定性结构力学PPT课件

1、l/o/g/o1主讲人：谢伟平电话-mail：办公地点：西院东教-3232第二讲34一、意义与目的一、意义与目的 从经典的力学中抽取基本的力学概念、原理、从经典的力学中抽取基本的力学概念、原理、方法、技巧，从而建立正确的结构概念，方法、技巧，从而建立正确的结构概念，有效地避免目前结构，有效地避免目前结构分析仅依赖于计算机所带来的弊病。分析仅依赖于计算机所带来的弊病。 注意：注意：定性与定量的关系犹如形象思维与逻辑思定性与定量的关系犹如形象思维与逻辑思维的关系。维的关系。5一、意义与目的一、意义与目的v两类问题：计算技巧与概念的深化。两类问题：计算技巧与概念的深化。v定

2、性结构力学可归纳为一个方法论的问题，如何定性结构力学可归纳为一个方法论的问题，如何“化繁为简化繁为简”，如何，如何“去伪存真去伪存真”，从本质上讲，从本质上讲就是掌握一种方法，提高一种能力。计算不是万就是掌握一种方法，提高一种能力。计算不是万能的，没有计算是万万不能的！能的，没有计算是万万不能的！6一、意义与目的一、意义与目的v工程师与科研人员的区别往往如爱因斯坦与爱迪生工程师与科研人员的区别往往如爱因斯坦与爱迪生的区别一样。的区别一样。v算灯泡的体积，科学家试图找出一种不规则球体的算灯泡的体积，科学家试图找出一种不规则球体的计算方法，工程师用量杯就解决了这一问题。看到计算方法，工程师用量杯就

3、解决了这一问题。看到区别了吗？区别了吗？7二、实用固体力学发展史二、实用固体力学发展史定性分析定性分析u（1 1）工程技术的辉煌成就与应用固体力学的发展）工程技术的辉煌成就与应用固体力学的发展有关；有关；u（2 2）应用固体力学的成果是经过长期曲折的发展）应用固体力学的成果是经过长期曲折的发展过程才逐步形成和完善的。过程才逐步形成和完善的。8 8二、实用固体力学发展史二、实用固体力学发展史我国古代工程技术成就与变形固体力学的初始建立我国古代工程技术成就与变形固体力学的初始建立9 “负而不挠，说在胜负而不挠，说在胜” “衡木加重焉而不挠，极胜重也衡木加重焉而不挠，极胜重也” “若校交绳无加焉而挠

4、，极不胜重也若校交绳无加焉而挠，极不胜重也” 墨经墨经 中国中国古代在工程技术上的成就主要依据合理的古代在工程技术上的成就主要依据合理的定性定性分析。分析。10 （1 1）对变形固体在理论上进行有效的力学分析，始于）对变形固体在理论上进行有效的力学分析，始于意大利的力学家伽利略（意大利的力学家伽利略（g. galileig. galilei，1564-16241564-1624）。）。11（2 2）梁的弯曲理论的发展）梁的弯曲理论的发展（leonardo da vincileonardo da vinci，1452-15191452-1519）提出梁的）提出梁的强度与宽度成正比，与长度成反比。

5、强度与宽度成正比，与长度成反比。 矩形截面矩形截面 梁的承载能力梁的承载能力( (宽宽) )( (高高) )2 2 圆形截面圆形截面 梁的承载能力梁的承载能力( (直径直径) )2 2 矩形截面矩形截面 圆形截面圆形截面 矩形截面矩形截面 圆形截面圆形截面26bhw 332dw24bhw 36dw pba12 法国物理学家马里奥特（法国物理学家马里奥特（f. mariottef. mariotte）于）于16801680年给年给出的内力分布（出的内力分布（a a），后又修正为（），后又修正为（b b）。）。 雅科布雅科布伯努利（伯努利（jacob bernoullijacob bernoull

6、i，1654-17051654-1705）于）于16951695年作出梁弯曲的平面截面假设。伯努利在年作出梁弯曲的平面截面假设。伯努利在17051705年计算年计算抗弯截面系数抗弯截面系数w w，也同样出了错误，而且他认为线性内力，也同样出了错误，而且他认为线性内力分布的零点位置不影响抗剪截面系数。分布的零点位置不影响抗剪截面系数。babao13 17131713年，法国工程师帕让（年，法国工程师帕让（parentparent，1666-17161666-1716）才）才得到了矩形截面梁的抗弯截面系数的正确结果。得到了矩形截面梁的抗弯截面系数的正确结果。 库伦（库伦（c. a. coulomb

7、c. a. coulomb，1736-18061736-1806）指出中性层位）指出中性层位置与虎克定律有关，在材料不服从虎克定律时，中性层置与虎克定律有关，在材料不服从虎克定律时，中性层位置可能改变。位置可能改变。 18261826年，纳维埃（年，纳维埃（l. m. h. navierl. m. h. navier，1785-18361785-1836）首先根据截面上力的平衡条件和虎克定律得到了弯曲强首先根据截面上力的平衡条件和虎克定律得到了弯曲强度的正确计算公式。这时距离度的正确计算公式。这时距离16381638年伽利略第一次提出年伽利略第一次提出弯曲理论已经过了弯曲理论已经过了18818

