豆萁中大考研论坛中山大学工学院课件理论力学.ppt

1,理论力学,主讲教师 刘祚秋,2,联系方式,刘祚秋 单位：中山大学工学院应用力学与工程系,3,课程简介,理论力学是机械、土建、水利、航空、动力、交通等工科专业的一门十分重要的的技术基础课，是一门理论性、逻辑性、实践性很强的课程。它不仅是各门力学和许多专业课程的基础，同时还在许多工程领域中有着广泛的应用。,4,教学安排,教学内容：本书1-14章 教学方式：讲授为主，辅以习题讨论课 成绩考核：平时作业考勤（20%）期中考试（闭卷考试、20%）、期末考试（闭卷考试、60%） 时间安排：学生课内外所用时间之比为1：2 答疑时间：每次课后 奖励：课外与力学有关的研究报告、论文、读后感，总分加1-5分，但不超过最高分,5,教科书及主要参考书,教材： 理论力学(I)（第七版），哈工大编，高等教育出版社，2009年 教学参考书： 理论力学，范钦珊主编，高等教育出版社， 2000 年 理论力学，洪嘉振，扬长俊编，高等教育出版社， 2008 年 理论力学，胡守信编，高等教育出版社， 1986 年（力学专业）,6,网络资源,中国高校力学课程网 哈尔滨工业大学的精品课程 理论力学 /lllx/lllx.htm,湖南大学的精品课程 理论力学 /2007sb-lllx/Course/Index.htm,中山大学省级精品课程 /second/lllixue/,7,学习建议,1正确理解和掌握基本概念。 2熟练掌握基本定理（定律）和公式。 3课后要及时看书复习，并注意归纳总结。 4认真及时地完成课后作业。,作业要求*： 1. 不抄原题，只写题号和解答； 2. 画图一律要用铅笔，书写要工整； 3. 发现抄作业，该次作业成绩只给D（不及格）；,8,理 论 力 学,Theoretical Mechanics,Classical Mechanics 经典力学,Newtonian Mechanics 牛顿力学,9,理论力学的研究对象,理论力学是研究物体机械运动一般规律的一门学科。 机械运动是指物体在空间的位置随时间的变化，物体的平衡是机械运动的特殊情况，理论力学也研究物体的平衡问题,常速、宏观物体的运动规律 （机械运动） 常速：远小于光速 宏观：介于巨大星系与分子、原子之间,绪论,10,理 论 力 学,研究物体运动的几何规律,静 力 学,运 动 学,研究物体在外力作用下的平衡规律,动 力 学,研究物体的运动变化与其所受的力之间的关系,理论力学的任务及其研究内容 任务：直接应用；后继课程； 深造；世界观,11,理论力学的研究方法,从实际出发，经过抽象化、综合、归纳，建立公理，再应用数学演绎和逻辑推理而得到定理和结论，形成理论体系，然后再通过实践来证实理论的正确性。,一般解决力学问题时，所遵循的方法步骤是：,12,牛顿前: 最古老的学科; “天工开物”; 天文观察: 历法; 第谷 牛顿: 宏观世界： 数量化的因果关系 ; 机械唯物论试图解释一切事物 现代: 爱因斯坦; 牛顿力学的局限性; 在适用范围内仍然有效 新发展: 航天 、多体系统、 新材料.,经典力学发展简史,13,课后阅读文献资料,书名:力学史 作者:戴念祖, 老亮 出版:长沙：湖南教育出版社，2001 书名:力学史与方法论论文集 作者: 武际可 隋允康 力学史与方法论学术研讨会 出版:北京：中国林业出版社，2003 书名:力学与工程技术的进步 作者:薛明德, 工程力学专业教学指导委员会 出版:北京：高等教育出版社，2001,14,课后阅读文献资料,书名:自然哲学的数学原理 作者:牛顿，翻译： 赵振江 出版:北京：商务印书馆，2006 书名:力学与现代生活 作者: 丁光宏 出版:上海：复旦大学出版社，2001 书名:力学与工程 作者:李国豪、何友声 出版:上海：上海交通大学出版社，1999,15,引言,静力学部分,16,刚体是一种理想化的力学模型。,一个物体能否视为刚体，不仅取决于变形的大小，而且和问题本身的要求有关。,刚体在外界的任何作用下形状和大小都始终保持不变的物体。或者在力的作用下，任意两点间的距离保持不变的物体。,平衡平衡是物体机械运动的特殊形式，是指物体相对惯性参考系如地球处于静止或匀速直线运动状态。,静力学的基本概念,力系作用在物体上的一组力， 力系的平衡条件要使物体保持平衡状态，作用在物体上的一组力要满足的条件,静力学研究的基本问题（1）物体的受力分析（2）力系的简化；（3）力系的平衡条件及其应用,17,静力学的基本概念,力力是物体相互间的机械作用，其作用结果使物体的形状和运动状态发生改变。,质点具有一定质量而其形状与大小可以忽略不计的物体。,质点系由有限个或无限个有着一定联系的质点所组成的 质点群。也称为机械系统,质点是一种理想化的力学模型。,一个物体能否视为质点，不仅取决于物体的大小，而且和问题本身的要求有关。