工程力學(xué)課件工程靜力學(xué)

工程靜力學(xué)工程靜力學(xué)是工程力學(xué)的一個(gè)分支，主要研究物體在靜止?fàn)顟B(tài)下的受力分析和運(yùn)動(dòng)規(guī)律。課程內(nèi)容包括力學(xué)基本概念、靜力學(xué)公理、力的合成與分解、力偶、力矩、平衡條件、桁架結(jié)構(gòu)、摩擦等。內(nèi)容概述11.靜力學(xué)基礎(chǔ)涵蓋力的概念、力系、力矩、平衡條件等基礎(chǔ)知識(shí)。22.結(jié)構(gòu)受力分析學(xué)習(xí)梁、桁架、框架等常見(jiàn)結(jié)構(gòu)的受力情況及計(jì)算方法。33.結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與穩(wěn)定性分析結(jié)構(gòu)的承載能力，確保結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中不會(huì)發(fā)生破壞或失穩(wěn)。44.工程應(yīng)用介紹工程靜力學(xué)在實(shí)際工程項(xiàng)目中的應(yīng)用，如橋梁、建筑、機(jī)械等。靜力學(xué)的基本概念物體靜止靜力學(xué)研究的是物體在靜止?fàn)顟B(tài)下的受力情況以及平衡條件。力的作用力是物體間相互作用的結(jié)果，力的作用可以改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或形狀。力的平衡當(dāng)作用于物體上的所有力相互抵消，物體保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)，則稱這些力處于平衡狀態(tài)。力和力系力的概念力是物體之間的相互作用，是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因。力的大小和方向力的作用點(diǎn)力的表示力的表示方法包括力矢，力多邊形，力矩等。力系作用在一個(gè)物體上的多個(gè)力的集合，稱為力系。力系的分類力系可以分為平衡力系，非平衡力系，匯交力系，平行力系等。力的分解和合成1平行四邊形法則兩個(gè)力合成，用平行四邊形對(duì)角線表示合力。2三角形法則將兩個(gè)力首尾相接，連接起點(diǎn)和終點(diǎn)，得到合力。3力的分解將一個(gè)力分解成兩個(gè)或多個(gè)力的組合。力的分解和合成是工程力學(xué)的基礎(chǔ)，用于分析結(jié)構(gòu)的受力情況。力的合成可以得到合力，可以用于計(jì)算結(jié)構(gòu)的整體受力。力的分解可以將一個(gè)力分解成多個(gè)力的組合，方便分析每個(gè)力的作用效果。平面力系的均衡條件力的平衡合力為零，即所有力的向量和為零。這表示物體處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。力矩平衡，即所有力對(duì)任意一點(diǎn)的力矩之和為零。這表示物體不會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。平面力系平衡是指作用在剛體上的所有力在同一平面內(nèi)，并且滿足力平衡和力矩平衡的條件。平面力系的均衡條件是工程靜力學(xué)中的核心概念，它為分析結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、計(jì)算結(jié)構(gòu)的內(nèi)力以及確定結(jié)構(gòu)的承載能力提供了基礎(chǔ)。摩擦力靜摩擦力物體處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，阻止物體運(yùn)動(dòng)的力?；瑒?dòng)摩擦力物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，阻礙物體運(yùn)動(dòng)的力。滾動(dòng)摩擦力物體滾動(dòng)時(shí)，阻礙物體運(yùn)動(dòng)的力。摩擦系數(shù)摩擦力的大小與正壓力和摩擦系數(shù)有關(guān)。重心與質(zhì)心重心重心是物體上所有質(zhì)量的中心點(diǎn)，物體在重力作用下會(huì)繞重心旋轉(zhuǎn)。質(zhì)心質(zhì)心是物體上所有質(zhì)量的幾何中心點(diǎn)，用于描述物體的整體運(yùn)動(dòng)。應(yīng)用重心與質(zhì)心在工程力學(xué)中應(yīng)用廣泛，例如結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析和力矩計(jì)算。梁的受力分析梁的受力分析是工程靜力學(xué)中一個(gè)重要的內(nèi)容，它可以幫助我們理解梁在各種荷載作用下的受力情況，從而進(jìn)行結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算。分析梁的受力，首先要確定梁的支座類型，然后根據(jù)荷載類型和位置，確定梁的受力形式，最后繪制梁的受力圖，并根據(jù)力學(xué)原理進(jìn)行計(jì)算。簡(jiǎn)單支撐梁的計(jì)算1計(jì)算步驟首先，建立梁的受力模型。然后，根據(jù)力學(xué)平衡原理，計(jì)算梁上的支座反力。2確定載荷確定梁上作用的載荷類型和大小，例如集中力、均勻分布力或三角形分布力。3計(jì)算彎矩根據(jù)載荷和支座反力，計(jì)算梁上任意截面的彎矩，并確定最大彎矩值。4計(jì)算剪力根據(jù)載荷和支座反力，計(jì)算梁上任意截面的剪力，并確定最大剪力值。簡(jiǎn)支梁的撓度計(jì)算1計(jì)算方法采用疊加法或積分法2邊界條件兩端自由，無(wú)約束3撓度方程根據(jù)梁的形狀和載荷求解簡(jiǎn)支梁的撓度計(jì)算方法，根據(jù)不同的載荷形式和邊界條件，采用相應(yīng)的計(jì)算方法，最終得到梁的撓度方程，從而確定梁在不同位置的撓度。連續(xù)梁的計(jì)算連續(xù)梁的定義連續(xù)梁是指跨越多個(gè)支點(diǎn)的梁。