资源描述
,*,蔡力勋,2008,工程力学讲义,工程力学讲义,教材,参考教材,联系方式,工程力学讲义,lix_cai,13980019256,西南交通大学应用力学与工程系编,.,工程力学教程,.,高等教育,出版社,2004,孙训方等编,.,材料力学,.,第四版,.,高等教育出版社，,2002,奚绍中，丘秉全主编,.,工程力学,.,西南交通大学出版社,1987,机械运动,是物质运动的基本形式,反映物质在时间、空间中的位置变化,位置变化：变形、移动、转动、流动、振动、波动,力,导致物质机械运动状态变化,反映物体间的相互作用,1,什么是力学,简绪,简绪,力学,是各工程技术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,是研究物质机械运动规律的科学,既是,基础科学,又是服务于工程的,技术科学,力原表示肘用劲,mechanics,力学、机械学,mechanical,机械的、力学的,dynamicist,力学家,mechanist,机械师、机械主义者,mechanical engineering,机械工程,有关词汇,静力学,动力学,运动学,2,力学的学科分类,宏观力学,细观力学,微机电力学纳米力学,以牛顿力学体系为代表,固体力学,材料力学、结构力学、弹性力学、 塑性力学、断裂力学等,流体力学,水力学、水动力学、空气动力学、 气体动力学、多相流体力学。,2,力学的学科分类,按研究对象分,研究固体材料或结构在外界因素作用下，结构的变形与应力间的关系及其分布规律，确保结构的强度、刚度和稳定性,液体和气体,研究质点、刚体的静力学与动力学,一般力学,理论力学、分析力学、外弹道学、 振动理论、刚体动力学、陀螺力学 、运动稳定性、非线性动力学,。,实验力学,实验应力分析、实验流体力学、疲劳,与,断裂,测试,、材料力学性能,测试,、,振动测 试、光测力学、,CAT,技术,等,。,计算力学,计算结构力学、计算流体力学、数 值分析、有限元方法、计算机辅助 设计技术。,按研究手段分,有,飞行力学,、,船舶结构力学,岩土力学、反应堆结构力学,等,按应用领域分,数值仿真,按交叉方向分,生物力学 热力学,地质力学 岩土力学,爆炸力学 冲击动力学,复合材料力学,未来力学,智能材料力学,纳米力学,微机电力学,仿生力学,工程构件 受力如何？,如何运动？,如何变形？破坏？,如何控制、设计？,目的：,了解工程系统的力学性态,并为其设计提供合理的规则,3,工程力学,（或者应用力学）,是将力学原理应用于实际工程系统的科学,性态,规则,灾难,4,工程中的力学问题,力学研究的方法论,重庆綦江彩虹桥垮塌,垮塌前的彩虹桥,垮塌后的彩虹桥,中承式拱形桥的拱架钢管焊接存在严重缺陷,混凝土强度低于设计标号的,1,3,连接拉索、铆片、铆具严重锈蚀,23,名武警晨练齐步跑,1999,年,1,月,4,日重庆市綦江彩虹桥发生垮塌,40,人死亡,14,人受伤,直接经济损失,631,万元,原因,强度问题、振动问题,2001,年,11,月,7,日,宜宾南门大桥垮塌,2,人死亡，,2,人受伤,中承式拱桥垮塌原因：,靠近拱圈边缘的吊杆短，刚强度较大、应付变形能力小，相应受力就较大；,桥端伸缩缝较大，伸缩变形导致吊杆疲劳断裂，从而引起大桥坍塌。,宜宾南门大桥,早期列车对撞灾难,蒸汽机车无损,车厢破坏,刚度、强度差异,Boeing 737,着陆机头因疲劳发生断裂,机上人员安全,飞机设计：,强度、刚度、可靠性,材料的性能试验,机 身 结 构 强 度 实 验,波音,NASAX-48B,飞机风洞实验,波音,747,整机有限元分析模型,材料、部件、整机实验,局部与整机的数值仿真,上海,东方电视塔,高,300m,球径,45m,抗震模型试验,（破坏部位、破坏形式、抗震能力）,秦山二期核反应堆稳压器强度考验,结构强度与变形分析,实验力学,材料力学,有限元分析,车辆加载模拟机构,轨道疲劳可靠性实验与结构优化,刚体静力学,材料力学,实验力学,静强度,疲劳,冲击振动,抗拔,抗扭转,大坝闸门吊杆,承力杆,塔式起重机,塔式起重机,强度设计：应力、疲劳、断裂等强度容限设计,刚度设计,：应变、位移容限设计,静强度、断裂控制设计、抗疲劳设计,结构优化设计、可靠性设计,保证结构与零部件安全和使用功能,设计,-,制造,-,使用,-,维护的综合分析与控制,功能,安全,经济的综合性评价,设计目标：,设计准则,：,工程力学,结构设计与优化、安全评定,复合材料力学,强度刚度,材料力学,结构力学,弹性力学,理论力学,飞行力学,振动、,噪声、,稳定性,空气动力学,流体力学,计算力学,数值仿真,结构优化,疲劳力学,断裂力学,实验力学,可靠性,结构优化,2008-9-11,2.,工程力学问题的基本研究任务是什么？