第一講 工程力學(xué)簡介

工程力學(xué)基礎(chǔ)

ElementaryEngineeringMechanics

吳立波Lab:蒙民偉樓322室Tel:1382071659723503730(o)E-mail:wulb@第一講工程力學(xué)簡介一、力學(xué)與物理學(xué)二、工程力學(xué)簡介三、課程要求、內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配四、教與學(xué)方法與互動(dòng)★重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)與難點(diǎn)工程力學(xué)的內(nèi)涵與外延我們學(xué)習(xí)與考試的內(nèi)容一、力學(xué)與物理學(xué)1、經(jīng)典力學(xué)（理論力學(xué)）是研究物質(zhì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)。力是使物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的原因。

牛頓三定律

力是有質(zhì)量物體間的相互吸引所產(chǎn)生的。萬有引力定律一、力學(xué)與物理學(xué)2、通常理解的力學(xué)，是指一切研究對象的受力和受力效應(yīng)的規(guī)律及其應(yīng)用的學(xué)科的總稱。力學(xué)是獨(dú)立的一門基礎(chǔ)學(xué)科，主要研究能量和力以及它們與固體、液體及氣體的平衡、變形或運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。力學(xué)不僅是一門基礎(chǔ)科學(xué)，同時(shí)也是一門技術(shù)科學(xué)，它是許多工程技術(shù)的理論基礎(chǔ)，又在廣泛的應(yīng)用過程中不斷得到發(fā)展。

七大學(xué)科：數(shù)理化天地生力學(xué)3、根據(jù)針對對象所建立的模型不同，力學(xué)也可以分為質(zhì)點(diǎn)力學(xué)、剛體力學(xué)和連續(xù)介質(zhì)力學(xué)。連續(xù)介質(zhì)（變形體）通常分為固體和流體，固體包括彈性體和塑性體，而流體則包括液體和氣體。

力能使變形體發(fā)生變形。4、按研究對象的物態(tài)進(jìn)行區(qū)分，力學(xué)可以分為固體力學(xué)和流體力學(xué)。根據(jù)研究對象具體的形態(tài)、研究方法、研究目的的不同，

固體力學(xué)包括理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué)、板殼力學(xué)、塑性力學(xué)、斷裂力學(xué)、機(jī)械振動(dòng)、聲學(xué)、計(jì)算力學(xué)、有限元分析等等流體力學(xué)包含流體力學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)等等。5、許多帶“力學(xué)”名稱的學(xué)科，如熱力學(xué)、統(tǒng)計(jì)力學(xué)、相對論力學(xué)、電動(dòng)力學(xué)、量子力學(xué)等，在習(xí)慣上被認(rèn)為是物理學(xué)的其它分支，不屬于力學(xué)的范圍。四大力學(xué)是指：理論力學(xué)、電動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)力學(xué)、量子力學(xué)。這是理論物理學(xué)的主要內(nèi)容，是按照物理學(xué)研究對象劃分的。二、工程力學(xué)簡介１、工程力學(xué)的定義廣義：工程力學(xué)是力學(xué)的一個(gè)新分支，它從物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律出發(fā)，運(yùn)用近代物理學(xué)、物理化學(xué)和量子化學(xué)等學(xué)科的成就，通過分析研究和數(shù)值計(jì)算，闡明介質(zhì)和材料的宏觀性質(zhì)，并對介質(zhì)和材料的宏觀現(xiàn)象及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律作出微觀解釋。狹義：工程力學(xué)是一門工程技術(shù)的基礎(chǔ)課程，主要研究機(jī)械和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算的基本原理和基本方法。二、工程力學(xué)簡介２、工程力學(xué)的內(nèi)容與分支理論力學(xué)：物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律→→以剛體為對象計(jì)算外力

→靜力學(xué)：平衡規(guī)律運(yùn)動(dòng)學(xué)：運(yùn)動(dòng)的幾何性質(zhì)動(dòng)力學(xué)：運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系應(yīng)用力學(xué)：結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性

→材料力學(xué)：單個(gè)桿件結(jié)構(gòu)力學(xué)：桿件結(jié)構(gòu)彈性力學(xué)：板殼、實(shí)體→→以變形體為對象計(jì)算內(nèi)力與變形靜力學(xué)研究物體平衡的規(guī)律。具體研究以下三個(gè)問題:

1.物體的受力分析；

2.力系的簡化與合成；

3.力系的平衡條件。靜力學(xué)在工程中應(yīng)用非常廣泛。機(jī)械和工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)都要求應(yīng)用靜力學(xué)理論進(jìn)行受力分析和靜力計(jì)算。因此，在學(xué)習(xí)靜力學(xué)內(nèi)容時(shí),應(yīng)特別注意受力分析的方法。靜力學(xué)以剛體為研究對象，但通過剛化原理可通過靜力學(xué)研究變形體的受力?！癫牧狭W(xué)研究桿件變形規(guī)律及強(qiáng)度，剛度，穩(wěn)定性問題?！癫牧狭W(xué)的任務(wù)