8、8年。年。 14 梁的弯曲理论其后又有了一些新的发展，如中性梁的弯曲理论其后又有了一些新的发展，如中性轴问题、斜弯曲问题、偏心拉压等。轴问题、斜弯曲问题、偏心拉压等。 v 参考书目：参考书目： s. p. timoskenko，history of strength of materials，mc-graw hill，1953.15 任何一个科学或工程问题都可以分成两个方面：任何一个科学或工程问题都可以分成两个方面： 物理物理方面方面就是叙述问题中的事实，及可由实验就是叙述问题中的事实，及可由实验验证的形式来叙述它的结果；验证的形式来叙述它的结果； 数学数学方面方面就是用数学演算的办法，表示出

9、处理就是用数学演算的办法，表示出处理问题所经过的步骤。数学方程并不是一个物理问题的问题所经过的步骤。数学方程并不是一个物理问题的答案，必须将这种数学解的物理意义叙述出来，问题答案，必须将这种数学解的物理意义叙述出来，问题才算结束。才算结束。1617四、解决实际工程问题的关键步骤四、解决实际工程问题的关键步骤p 实际工程问题模型化实际工程问题模型化p 力学模型数学化力学模型数学化p 数学方程定量化数学方程定量化p 力学模型的检验和修正力学模型的检验和修正18（1）强化洞察力）强化洞察力 使学生具有从实际问题的原形中抓住其力学本质使学生具有从实际问题的原形中抓住其力学本质的敏锐洞察力。对于某些实际

10、工程问题，看起来的敏锐洞察力。对于某些实际工程问题，看起来似乎完全不同，但在一定的简化和理想化后，他似乎完全不同，但在一定的简化和理想化后，他们的力学模型是相同的或相近的，这正是力学应们的力学模型是相同的或相近的，这正是力学应用广泛性的具体表现。用广泛性的具体表现。19 （2）以力学为基础，以数学为工具）以力学为基础，以数学为工具 实际问题的抽象简化必然带来差异。注意两点：实际问题的抽象简化必然带来差异。注意两点： 一是从实际到模型做了那些简化，会带来什么样的误差。一是从实际到模型做了那些简化，会带来什么样的误差。 二是要将力学分析的结果与实际问题相结合，综合分析二是要将力学分析的结果与实际问

11、题相结合，综合分析结论的可靠性。结论的可靠性。 从专业的特点看，对实际问题从力学角度进行定性从专业的特点看，对实际问题从力学角度进行定性分析是土木工程专业分析实际问题的总体原则！分析是土木工程专业分析实际问题的总体原则！20 采用数学语言和数学方程描述已建立采用数学语言和数学方程描述已建立的力学模型。的力学模型。21这类数学方程大致可以分为三类。这类数学方程大致可以分为三类。平衡方程平衡方程（或采用某种原理建立的其他方程）：（或采用某种原理建立的其他方程）： 如果是静力问题则是静力平衡方程，如果是动力问题则对应动如果是静力问题则是静力平衡方程，如果是动力问题则对应动力方程，静力方程与动力方程的

12、区别在于是否考虑惯性项。力方程，静力方程与动力方程的区别在于是否考虑惯性项。几何方程几何方程：即应变和位移的相互关系。：即应变和位移的相互关系。 又可分为线性和非线性（大挠度）几何方程。又可分为线性和非线性（大挠度）几何方程。物理方程物理方程（本构关系）：即应力和应变的关系。（本构关系）：即应力和应变的关系。不同的力学课程之所以不同，其主要区别就是物理方程存在差异。不同的力学课程之所以不同，其主要区别就是物理方程存在差异。 除了上述三个方程之外，作为一个合理的定解问题，除了上述三个方程之外，作为一个合理的定解问题，还必须给出力学模型合理的还必须给出力学模型合理的边界条件边界条件，如果是静力问题

13、，如果是静力问题则只需要边界条件，如果是动力问题，就需要则只需要边界条件，如果是动力问题，就需要边界条件边界条件和初始条件的结合。和初始条件的结合。22例：轴向拉伸公式例：轴向拉伸公式pppn 平衡方程平衡方程:几何方程几何方程:物理方程物理方程:npll e23五、工程实例五、工程实例2425普通螺栓连接普通螺栓连接五种破坏形式五种破坏形式a)a)螺杆被剪断螺杆被剪断 b)b)连接件半孔壁挤压破坏连接件半孔壁挤压破坏 e)e)螺杆弯曲破坏螺杆弯曲破坏d)d)钢板剪坏钢板剪坏c)c)钢板拉钢板拉( (压压) )断断 栓杆被剪断栓杆被剪断板件拉板件拉(压压)断断板件剪坏板件剪坏栓杆弯曲破坏栓杆弯曲破坏实际承压面实际承压面计算承压面计算承压面实际的实际的bc假定的假定的bcl1l2栓杆栓杆(板件板件)的挤压破坏的挤压破坏2627n 缺乏自学能力，对老师的依赖性太强缺