,3.,论述工程力学解决的问题及其一般方法。,1.,什么是力学？,思 考,力学研究的方法论,客体原型,零部件,全尺寸模型,客体模型,抽象与客体模型,数值仿真模型,A,获取力学响应信息,B,理论抽象,C,理论验证,模型,真实情况的理想化和简化,包括材料性能、载荷、约束、几何形状等,规律分析,理论,经典：假设,+,数学解析,现代：解析被数值取代,数值分析：有限元,数学与数值模型,实验定参数数值,力学规律,P,=f(,x,1,x,2,x,n,),实验,理论,提出问题，选择有关的研究系统,对系统进行简化与假设，建立力学模型,利用力学原理进行分析、推理，得出结论,由实验进行验证或与已知结论相比较,确认或进一步改善模型，深化认识,工程力学研究的一般方法,建立力学模型较为关键,需要知识、经验、创意,/,预研试验,？,工程力学,作为一门课程,材料力学,材料变形,理论力学,刚体运动,解决工程问题的力学基础,第一部分 静力学,第一章 静力学基础,第二章 平面汇交力系,第三章 力偶与平面力偶系,第四章 平面一般力系,第五章 重心和形心,第二部分 材料杆件变形学,第六章 内力与内力图,第七章 拉伸和压缩,第八章 扭转,第九章 弯曲,第十章 应力状态分析和强度理论,第十一章 压杆的稳定性,第三部分 运动学与动力学,第十二章 点的运动,第十三章 刚体的基本运动,第十四章 点的复合运动,第十五章 刚体的平面运动,第十六章 质点的运动微分方程,第十七章 动力学普遍定理,第十八章 动静法,工程力学课程,应用力学的基础,任务,:,力系的研究,力系与物体变形的研究,力系与刚体运动的研究,物体对象,变形体：细长杆件、梁,刚体：质点、质点系,材料、理论力学基础,材料力学,理论力学,工程静力学：,工程力学基础,研究物体在力系作用下平衡规律的科学,平衡状态：,牛顿力学中,F,合力,=ma=0,第一章 静力学基础,物体相对于地面保持静止,或作匀速直线运动的状态,第一章 静力学基础,工程静力学,研究对象,质点和质点系,（物体）,刚体,：质点系中质点之间为刚性连接,变形体,：质点系中质点之间为弹性连接,研究任务,分析物体受力,（受力分析）,研究力系的等效和简化,研究力系的平衡、求解未知力,力,物体间的相互作用,力的效应,(1),运动效应：使物体运动状态发生变化,(2),变形效应：使物体发生变形,1.,力的概念,1-1,静力学中的基本概念,力的单位,N or kN,力的三要素,力对物体作用的效应，决定于力的三要素,大小,、,方向,和,作用点,A,F,大小,、,方向,和,作用线,对刚体而言力的三要素是什么？,A,B,F,F,1-1,静力学中的基本概念,等效力系,F,1,F,2,F,n,F,1,F,2,F,n,力系,作用在物体上的若干个力的总称,以（,F,1,F,2,F,n,),表示,等效力系,作用于物体上的一个力系可用另一 个力系代替，而不改变原力系对物 体作用的外效应，用（,F,1,F,2,F,n,),=,(F,1,F,2,.F,n,),来表示。,1-1,静力学中的基本概念,1-2,静力学公理,静力学公理,是由观察和实验总结出来的客观规律,（公认的，无需证明）,4,个静力学公理,静力学全部理论的基础,作用于刚体上的两个力，使刚体处于平衡状态的必要与充分条件是：这两个力等值，反向，共线。,公理,1,二力平衡公理,1-2,静力学公理,二力杆,或,二力构件,只在二点受力,而处于平衡,的无重杆或无重构件,二力杆,或,二力构件,A,B,C,F,三铰拱,B,C,二力杆,F,C,F,B,A,B,O,A,B,棘爪,棘轮,1-2,静力学公理,只在二点受力,而处于平衡,的无重杆或无重构件,F,1,F,2,P,P,公理,2,加减平衡力系公理,在作用于刚体上的已知力系中，加上或减去任一平衡力系，并不改变原力系对刚体的效应。,Q,Q,公理,2,只适用于刚体,1-2,静力学公理,F,A,B,F,A,B,作用于刚体上的力，可沿其作用线任意,移动而不改变它对刚体的作用效应。,力的可传性原理,F,A,B,F,F,F,A,B,加减平衡力系,1-2,静力学公理,大小,、,方向,和,作用线,对刚体而言力的三要素,A,B,F,F,公理,3,力的平行四边形法则,作用于物体上同一点的两个力，其合力也作用在该点上，合力的大小和方向则由共点两力为边所构成的平行四边形的对角线来表示，该两力称为合力的分力。,F,1,F,2,F,R,1-2,静力学公理,力是矢量,F,R,F,1,F,2,代数量,以后为表达方便就不刻意采用矢量标记。