裂纹近代，复合材料，智能结构的研究。近代，复合材料，智能结构的研究。近代，复合材料，智能结构的研究。近代，复合材料，智能结构的研究。目标：更轻、更快、更安全（自监测、自诊断）目标：更轻、更快、更安全（自监测、自诊断）目标：更轻、更快、更安全（自监测、自诊断）目标：更轻、更快、更安全（自监测、自诊断）19521952年，年，年，年，“Comet”Comet”试飞试飞试飞试飞300300多小时后投入使用。多小时后投入使用。多小时后投入使用。多小时后投入使用。19541954年元月突然发生空中爆炸，坠落于地中海。残年元月突然发生空中爆炸，坠落于地中海。残年元月突然发生空中爆炸，坠落于地中海。残年元月突然发生空中爆炸，坠落于地中海。残骸研究后表明，起源于机身开口拐角处的裂纹，在骸研究后表明，起源于机身开口拐角处的裂纹，在骸研究后表明，起源于机身开口拐角处的裂纹，在骸研究后表明，起源于机身开口拐角处的裂纹，在扰动载荷作用下扩展导致破坏。扰动载荷作用下扩展导致破坏。扰动载荷作用下扩展导致破坏。扰动载荷作用下扩展导致破坏。疲劳力学疲劳力学-考虑载荷变化和重复作用的影响考虑载荷变化和重复作用的影响考虑载荷变化和重复作用的影响考虑载荷变化和重复作用的影响19ppt课件 振动、噪声控制；稳定性和可操纵性振动、噪声控制；稳定性和可操纵性振动、噪声控制；稳定性和可操纵性振动、噪声控制；稳定性和可操纵性力学与工程紧密结合。是一门既古老又年轻的学科，力学与工程紧密结合。是一门既古老又年轻的学科，力学与工程紧密结合。是一门既古老又年轻的学科，力学与工程紧密结合。是一门既古老又年轻的学科，它对于近、现代科学技术的进步，有重要的影响。它对于近、现代科学技术的进步，有重要的影响。它对于近、现代科学技术的进步，有重要的影响。它对于近、现代科学技术的进步，有重要的影响。问题四、如何更加舒适问题四、如何更加舒适？飞起来飞起来飞起来飞起来?跨、超音速空气动力学跨、超音速空气动力学喷气机、后掠翼、复合材料喷气机、后掠翼、复合材料快速快速快速快速理论力学理论力学飞行力学飞行力学如何如何如何如何飞？飞？飞？飞？安全安全安全安全振动振动 噪声噪声；稳定性稳定性舒适舒适舒适舒适材料力学材料力学结构力学结构力学弹性力学弹性力学计算力学计算力学疲劳力学疲劳力学断裂力学断裂力学空气动力学空气动力学双、单翼机双、单翼机气球、飞艇气球、飞艇流体力学流体力学实验实验力学力学20ppt课件 大型汽轮机大型汽轮机 转子转子结构的破坏例：结构的破坏例：21ppt课件 轴轴 叶轮叶轮 疲劳断裂破坏疲劳断裂破坏22ppt课件 转子轴转子轴 疲劳开裂疲劳开裂 疲劳断裂破坏疲劳断裂破坏23ppt课件 叶片击穿厂房叶片击穿厂房叶片击穿厂房叶片击穿厂房24ppt课件台南高屏大桥断裂台南高屏大桥断裂2000年年8月月27日下午日下午3时时20分，台湾南部高屏大桥断裂，分，台湾南部高屏大桥断裂，大桥中间下陷部分长达大桥中间下陷部分长达100米。米。17辆车坠河，辆车坠河，22人受伤。人受伤。采沙过度，河面沉降采沙过度，河面沉降10余米，桥墩先断裂。余米，桥墩先断裂。25ppt课件九江大桥事故 26ppt课件20002000年月年月年月年月2525日，法航协和式客机坠毁，日，法航协和式客机坠毁，日，法航协和式客机坠毁，日，法航协和式客机坠毁，113113人死亡。人死亡。人死亡。人死亡。地面铁条使地面铁条使轮胎爆裂，轮胎爆裂，碎片侵入发碎片侵入发动机。动机。27ppt课件汽车碰撞试验汽车碰撞试验28ppt课件建建筑筑物物控控制制爆爆破破29ppt课件 上海上海 东方电视塔东方电视塔 高高300m 球径球径45m30ppt课件 抗震模型试验抗震模型试验 （破坏部位、破坏形式、抗震能力）（破坏部位、破坏形式、抗震能力）31ppt课件材料与对象材料与对象：金属、土木石等 新型复合材料、高分子材料、结构陶瓷、功能材料。尺度尺度：宏观、连续体 含缺陷体，细、微观、纳米尺度。