連續(xù)梁的支點(diǎn)數(shù)量比跨數(shù)多一個(gè)。平衡方程連續(xù)梁的計(jì)算需要應(yīng)用平衡方程，包括力的平衡方程和力矩的平衡方程。變形協(xié)調(diào)方程連續(xù)梁的變形協(xié)調(diào)方程反映了梁的變形關(guān)系，是計(jì)算的關(guān)鍵步驟。求解通過(guò)建立平衡方程和變形協(xié)調(diào)方程，可以解出連續(xù)梁的內(nèi)力、彎矩和撓度。靜定結(jié)構(gòu)的計(jì)算確定結(jié)構(gòu)類型首先，判斷結(jié)構(gòu)是否為靜定結(jié)構(gòu)，滿足靜力平衡條件。建立受力模型將結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為受力模型，包含所有外力、約束力和內(nèi)部力。列寫(xiě)平衡方程根據(jù)靜力平衡條件，列寫(xiě)出結(jié)構(gòu)的平衡方程，包括力和力矩平衡。求解未知量解平衡方程組，求解結(jié)構(gòu)中所有未知量，包括力和力矩。繪制力圖根據(jù)求解結(jié)果，繪制結(jié)構(gòu)的力圖，清晰地展示各點(diǎn)受力情況。靜不定結(jié)構(gòu)的計(jì)算靜不定結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法是工程力學(xué)的重要組成部分，它涉及到結(jié)構(gòu)受力分析、變形計(jì)算和穩(wěn)定性分析等關(guān)鍵內(nèi)容。通過(guò)運(yùn)用靜不定結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法，我們可以有效地分析和預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)在各種荷載作用下的響應(yīng)，從而確保結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性。1力平衡方程靜力平衡方程是求解靜不定結(jié)構(gòu)的基本方法，它通過(guò)分析結(jié)構(gòu)上的各種力來(lái)建立方程組，然后求解出未知力。2變形協(xié)調(diào)方程變形協(xié)調(diào)方程是描述結(jié)構(gòu)變形之間的關(guān)系，它通過(guò)分析結(jié)構(gòu)的變形來(lái)建立方程組，然后求解出未知的變形量。3材料本構(gòu)關(guān)系材料本構(gòu)關(guān)系是描述結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)性質(zhì)，它通過(guò)分析材料的應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系來(lái)建立方程組，然后求解出未知的應(yīng)力。構(gòu)件受壓穩(wěn)定性材料強(qiáng)度材料本身的抗壓能力構(gòu)件截面尺寸截面形狀和尺寸影響穩(wěn)定性約束條件支撐方式和約束條件對(duì)穩(wěn)定性有重要影響荷載類型和大小荷載的分布和大小對(duì)穩(wěn)定性有重要影響結(jié)構(gòu)分析的基本方法11.力法力法以結(jié)構(gòu)的內(nèi)力為未知量，通過(guò)平衡方程求解結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。22.位移法位移法以結(jié)構(gòu)的位移為未知量，通過(guò)變形協(xié)調(diào)方程求解結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。33.矩陣法矩陣法將結(jié)構(gòu)分析問(wèn)題轉(zhuǎn)化為矩陣方程，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行求解。44.有限元法有限元法將結(jié)構(gòu)離散化，利用有限元方程求解結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。工程結(jié)構(gòu)的類型框架結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)由梁和柱組成，結(jié)構(gòu)剛度大，抗震性能好。常用鋼筋混凝土或鋼結(jié)構(gòu)。剪力墻結(jié)構(gòu)剪力墻結(jié)構(gòu)主要依靠墻體來(lái)承擔(dān)橫向荷載，抗震性能好，適用于高層建筑。組合結(jié)構(gòu)組合結(jié)構(gòu)由多種結(jié)構(gòu)形式組合而成，綜合了不同結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，適用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的建筑。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)由桿件組成的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，重量輕，抗震性能好，適用于大跨度建筑。工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則安全可靠確保結(jié)構(gòu)在各種荷載作用下能夠安全運(yùn)行，滿足使用年限和安全標(biāo)準(zhǔn)。選擇材料、設(shè)計(jì)方案和施工工藝，保證結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性。經(jīng)濟(jì)合理在滿足安全可靠的前提下，力求設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)合理，降低工程造價(jià)。優(yōu)化結(jié)構(gòu)形式、材料選擇和施工工藝，提高工程經(jīng)濟(jì)效益。