,两物体间相互作用的力：,等值、反向、共线,分别作用在两个物体上,公理,4,作用与反作用定律,T,W,T,W,1-2,静力学公理,1-3,约束和约束反力,一,.,约束的概念,1.,自由体与非自由体,自由体,在空间能向一切方向自由运动的物体。,如,飞鸟,等。,非自由体,当物体受到了其他物体的限制，而只能沿规定方向运动时，这种物体称为非自由体。如,轨道,等。,约束,B,被约束物体,A,2.,约束,物体,B,参与限制,非自由体,A,运动，则,B,为,A,的约束,W,1-3,约束和约束反力,限制非自由体运动的物体就是该非自由体的约束,3.,约束反力,约束施加于,被约束物体,上的力,4.,约束反力的方向,与被约束体,趋势运动方向,相反。,W,T,W,约束反力,T,1-3,约束和约束反力,1.,柔体约束,二,.,工程中常见的约束,2.,光滑面约束,P,A,A,T,A,P,P,A,A,N,A,P,A,A,1-3,约束和约束反力,A,3.,光滑铰链约束,（平面铰链）,1-3,约束和约束反力,（空间球形铰）,A,X,A,Y,A,固定铰支座,A,X,A,Y,A,A,（,1,）,（,2,）,（,3,）,1-3,约束和约束反力,活动铰支座,（,3,）,（,2,）,（,1,）,Y,B,B,1-3,约束和约束反力,4.,轴承约束,A,（,1,）滑动轴承,x,y,z,A,Z,A,X,A,1-3,约束和约束反力,止推轴承约束,（,2,）滚动轴承,1-3,约束和约束反力,x,A,y,z,X,A,Y,A,Z,A,5.,固定端约束,P,A,B,P,A,B,X,A,Y,A,M,A,（平面）,1-3,约束和约束反力,刚体、变形体,力的三要素,力的,4,个公理,二力平衡公理,加减平衡力系公理力传递,力的平行四边形法则,作用力与反作用定律,几种约束与约束反力,第一章小结,受力分析,取隔离体、画受力图,受力分析,是对物体进行力学研究的首要环节,1-4,研究对象和受力图,将物体从约束中隔离出来，将约束化为约束力。不同类型的约束对应特定的约束力。,静力学计算的首要任务,求解约束力,分析,AB,梁的受力情况并作受力图,P,C,A,B,R,B,Y,A,X,A,解,例,1-1,P,A,B,2m,3m,C,D,1-4,研究对象和受力图,G,o,B,A,圆柱,O,N,A,T,N,B,G,O,例,1-2,作受力图,1-4,研究对象和受力图,折杆,ABC,、圆柱体,O,A,C,B,D,E,W,P,F,o,例,1-3,作受力图（不计摩擦）,P,N,E,N,E,N,D,N,D,A,B,C,X,A,Y,A,O,W,N,F,1-4,研究对象和受力图,部件受力图,整体受力图,画受力图步骤,对隔离体解除约束、画简图,画已知施力,按类型画约束反力,根据平衡判断约束反力方向,注意二力杆、光滑面、铰约束的反力特性,反力方向与约束所能限制的物体运动方向相反,部件与整体受力图中同一约束处反力一致,1-4,研究对象和受力图,AC,杆、,BC,杆、铰,C,C,P,A,B,D,E,60,。,60,。,X,C2,X,C1,Y,C2,Y,C1,X,C1,N,A,T,D,Y,C1,A,C,P,N,B,T,E,X,C2,Y,C2,C,B,例,1-4,作受力图,1-4,研究对象和受力图,例,1-5,球,G,1,、,G,2,置于墙和板,AB,间，,BC,为绳索。画受力图。,注意：,F,K,与,F,K,、,F,E,与,F,E,间作用力与反作用力关系。,还要注意：部分受力图中反力必须与整体受力图一致。,未解除约束处的系统内力，不画出。,G,1,(b),(c),G,2,G,2,G,1,A,B,(d),(e),A,B,G,2,G,1,A,B,C,(,a,),G,1,G,2,D,E,H,K,F,A,x,F,A,y,F,T,F,D,F,K,F,D,F,E,F,D,F,H,F,E,F,K,F,H,F,D,F,A,x,F,A,y,F,T,F,A,x,F,A,y,F,H,F,E,F,T,例,1-6,连杆滑块机构如图，受力偶,M,和力,F,作用，,试画出其各构件和整体的受力图。,注意,:,若将个体受力图组装到一起，应,当得到与整体受力图相同的结果。,A,M,B,C,F,B,C,解,:,研究系统整体、杆,AB,、,BC(,二力杆,),及滑块,C,。,A,M,B,C,F,F,Ay,F,Ax,F,C,F,BC,F,CB,F,Ay,F,Ax,F,BC,F,CB,F,C,例,1-7,试画出图示梁,AB,及,BC,的受力图。,C,F,q,F,Ay,F,Ax,M,A,F,By,F,Bx,F,Ay,F,Ax,M,A,F,C,F,By,F,B,x,F,C,A,B,C,F,q,作业要求,1,抄题并用尺子作图；,2,单独取出研究对象，画受力图；,3,所取物体应标注，每个力应有标号；,4,注意约束的类型。,1-4,研究对象和受力图,
展开阅读全文