工程力学课件.ppt

主 编：陈天富 冯贤桂,工程力学 经管分社,工程力学,出版社,ISBN-978-7-5624-4419-0,0.1 工程力学的研究任务及内容 工程力学是一门研究物体机械运动和构件强度、刚度及稳定性的学科,它主要包括刚体静力学与材料力学两部分。 0.2 工程力学的研究方法 对工程结构进行现场观察和部分实验是认识力学规律的重要实践性环节。 0.3 工程力学在机电类专业中的地位和作用,工程力学 出版社 经管分社,绪论,工程力学,工程力学是机电类专业和其他工科类专业的重要技术基础课，具有较强的理论性和实践性。,工程力学,1.1 力与力系的概念 1.1.1 力的概念 1.1.2 力系 （1）力系的分类 1）空间任意力系 2）空间汇交力系,第1篇 静力学 第1章 静力学基本概念与基本原理,图1.1,工程力学,图1.2,工程力学,图1.3,图1.4,工程力学,3）空间平行力系 4）平面任意力系 5）平面汇交力系 6）平面平行力系 （2）力系的有关概念 1）等效力系 2）简化力系 3）力系合成 4）平衡力系,工程力学,1.2 静力学基本公理 1.2.1 二力平衡公理 1.2.2 加减平衡力系公理 1.2.3 力的平行四边形法则,图1.5,工程力学,图1.6,图1.7,工程力学,1.2.4 作用和反作用定律 1.2.5 刚化公理 1.3 力的分解与投影,工程力学,图1.8,图1.9,工程力学,1.4 力矩与力偶 1.4.1 力矩的概念 （1）力对点之矩,工程力学,图1.10,工程力学,图1.11,图1.12,工程力学,图1.13,图1.14,工程力学,图1.15,工程力学,（3）力矩关系定理 （4）合力矩定理,工程力学,1.4.2 力偶的概念 （1）力偶的矢量表示 1）力偶没有合力。 2）力偶中的两个力，可以沿着它们的作用线任意移动，而不改变力偶对刚体的转动效应。,工程力学,图1.17,工程力学,图1.18,工程力学,3）力偶对空间任意一点之矩都等于其自身的力偶矩矢量。,图1.19,工程力学,4）作用于刚体上的两个力偶互相等效的条件是它们的力偶矩矢量相等。 （2）力偶的代数量表示 1.5 约束与约束力 1.5.1 约束与约束力的概念 1.5.2 工程中常见的约束 (1)柔性约束 (2)光滑接触面约束,工程力学,图1.20,工程力学,图1.21,图1.22,工程力学,（3）固定铰支座 （4）活动铰支座 （5）铰链连接,图1.23,工程力学,（6） 链杆连接 （7）固定端支座 1.6 受力分析与受力图,图1.24,工程力学,图1.25,工程力学,图1.26,图1.27,工程力学,静力学主要研究物体在力系作用下的平衡条件。 2.1 力的平移定理 2.2 力系的简化 2.2.1 汇交力系的简化 （1）汇交力系合成的几何法 （2）汇交力系合成的解析法,第2章 力系的简化与合成,工程力学,图2.1,图2.2,工程力学,图2.3,工程力学,工程力学,图2.4,工程力学,2.2.2 力偶系的简化,图2.5,工程力学,工程力学,2.2.3 任意力系的简化 （1）空间任意力系的简化,工程力学,图2.7,工程力学,（2）空间任意力系的简化结果,工程力学,图2.8,工程力学,图2.9,工程力学,图2.10,图2.11,工程力学,（3）平面任意力系的简化结果 2.2.4 平行分布荷载的简化,工程力学,图2.12,图2.13,工程力学,图2.14,工程力学,图2.15,工程力学,2.3 物体的重心 2.3.1 平行力系的中心,工程力学,图2.16,工程力学,2.3.2 物体的重心,图2.17,工程力学,工程力学,3.1 