1）研究構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性；2）研究材料的力學(xué)性能；3）為合理解決工程構(gòu)件設(shè)計(jì)中安全與經(jīng)濟(jì)之間的矛盾提供力學(xué)方面的依據(jù)。●構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性問題均與所用材料的力學(xué)性能有關(guān)，因此實(shí)驗(yàn)研究和理論分析是完成材料力學(xué)的任務(wù)所必需的手段工程構(gòu)件桿：細(xì)長構(gòu)件桿件結(jié)構(gòu)：由若干桿件組成的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)板：平面薄壁構(gòu)件殼：曲面薄壁構(gòu)件實(shí)體：三個(gè)方向的尺寸同屬一個(gè)數(shù)量級工程構(gòu)件的力學(xué)性質(zhì)工程構(gòu)件在確定的外力作用下產(chǎn)生變形但能正常工作而不失效，即工程構(gòu)件有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。強(qiáng)度：指構(gòu)件承受載荷作用而不發(fā)生塑性變形或斷裂的能力。剛度：指構(gòu)件承受載荷作用而不發(fā)生過大的彈性變形的能力。穩(wěn)定性：指構(gòu)件承受載荷作用而不發(fā)生平衡與變形形式轉(zhuǎn)變的能力。工程構(gòu)件的失效或破壞工程構(gòu)件在外力作用下喪失正常功能的現(xiàn)象，可分為三類1.強(qiáng)度失效:構(gòu)件在外力作用下發(fā)生不可恢復(fù)的塑性變形或斷裂2.剛度失效:構(gòu)件在外力作用下產(chǎn)生過量的彈性變形3.穩(wěn)定失效：構(gòu)件在某種外力作用下，其平衡形式發(fā)生突然轉(zhuǎn)變工程設(shè)計(jì)的任務(wù)保證構(gòu)件在確定的外力作用下正常工作而不失效，即保證構(gòu)件有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。也即1.分析并確定構(gòu)件所受的各種外力的大小和方向2.研究在外力作用下構(gòu)件的內(nèi)部受力、變形和失效的規(guī)律。3.提出保證構(gòu)件具有足夠強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和方法。二、工程力學(xué)簡介３、工程力學(xué)外延與相關(guān)課程外延：研究對象為具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的工程構(gòu)件，發(fā)生強(qiáng)度破壞前只發(fā)生微小形變基礎(chǔ)：牛頓力學(xué)及相關(guān)應(yīng)用數(shù)學(xué)區(qū)別：流體力學(xué)、振動(dòng)力學(xué)應(yīng)用：機(jī)械原理、機(jī)械零件、土建概論等二、工程力學(xué)簡介4、研究方法與步驟（1）確定研究對象（2)建立模型：如質(zhì)點(diǎn)、剛體、變形體（3）建立方程：理論分析(力、變形、兩者之間的關(guān)系）(4)求解方程:得出結(jié)論。三、課程要求、內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配1、課程在教學(xué)計(jì)劃中的地位作用：本課程是環(huán)境工程專業(yè)的一門工程技術(shù)基礎(chǔ)課程，為機(jī)械和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)打下重要基礎(chǔ)。重點(diǎn)學(xué)習(xí)掌握工程構(gòu)件力學(xué)分析的基本方法，而非解題技巧。三、課程要求、內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配2、課程的基本要求：本課程要求學(xué)生們掌握機(jī)械和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算的基本原理和基本方法，著重介紹工程力學(xué)的基本知識，主要內(nèi)容包括靜力學(xué)，討論構(gòu)件處于平衡狀態(tài)時(shí)的受力分析和在各種力系作用下的平衡條件，用以解決構(gòu)件的外力計(jì)算問題；材料力學(xué)，主要討論桿件在靜載荷作用下的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性計(jì)算的基本概念、理論和方法，及一些常用材料的力學(xué)性能及其測試方法。三、課程要求、內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配3、特色：適應(yīng)環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生具體要求，偏重于實(shí)際應(yīng)用需要，講授與演練相結(jié)合，為學(xué)生后續(xù)環(huán)境工程設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)重點(diǎn)學(xué)習(xí)掌握工程構(gòu)件力學(xué)分析的基本方法，而非解題技巧。三、課程要求、內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配1．工程力學(xué)簡介2．靜力學(xué)基礎(chǔ)3．力系簡化理論4．力系的平衡5．剛體靜力學(xué)專門問題6．材料力學(xué)基本概念與截面圖形的幾何性質(zhì)7.桿件的內(nèi)力分析4、課程內(nèi)容與學(xué)時(shí)分配（每部分3課時(shí)）三、課程要求、內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配8.桿件的應(yīng)力與強(qiáng)度計(jì)算（一）９桿件的應(yīng)力與強(qiáng)度計(jì)算（二）10桿件的變形與剛度計(jì)算（一）11桿件的變形與剛度計(jì)算（二）12應(yīng)力狀態(tài)分析與強(qiáng)度理論13組合變形14壓桿穩(wěn)定15總復(fù)習(xí)與答疑4、課程內(nèi)容與學(xué)時(shí)分配（每部分3課時(shí)）合計(jì)45課時(shí)。三、課程要求、內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配5.教材教材名稱：工程力學(xué)。作者：羅迎社、喻小明主編出版日期：2006年8月第一版出版社：北京：北京大學(xué)出版社教材特點(diǎn)：實(shí)用、新穎、內(nèi)容深度適宜參考書：任何一本工程力學(xué)書籍皆可四、教與學(xué)方法與互動(dòng)1.教與學(xué)方式預(yù)習(xí)：泛讀下節(jié)課教學(xué)內(nèi)容，標(biāo)注疑問與難點(diǎn)約0.5小時(shí)；講評：串講教學(xué)內(nèi)容，分析教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)，例題講解，2-2.5課時(shí)；練習(xí)：習(xí)題練習(xí)，0.