3.1 3.1 力学研究的发展力学研究的发展：应用领域应用领域：航空、土木、机械、材料航空、土木、机械、材料航空、土木、机械、材料航空、土木、机械、材料 生命生命生命生命、微电子技术等、微电子技术等、微电子技术等、微电子技术等三、现代力学发展及其特点三、现代力学发展及其特点实验技术实验技术：电、光测实验技术电、光测实验技术 全息、超声、光纤测量，全息、超声、光纤测量，及实验装置的大型化。及实验装置的大型化。32ppt课件静强度、静强度、断裂控制设计、抗疲劳设计、断裂控制设计、抗疲劳设计、刚度设计刚度设计 损伤容限设计、结构优化设计、损伤容限设计、结构优化设计、耐久性设计和可靠性设计等。耐久性设计和可靠性设计等。保证结构与构件的安全和功能保证结构与构件的安全和功能 设计设计-制造制造-使用使用-维护的综合分析与控制，维护的综合分析与控制，功能功能安全安全经济的综合性评价，经济的综合性评价，自感知、自激励、自适应自感知、自激励、自适应 （甚至自诊断、自修复）的智能结构。（甚至自诊断、自修复）的智能结构。设计目标设计目标：设计准则设计准则：33ppt课件3.2 3.2 现代力学的特点现代力学的特点 应用现代计算机、信息技术应用现代计算机、信息技术，与其他基础或技术学科相互结合与渗透。与其他基础或技术学科相互结合与渗透。材料设计材料设计：按所要求的性能设计材料。按所要求的性能设计材料。(90年代年代)计算机应用计算机应用：计算力学计算力学+计算机应用计算机应用 (60年代年代)解决复杂、解决复杂、困难的工程实际问题困难的工程实际问题。使工程结构分析技术；（结合使工程结构分析技术；（结合CADCAD技术）技术）监测、控制技术（如振动监测、故障诊断）；监测、控制技术（如振动监测、故障诊断）；工程系统动态过程的计算机数值仿真技术；工程系统动态过程的计算机数值仿真技术；广泛应用至各工程领域。广泛应用至各工程领域。34ppt课件9090年代开始，力学与材料、控制（包括传感与激年代开始，力学与材料、控制（包括传感与激励）、计算机相结合，研究发展面向励）、计算机相结合，研究发展面向2121世纪的、世纪的、具有具有“活活”的功能的智能结构的功能的智能结构。智能结构智能结构：生物材料力学性能、微循环、定量生理学、心血生物材料力学性能、微循环、定量生理学、心血管系统临床问题和生物医学工程等。管系统临床问题和生物医学工程等。“没有生物力学，就不能很好地了解生理学。没有生物力学，就不能很好地了解生理学。”生物力学生物力学：(70(70(70(70年代冯元祯博士年代冯元祯博士年代冯元祯博士年代冯元祯博士)依托新兴产业发展力学依托新兴产业发展力学。航空航天、信息、生命、功能材料等航空航天、信息、生命、功能材料等航空航天、信息、生命、功能材料等航空航天、信息、生命、功能材料等35ppt课件四、学科分类四、学科分类静力学：静力学：静力学：静力学：研究力系或物体的平衡问题，不涉及物体研究力系或物体的平衡问题，不涉及物体研究力系或物体的平衡问题，不涉及物体研究力系或物体的平衡问题，不涉及物体 运动状态改变；如飞机停在地面或巡航。运动状态改变；如飞机停在地面或巡航。运动状态改变；如飞机停在地面或巡航。运动状态改变；如飞机停在地面或巡航。运动学：运动学：运动学：运动学：研究物体如何运动，不讨论运动与受力的研究物体如何运动，不讨论运动与受力的研究物体如何运动，不讨论运动与受力的研究物体如何运动，不讨论运动与受力的 关系；关系；关系；关系；如飞行轨迹、速度、加速度。如飞行轨迹、速度、加速度。如飞行轨迹、速度、加速度。如飞行轨迹、速度、加速度。动力学：动力学：动力学：动力学：研究力与运动的关系。研究力与运动的关系。研究力与运动的关系。研究力与运动的关系。如何提供加速度？如何提供加速度？如何提供加速度？如何提供加速度？按运动与否分按运动与否分：36ppt课件按研究对象分按研究对象分：一般力学一般力学一般力学一般力学：对象是刚体。研究力及其与运动的关系。：对象是刚体。研究力及其与运动的关系。：对象是刚体。研究力及其与运动的关系。：对象是刚体。研究力及其与运动的关系。有有有有理论力学理论力学理论力学理论力学，分析力学分析力学分析力学分析力学等。等。等。等。流体力学流体力学流体力学流体力学：对象是气体和液体。：对象是气体和液体。：对象是气体和液体。：对象是气体和液体。