工程力學(xué)第一次課2-28v

1、工程力學(xué)Engineering Mechanics 謝建和土交學(xué)院工程力學(xué)研究所辦公室:結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室203E-mail:電話土木與交通工程學(xué)院,力學(xué)簡(jiǎn)介,力學(xué)是物理學(xué)的一個(gè)分支，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)”一詞譯自英語(yǔ) mechanics (源于希臘語(yǔ)機(jī)械)。在英語(yǔ)中，mechanics 是一個(gè)多義詞，既可釋作“力學(xué)”，也可釋作“機(jī)械學(xué)” 等。,按研究對(duì)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(duì)象具體的形態(tài)、研究方法、研究目的的不同，固體力學(xué)可以分為理論力學(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

2、力學(xué)、斷裂力學(xué)、計(jì)算力學(xué)等等，流體力學(xué)包含流體力學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)等等。,力學(xué)研究所采用的主要手段分為三個(gè)：理論分析、實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值計(jì)算。著重用數(shù)值計(jì)算手段的計(jì)算力學(xué)，是廣泛使用電子計(jì)算機(jī)后才出現(xiàn)的，其中有計(jì)算結(jié)構(gòu)力學(xué)、計(jì)算流體力學(xué)等。對(duì)一個(gè)具體的力學(xué)課題或研究項(xiàng)目，往往需要理論、實(shí)驗(yàn)和計(jì)算這三方面的相互配合。,材料力學(xué) (mechanics of materials) 是研究材料在各種外力作用下產(chǎn)生的應(yīng)變、應(yīng)力、強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定和導(dǎo)致各種材料破壞的極限。材料力學(xué)是所有工科學(xué)生必修的學(xué)科，是設(shè)計(jì)工業(yè)設(shè)施必須掌握的知識(shí)。,理論力學(xué) (Theoretical mechanics) 是研究物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)

3、規(guī)律及其應(yīng)用的科學(xué)，理論力學(xué)是力學(xué)的學(xué)科基礎(chǔ)。,著名人物 1.阿基米德(公元前287-212） 古希臘的阿基米德對(duì)杠桿平衡、物體重心位置、物體在水中受到的浮力等作了系統(tǒng)研究，確定它們的基本規(guī)律，初步奠定了靜力學(xué)即平衡理論的基礎(chǔ)。 2.伽利略（1564-1642） 伽利略在實(shí)驗(yàn)研究和理論分析的基礎(chǔ)上，最早闡明自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，提出加速度的概念。 3.牛頓（1642-1727） 牛頓繼承和發(fā)展前人的研究成果，提出物體運(yùn)動(dòng)三定律和萬(wàn)有引力定律。 4. 愛因斯坦（1879-1955） 相對(duì)論的創(chuàng)建人，對(duì)牛頓力學(xué)的諸多問題進(jìn)行整改、修復(fù)和完善，開啟了物理學(xué)的新紀(jì)元。,本課程開課目的,本課程是一門在工程

4、技術(shù)領(lǐng)域中有著廣泛應(yīng)用的技術(shù)基礎(chǔ)課，由理論力學(xué)中的靜力學(xué)以及材料力學(xué)二部分組成。 通過本課程的學(xué)習(xí)，掌握質(zhì)點(diǎn)與剛體平衡的基本規(guī)律和研究方法，對(duì)桿件的強(qiáng)度和剛度問題有明確的概念，具備一定的分析能力和計(jì)算能力，解決簡(jiǎn)單的工程實(shí)際問題，為學(xué)習(xí)后續(xù)課程打下必要的理論基礎(chǔ)。,第1章 靜力學(xué)公理 與受力分析,第2章 平面匯交力系 與平面力偶系,第3章 平面一般力系,第1章 材料力學(xué)概述,第2章 軸向拉伸和壓縮,第3章 剪切,第4章 扭轉(zhuǎn),工程力學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容,第6章 梁的內(nèi)力,I 理論力學(xué)_靜力學(xué)部分,II 材料力學(xué)部分,第5章 截面的幾何性質(zhì),第7章 梁的應(yīng)力,第8章 梁的變形,實(shí)驗(yàn)：材料力學(xué)實(shí)驗(yàn),建議

5、參考書：, 禹奇才等編，工程力學(xué) _理論力學(xué)部分 ，華南理工大學(xué)出版社; 劉鋒等編， 工程力學(xué) _材料力學(xué)部分 ，華南理工大學(xué)出版社; 哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室編，理論力學(xué)，高等教育出版社; 孫訓(xùn)方主編，材料力學(xué)，高等教育出版社.,大學(xué)力學(xué)論壇 OKOK（中華鋼結(jié)構(gòu)論壇 ） /forum/index.php,學(xué)習(xí)論壇：,學(xué)習(xí)資料公共郵箱: jzsb_ 密碼: jzsb_2010,考核標(biāo)準(zhǔn),平時(shí) 20分 實(shí)驗(yàn) 10分 考試 70分,緒 論,緒 論,機(jī)械運(yùn)動(dòng)：是物體在空間的位置隨時(shí)間的變化。,一、理論力學(xué)的研究對(duì)象,理論力學(xué)：是研究物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)一般規(guī)律的一門學(xué)科。,