美觀實(shí)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮美觀實(shí)用，與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)一致。根據(jù)建筑功能和環(huán)境要求，選擇合適的結(jié)構(gòu)形式和材料，打造美觀實(shí)用，功能完善的建筑?？删S護(hù)性設(shè)計(jì)應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)的可維護(hù)性，方便維修和保養(yǎng)。設(shè)置必要的維護(hù)通道和檢修口，便于維護(hù)和保養(yǎng)，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的使用壽命。工程結(jié)構(gòu)常見(jiàn)問(wèn)題工程結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)、施工和使用過(guò)程中，會(huì)遇到各種問(wèn)題，例如材料缺陷、施工質(zhì)量問(wèn)題、荷載超標(biāo)、環(huán)境因素等。這些問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)安全隱患，甚至引發(fā)事故。為了防止問(wèn)題發(fā)生，需要進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制，定期進(jìn)行維護(hù)檢查，并及時(shí)采取措施解決發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題。工程結(jié)構(gòu)的荷載風(fēng)荷載風(fēng)荷載是建筑物在風(fēng)力作用下所受到的力，是影響建筑結(jié)構(gòu)安全的重要因素。雪荷載雪荷載是建筑物在雪覆蓋下所受到的力，主要影響屋頂結(jié)構(gòu)的承載能力。地震荷載地震荷載是建筑物在地震發(fā)生時(shí)所受到的力，主要影響建筑物的抗震性能?；詈奢d活荷載是指建筑物在使用過(guò)程中產(chǎn)生的可變荷載，例如人員、家具、設(shè)備等。荷載組合11.永久荷載建筑物自身重量、固定設(shè)備和管道等22.可變荷載人員、家具、雪、風(fēng)等33.地震荷載地震作用下產(chǎn)生的慣性力44.溫度荷載溫度變化導(dǎo)致的膨脹或收縮應(yīng)力分析應(yīng)力分析是結(jié)構(gòu)力學(xué)的重要組成部分，通過(guò)分析結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力分布，可以判斷結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度計(jì)算工程靜力學(xué)中的核心概念作用力構(gòu)件上的外力應(yīng)力構(gòu)件內(nèi)部的抵抗力強(qiáng)度條件應(yīng)力應(yīng)小于材料的屈服強(qiáng)度或抗拉強(qiáng)度安全系數(shù)保證結(jié)構(gòu)安全，應(yīng)力應(yīng)遠(yuǎn)小于材料強(qiáng)度正應(yīng)力和剪應(yīng)力計(jì)算正應(yīng)力和剪應(yīng)力是工程力學(xué)中重要的概念，用于分析構(gòu)件在受力時(shí)的內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)。正應(yīng)力是指作用在物體橫截面上垂直于截面的力，而剪應(yīng)力是指作用在物體橫截面上平行于截面的力。正應(yīng)力和剪應(yīng)力的計(jì)算對(duì)于評(píng)估構(gòu)件的強(qiáng)度和安全性至關(guān)重要。1正應(yīng)力由外力引起的物體內(nèi)部垂直于截面的應(yīng)力。2剪應(yīng)力由外力引起的物體內(nèi)部平行于截面的應(yīng)力。3應(yīng)力集中在幾何形狀突變處，應(yīng)力會(huì)急劇增加。4強(qiáng)度計(jì)算根據(jù)應(yīng)力計(jì)算構(gòu)件的承載能力。梁撓度分析1撓度計(jì)算基于材料力學(xué)理論，應(yīng)用微積分方法2影響因素荷載大小、材料特性、截面形狀3安全評(píng)估控制變形，確保結(jié)構(gòu)安全梁的撓度是指梁在荷載作用下發(fā)生的變形量，是衡量梁結(jié)構(gòu)安全性和使用性能的重要指標(biāo)。工程應(yīng)用中，需通過(guò)計(jì)算分析梁的撓度，確保其在承載荷載的同時(shí)，變形不超過(guò)允許范圍。變形計(jì)算1定義與概念變形計(jì)算是指在荷載作用下，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的幾何形狀、尺寸發(fā)生的變化。2計(jì)算方法常見(jiàn)方法包括：彈性力學(xué)、有限元方法和實(shí)驗(yàn)測(cè)試。3重要性變形計(jì)算可以評(píng)估結(jié)構(gòu)的安全性、穩(wěn)定性和耐久性。應(yīng)用實(shí)例分析工程靜力學(xué)應(yīng)用廣泛，涉及許多領(lǐng)域。例如，橋梁設(shè)計(jì)和建設(shè)需要考慮結(jié)構(gòu)的受力、穩(wěn)定性和變形，以確保橋梁的安全性、可靠性和耐久性。例如，橋梁設(shè)計(jì)中需要進(jìn)行靜力學(xué)計(jì)算，確定橋梁的承載能力和抗風(fēng)能力，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果選擇合適的材料和結(jié)構(gòu)形式。此外，橋梁建設(shè)過(guò)程中也需要運(yùn)用工程靜力學(xué)原理，例如，在橋梁的施工過(guò)程中需要考慮荷載的影響，避免橋梁因荷載過(guò)大而發(fā)生變形或破壞。課堂討論與總結(jié)問(wèn)題討論