有有有有水力学、空气动力学水力学、空气动力学水力学、空气动力学水力学、空气动力学等。等。等。等。固体力学固体力学固体力学固体力学：对象是可变形固体。研究强度、变形、破：对象是可变形固体。研究强度、变形、破：对象是可变形固体。研究强度、变形、破：对象是可变形固体。研究强度、变形、破 坏等。坏等。坏等。坏等。有有有有材料力学、结构力学、弹性力材料力学、结构力学、弹性力材料力学、结构力学、弹性力材料力学、结构力学、弹性力 学、塑性力学、断裂、疲劳学、塑性力学、断裂、疲劳学、塑性力学、断裂、疲劳学、塑性力学、断裂、疲劳等。等。等。等。(理论分析、实验和数值计算理论分析、实验和数值计算理论分析、实验和数值计算理论分析、实验和数值计算)有有有有实验力学、计算力学实验力学、计算力学实验力学、计算力学实验力学、计算力学二个方面的分支。二个方面的分支。二个方面的分支。二个方面的分支。按研究手段分按研究手段分：有有有有飞行力学、船舶结构力学、岩土力学飞行力学、船舶结构力学、岩土力学飞行力学、船舶结构力学、岩土力学飞行力学、船舶结构力学、岩土力学等等等等。按应用领域分按应用领域分：37ppt课件五、最基本概念五、最基本概念-力和运动力和运动力学既要研究力，又要研究运动，力学既要研究力，又要研究运动，力学既要研究力，又要研究运动，力学既要研究力，又要研究运动，还要将力和运动二者联系起来。还要将力和运动二者联系起来。还要将力和运动二者联系起来。还要将力和运动二者联系起来。力是物体间的相互作用力是物体间的相互作用力是物体间的相互作用力是物体间的相互作用。1.力力：直接接触的物体，通过接触表面的相互作用。直接接触的物体，通过接触表面的相互作用。直接接触的物体，通过接触表面的相互作用。直接接触的物体，通过接触表面的相互作用。如物体间压力等。表面力分布作用在接触面上。如物体间压力等。表面力分布作用在接触面上。如物体间压力等。表面力分布作用在接触面上。如物体间压力等。表面力分布作用在接触面上。表面力表面力非直接接触物体间的相互作用。非直接接触物体间的相互作用。非直接接触物体间的相互作用。非直接接触物体间的相互作用。如物体重力、惯性力、电场力、磁场力等。如物体重力、惯性力、电场力、磁场力等。如物体重力、惯性力、电场力、磁场力等。如物体重力、惯性力、电场力、磁场力等。体积力分布作用在物体整个体积内，与质量有关。体积力分布作用在物体整个体积内，与质量有关。体积力分布作用在物体整个体积内，与质量有关。体积力分布作用在物体整个体积内，与质量有关。体积力体积力38ppt课件 2.运动：运动：是力是力(力系力系)作用的结果。有二种效应：作用的结果。有二种效应：物体空间位置随时间的变化。物体空间位置随时间的变化。物体空间位置随时间的变化。物体空间位置随时间的变化。如飞机在空中飞行，复杂的运动。如飞机在空中飞行，复杂的运动。如飞机在空中飞行，复杂的运动。如飞机在空中飞行，复杂的运动。运动运动运动运动（外效应）（外效应）物体自身形状的局部畸变。物体自身形状的局部畸变。如机翼、机身结构的变形。如机翼、机身结构的变形。变形变形变形变形（内效应）（内效应）39ppt课件3.力与运动之关系的研究力与运动之关系的研究，属于，属于动力学动力学动力学动力学。是动力学基本方程动力学基本方程。注意 F、a 是矢量。牛顿第二定律牛顿第二定律牛顿第二定律牛顿第二定律:物体运动状态的改变物体运动状态的改变物体运动状态的改变物体运动状态的改变(dv/dt=dv/dt=a a)与作用于其上与作用于其上与作用于其上与作用于其上的力成正比，并发生于该力的作用线上。的力成正比，并发生于该力的作用线上。的力成正比，并发生于该力的作用线上。的力成正比，并发生于该力的作用线上。力与变形之关系，是与材料有关的物理行为。力与变形之关系，是与材料有关的物理行为。力与变形之关系，是与材料有关的物理行为。力与变形之关系，是与材料有关的物理行为。4.力与固体的变形之关系的研究力与固体的变形之关系的研究,属属固体力学固体力学固体力学固体力学。特别地，若物体的运动状态不发生改变特别地，若物体的运动状态不发生改变特别地，若物体的运动状态不发生改变特别地，若物体的运动状态不发生改变（a a=0=0）,则称物体处于则称物体处于则称物体处于则称物体处于平衡平衡平衡平衡。