6、1. 理論力學(xué)是一門理論性較強(qiáng)的技術(shù)基礎(chǔ)課,政治,專 業(yè) 課,技 術(shù) 基 礎(chǔ) 課,基 礎(chǔ) 課,外語(yǔ),緒 論,二、理論力學(xué)的任務(wù)及其研究?jī)?nèi)容,2. 理論力學(xué)是很多專業(yè)課程的重要基礎(chǔ),例如：材料力學(xué)、機(jī)械原理、機(jī)械零件、結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué) 、流體力學(xué) 、機(jī)械振動(dòng)等一系列后續(xù)課程的重要基礎(chǔ)。,緒 論,靜力學(xué)： 運(yùn)動(dòng)學(xué)： 動(dòng)力學(xué)：,研究受力物體的平衡規(guī)律，同時(shí)也研究物體受力的分析方法等。,從幾何的角度研究物體運(yùn)動(dòng)（如速度和加速度等），而不研究引起物體運(yùn)動(dòng)的原因。,研究受力物體的運(yùn)動(dòng)與作用力之間的關(guān)系。,3.理論力學(xué)的研究?jī)?nèi)容,緒 論,三、理論力學(xué)的研究方法,是從實(shí)踐出發(fā)，經(jīng)過抽象化、綜合、歸納、建立公

7、理，再應(yīng)用數(shù)學(xué)演繹和邏輯推理而得到定理和結(jié)論，形成理論體系，然后再通過實(shí)踐來驗(yàn)證理論和促進(jìn)理論發(fā)展。,第一篇 靜力學(xué),靜力學(xué)主要內(nèi)容：力系的簡(jiǎn)化和力系的平衡條件及其應(yīng)用。,引 言,靜力學(xué)是研究物體在力系作用下平衡規(guī)律的科學(xué)。,11 靜力學(xué)的基本概念 12 靜力學(xué)公理 13 約束與約束反力 14 物體的受力分析與受力圖,第一章 靜力學(xué)公理與物體的受力分析,力的單位： 國(guó)際單位制：牛頓(N) 千牛頓(kN),靜力學(xué),第一章 靜力學(xué)基本公理和物體的受力分析,1-1 靜力學(xué)基本概念,一、力的概念,1定義：力是物體間的相互機(jī)械作用。,2. 力的效應(yīng)： 運(yùn)動(dòng)效應(yīng)(外效應(yīng))：使物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變 變形效應(yīng)(內(nèi)

8、效應(yīng))：使物體的幾何形狀或尺寸改變,3. 力的三要素：大小，方向，作用點(diǎn),靜力學(xué),力系：是指作用在物體上的一群力。 平衡力系：物體在力系作用下處于平衡， 我們稱這個(gè)力系為平衡力系。,是指物體相對(duì)于慣性參考系保持靜止或作勻速直線運(yùn) 動(dòng)的狀態(tài)，是物體運(yùn)動(dòng)的一個(gè)特殊形式。,二.剛體,就是在力的作用下，大小和形狀都不變的物體。,三.平衡,靜力學(xué),1-2 靜力學(xué)基本公理,公理：是人類經(jīng)過長(zhǎng)期實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)而得到的結(jié)論，它被反復(fù)的實(shí)踐所驗(yàn)證，是無(wú)須證明而為人們所公認(rèn)的結(jié)論。 “定理”：用推理的方法得到的真命題叫做“定理”，這種推理方法也叫“證明”.,公理1 二力平衡公理,作用于剛體上的兩個(gè)力，使剛體平衡的必要

9、與充分條件是： 這兩個(gè)力大小相等 | F1 | = | F2 | 方向相反 F1 = F2 作用線共線， 作用于同一個(gè)物體上。,靜力學(xué),說明：對(duì)剛體來說，上面的條件是充要的,二力體：只在兩個(gè)力作用下平衡的剛體叫二力體。,對(duì)變形體來說，上面的條件只是必要條件,二力桿,靜力學(xué),在已知?jiǎng)傮w上加上或減去任意一個(gè)平衡力系，并不改變?cè)ο祵?duì)剛體的作用。,推論1：力的可傳性。 作用于剛體上的力可沿其作用線移到同一剛體內(nèi)的任一點(diǎn)，而不改變?cè)摿?duì)剛體的效應(yīng)。,因此，對(duì)剛體來說，力作用三要素為：大小，方向，作用線,公理2 加減平衡力系原理,靜力學(xué),剛體受三力作用而平衡，若其中兩個(gè)力作用線匯交于一點(diǎn)，則另一力的作用