,不变质点系：质点系中各质点间距离保持不变的系统； 物体系统：由若干刚体组成的系统，简称物系。,18,力的表示法,力是一矢量，用数学上的矢量记号来表示，如图。,力的单位, 在国际单位制中，力的单位是牛顿(N) 1N= 1公斤米/秒2 （kg m/s2 )。,静力学的基本概念,19,静力学的基本概念,力系的分类平面力系、空间力系；。,等效力系对物体的作用效果相同的两个力系。,平衡力系能使物体维持平衡的力系。,合 力在特殊情况下，能和一个力系等效 的一个力。,20,第一章 静力学公理和物体的受力分析,静力学,21,11 静力学公理,12 约束和约束力,13 物体受力分析和受力图力学模型与力学简图,第一章 静力学公理和物体的受力分析,22,公理一 (力平行四边形法则) 作用于物体上任一点的两个力可合成为作用于同一点的一个力，即合力。合力的矢由原两力的矢为邻边而作出的力平行四边形的对角矢来表示。,F1,F2,R,矢量表达式：R= F1+F2,即，合力为原两力的矢量和。,11 静力学公理,复杂力系简化的基础,23,公理二 (二力平衡条件),要使刚体在两个力作用下维持平衡状态，必须也只须这两个力大小相等、方向相反、沿同一直线作用。,公理三 (加减平衡力系原理),可以在作用于刚体的任何一个力系上加上或去掉几个互成平衡的力，而不改变原力系对刚体的作用。,11 静力学公理,24,推论1 (力在刚体上的可传性),作用于刚体的力，其作用点可以沿作用线在该刚体内前后任意移动，而不改变它对该刚体的作用,=,=,11 静力学公理,25,推论2 (三力汇交平衡定理) 当刚体在三个力作用下平衡时，设其中两力的作用线相交于某点，则第三力的作用线必定也通过这个点。,F1,F3,R1,F2,=,证明：,A3,11 静力学公理,26,公理四 (作用和反作用定律) 任何两个物体间的相互作用的力，总是大小相等，作用线相同，但指向相反，并同时分别作用于这两个物体上。 公理五 (刚化原理) 设变形体在已知力系作用下维持平衡状态，则如将这个已变形但平衡的物体变成刚体（刚化），其平衡不受影响。,11 静力学公理,27,12 约束和约束反力,1、自由体：,2、非自由体：,3、约束：,4、约束(反)力：,5、主动力：,可以任意运动（获得任意位移）的物体。,不可能产生某方向的位移的物体。,约束对被约束体的反作用力。,由周围物体所构成的、限制非自由体 位移的条件。,约束力以外的力。, 基本概念：,6、确定约束力的准则：,取决于约束的性质、主动力和物体的运动状态； 作用点在相互接触处； 方向总与约束体所能阻止的运动方向相反。,28,1、理想光滑接触面（线）约束,12 约束和约束反力,常见的几种类型的约束,光滑接触面约束的特点：不论支承接触面的表面形状如何，只能承受压力，不能承受拉力，只限制物体沿两接触表面在接触处的公法线而趋向支承接触面的运动,29,12 约束和约束反力,光滑接触面约束对非自由体的约束力，只能是压力，作用在接触处；方向沿接触处的公法线并指向受力物体，故称为法向约束力，用 表示,30,2、柔绳、链条、胶带构成的柔性体约束：,常见的几种类型的约束,12 约束和约束反力,柔体的约束反力沿着柔体的中心且背离被约束的物体.,柔索只能受拉力，又称张力.用 表示,柔索对物体的约束力沿着柔索背向被约束物体,胶带对轮的约束力沿轮缘的切线方向，为拉力,31,3、光滑圆柱铰链约束,12 约束和约束反力,常见的几种类型的约束,约束力： 在垂直于圆柱销轴线的平面内，通过圆柱销中心，方向不定,约束特点： 只能限制物体沿圆柱销的任意径向移动，不能限制物体绕圆柱销轴线的转动和平行于圆柱销轴线的移动,32,(1) 固定铰链支座：,12 约束和约束反力,常见的几种类型的约束,33,(2) 活动铰链支座：,常见的几种类型的约束,12 约束和约束反力,34,(3) 链杆约束：,常见的几种类型的约束,12 约束和约束反力,35,常见的几种类型的约束：实例,12 约束和约束反力,36,常见的其它几种类型的约束：向心轴承,12 约束和约束反力,37,常见的其它几种类型的约束：止推轴承,12 约束和约束反力,约束特点：,止推轴承比径向轴承多一个轴向的位移限制,约束力：比径向轴承多一个轴向的约束反力，亦有三个正交分力 ,38,N,常见的其它几种类型的约束：光滑球铰链约束,12 约束和约束反力,39,常见的其它几种类型的约束：光滑球铰链约束,12 约束和约束反力,约束特点：通过球与球壳将构件连接，构件可以绕球心任意转动，但构件与球心不能有任何移动,约束力：当忽略摩擦时，球与球座亦是光滑约束问题,约束力通过接触点,并指向球心,是一个不能预先确定的空间力.可用三个正交分力表示,40,常见的其它几种类型的约束：固定端(插入端)约束