40ppt课件提出问提出问题，选题，选择有关择有关的研究的研究系统。系统。对系统对系统进行抽进行抽象与简象与简化，建化，建立力学立力学模型。模型。利用力利用力学原理学原理进行分进行分析、推析、推理，得理，得出结论出结论与已知与已知结论相结论相比较，比较，或由实或由实验进行验进行验证。验证。确认或确认或进一步进一步改善模改善模型，深型，深化认识化认识六、一般研究方法六、一般研究方法工程力学解决问题的一般方法，类似于一般科学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：研究的普遍方法，可归纳为：建立力学模型是最关键的建立力学模型是最关键的。(需要知识和经验需要知识和经验需要知识和经验需要知识和经验)模型包括材料性能、载荷、约束、几何形状等模型包括材料性能、载荷、约束、几何形状等 真实情况的理想化和简化。真实情况的理想化和简化。41ppt课件材材 料料 模模 型型变形体模型变形体模型刚体模型刚体模型42ppt课件汽车通过轮胎作用在汽车通过轮胎作用在桥面上的集中力模型桥面上的集中力模型载载 荷荷 模模 型型桥面板作用在钢梁桥面板作用在钢梁的分布力模型的分布力模型43ppt课件例如，研究工程构件（如杆、梁、轴等）时，例如，研究工程构件（如杆、梁、轴等）时，先将其理想化为先将其理想化为刚体刚体，研究其上的受力和运动；，研究其上的受力和运动；建立力学模型是最关键的建立力学模型是最关键的。研究不同的问题，采用不同的模型。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，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。又能使结果基本符合实际情况，满足精度。若进一步考虑材料的若进一步考虑材料的若进一步考虑材料的若进一步考虑材料的塑性塑性塑性塑性，可研究其弹，可研究其弹，可研究其弹，可研究其弹塑性塑性塑性塑性行为。就会得到更进一步的启发。行为。就会得到更进一步的启发。行为。就会得到更进一步的启发。行为。就会得到更进一步的启发。再将其视为再将其视为再将其视为再将其视为变形体变形体变形体变形体，并假定变形是，并假定变形是，并假定变形是，并假定变形是弹性弹性弹性弹性的，的，的，的，研究在载荷作用下构件的弹性变形；研究在载荷作用下构件的弹性变形；研究在载荷作用下构件的弹性变形；研究在载荷作用下构件的弹性变形；44ppt课件 小小 结：结：4)4)运动分二类。运动分二类。运动运动是物体位置随时间的变化；是物体位置随时间的变化；变形变形是物体形状的局部畸变。是物体形状的局部畸变。3)3)力是物体间的相互作用力是物体间的相互作用。有直接接触物体间的。有直接接触物体间的 表面力表面力；非直接接触物体间的；非直接接触物体间的体积力体积力。1)1)1)1)力学力学力学力学是研究物质机械运动规律的科学。是研究物质机械运动规律的科学。是研究物质机械运动规律的科学。是研究物质机械运动规律的科学。2)2)力学力学研究的目的是研究的目的是:了解工程系统的性态了解工程系统的性态 并为其设计提供合理的规则。并为其设计提供合理的规则。45ppt课件理论力学理论力学静力学静力学运动学运动学动力学动力学理论力学：理论力学：理论力学是研究其他力学课程的基础理论力学是研究其他力学课程的基础。本课程的内容包括以下三部分：本课程的内容包括以下三部分：七、理论力学的主要研究内容七、理论力学的主要研究内容46ppt课件理论力学研究的主要问题理论力学研究的主要问题静力学静力学：研究物体在力系作用下的平衡问题，研究物体在力系作用下的平衡问题，其中包括力的基本性质和物体的受其中包括力的基本性质和物体的受 力分析力分析。运动学运动学：从几何角度研究物体的运动，而不从几何角度研究物体的运动，而不 涉及引起物体运动的原因。涉及引起物体运动的原因。动力学动力学：研究物体的运动（加速度、动研究物体的运动（加速度、动 量变量变 化等）和作用力之间的关系。化等）和作用力之间的关系。47ppt课件