10、線必匯交于同一點(diǎn)，且三力的作用線共面。（必共面，在特殊情況下，力在無(wú)窮遠(yuǎn)處匯交平行力系。）,公理3 力的平行四邊形法則,作用于物體上同一點(diǎn)的兩個(gè)力可合成一個(gè)合力，此合力也作用于該點(diǎn)，合力的大小和方向由以這兩個(gè)力為鄰邊所構(gòu)成的平行四邊形的對(duì)角線來表示。,推論2：三力平衡匯交定理,靜力學(xué),公理4 作用力和反作用力定律,等值、反向、共線、異體、且同時(shí)存在。,證 為平衡力系， 也為平衡力系。 又 二力平衡必等值、反向、共線， 三力 必匯交，且共面。,例 吊燈,兩物體間相互作用的一對(duì)力,總是大小相等,方向相反,沿同一直線,并分別作用在這兩個(gè)物體上.,靜力學(xué),公理5 剛化原理,變形體在某一力系作用下處于平

11、衡，如將此變形體變成剛體（剛化為剛體），則平衡狀態(tài)保持不變。,公理5告訴我們：處于平衡狀態(tài)的變形體，可用剛體靜力學(xué)的平衡理論。,靜力學(xué),約束反力：約束給被約束物體的力叫約束反力。,1-3 約束與約束反力,一、概念,自由體：位移不受限制的物體叫自由體。,非自由體：位移受限制的物體叫非自由體。,約束：對(duì)非自由體的某些位移預(yù)先施加的限制條件稱為約束。 （這里，約束是名詞，而不是動(dòng)詞的約束。）,靜力學(xué),大小常常是未知的； 方向總是與約束限制的物體的位移方向相反； 作用點(diǎn)在物體與約束相接觸的那一點(diǎn)。,約束反力特點(diǎn)：,G,靜力學(xué),繩索類只能受拉，所以它們的約束反力是作用在接觸點(diǎn)，方向沿繩索背離物體。,二、

12、約束類型和確定約束反力方向的方法：,1.由柔軟的繩索、鏈條或皮帶構(gòu)成的約束,靜力學(xué),約束反力作用在接觸點(diǎn)處，方向沿公法線，指向受力物體,2.光滑接觸面的約束 (光滑指摩擦不計(jì)),靜力學(xué),3.光滑鉸鏈約束,圓柱鉸鏈（簡(jiǎn)稱鉸鏈）：它是由銷釘將兩個(gè)帶有大小一樣的孔的構(gòu)件連接在一起而成的 受力特點(diǎn)：構(gòu)件只能繞鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)，不能垂直于其軸線相對(duì)移動(dòng),常用一對(duì)通過鉸鏈中心正交力表示，其指向要假定,靜力學(xué),固定鉸支座,靜力學(xué),固定鉸支座,靜力學(xué),（）活動(dòng)鉸支座（輥軸支座）,N的實(shí)際方向也可以向下,靜力學(xué),活動(dòng)鉸支座（輥軸支座）,靜力學(xué),一、受力分析 解決力學(xué)問題時(shí)，首先要選定需要進(jìn)行研究的物體，即選擇研究對(duì)象；

13、然后根據(jù)已知條件，約束類型并結(jié)合基本概念和公理分析它的受力情況，這個(gè)過程稱為物體的受力分析。 作用在物體上的力有：一類是:主動(dòng)力,如重力,風(fēng)力,氣體 壓力等。 二類是：被動(dòng)力，即約束反力。,1-4 物體的受力分析和受力圖,靜力學(xué),畫物體受力圖主要步驟為：選研究對(duì)象；取分離體； 畫上主動(dòng)力；畫出約束反力。,二、受力圖,例1,靜力學(xué),例2 畫出下列各構(gòu)件的受力圖,靜力學(xué),靜力學(xué),例3 畫出下列各構(gòu)件的受力圖,說明：三力平衡必匯交當(dāng)三力平行時(shí)，在無(wú)限遠(yuǎn)處匯交，它是一種特殊情況。,靜力學(xué),例4 畫出下列各構(gòu)件的受力圖,靜力學(xué),三、畫受力圖應(yīng)注意的問題,除重力、電磁力外，物體之間只有通過接觸才有相互機(jī)械作用力，要分清研究對(duì)象（受力體）都與周圍哪些物體（施力體）相接觸，接觸處必有力，力的方向由約束類型而定。,2、不要多畫力,要注意力是物體之間的相互機(jī)械作用。因此對(duì)于受力體所受的每一個(gè)力，都應(yīng)能明確地指出它是哪一個(gè)施力體施加的。,1、不要漏畫力,靜力學(xué),約束反力的方向必須嚴(yán)格地按照約束的類型來畫，不