汇交力系的平衡方程 3.1.1 空间汇交力系,第3章 力系的平衡,工程力学,3.1.2 平面汇交力系 3.2 力偶系的平衡方程 3.2.1 空间力偶系,工程力学,3.2.2 平面力偶系 3.3 任意力系的平衡方程 3.3.1 空间任意力系,工程力学,3.3.2 空间平行力系 3.3.3 平面任意力系,工程力学,（1）二力矩式,图3.1,工程力学,（2）三力矩式 （3）平面平行力系,工程力学,3.4 平衡方程的应用 3.4.1 单个物体平衡方程的应用 3.4.2 物体系平衡方程的应用 (1)静定问题与静不定问题 (2)物体系的平衡问题 1)首先判断物体系统是否属于静定问题。 2)恰当地选择研究对象。 3)进行受力分析，画隔离体的受力图。 4)列平衡方程，求出全部未知力。,工程力学,图3.9,图3.10,工程力学,3.5 平面静定桁架 在工程实际中，有很多结构是由许多杆件在其端点处相互连接起来，而成为一几何形状不变的结构，这种结构称为桁架。,图3.15,工程力学,(1)节点法 (2)截面法 3.6 考虑摩擦时的平衡问题,图3.16,工程力学,两个相互接触的物体产生相对运动或具有相对运动的趋势时，彼此在接触部位会产生一种阻碍对方相对运动的作用。 3.6.1 滑动摩擦 (1)静滑动摩擦力,图3.20,工程力学,(2)静滑动摩擦定律 (3)动滑动摩擦定律 (4)摩擦角与自锁现象,工程力学,图3.21,工程力学,图3.22,工程力学,3.6.2 考虑滑动摩擦的平衡问题 3.6.3 滚动摩擦,图3.26,工程力学,工程力学,4.1 材料力学的任务 （1）构件应有足够的强度 （2）构件应有足够的刚度 （3）构件应有足够的稳定性 4.2 可变形固体及其基本假设 （1）连续性假设,第2篇 材料力学 第4章 材料力学的一般概念,工程力学,（2）均匀性假设 （3）各向同性假设 （4）小变形假设 4.3 杆件变形的基本形式 （1）拉伸和压缩 （2）剪切 （3）扭转 （4）弯曲,工程力学,图4.1,图4.2,工程力学,图4.3,图4.4,工程力学,5.1 轴向拉伸和压缩的概念,第5章 轴向拉伸和压缩,图5.1,工程力学,5.2 内力和截面法轴力和轴力图 构件未受外力作用时，其内部的各质点之间存在着相互作用的力，一般称为内聚力。 （1）截 （2）弃 （3）代 （4）平 53 拉压杆应力,工程力学,图5.4,工程力学,工程力学,图5.5,图5.6,工程力学,5.3.1 圣维南原理 5.3.2 应力集中,图57,工程力学,图5.8,工程力学,工程力学,54 轴向拉伸或压缩时的变形,工程力学,5.4.1 纵向变形线应变,图5.9,工程力学,5.4.2 胡克定律,工程力学,5.4.3 横向变形泊松比 55 材料在拉伸和压缩时的力学性能 材料的力学性能主要是指材料受力后所表现出来的变形、破坏或失效方面的特性。,工程力学,工程力学,5.5.1 低碳钢拉伸时的力学性能,图5.12,工程力学,图5.13,工程力学,（1）弹性阶段（Oa段） （2）屈服阶段（bc段） （3）强化阶段(cd段) （4）局部变形阶段(d段),图5.14,工程力学,(5)延伸率和断面收缩率,图5.15,工程力学,5.5.2 其他塑性材料拉伸时的力学性能,图5.16,图5.17,工程力学,5.5.4 材料压缩时的力学性能,图5.18,图5.19,工程力学,图5.20,图5.21,图5.22,图5.23,工程力学,工程力学,工程力学,5.5.5 温度对材料力学性能的影响蠕变和应力松弛的概念,图5.24,工程力学,5.6 轴向拉伸和压缩时的强度计算 在介绍材料力学性能的基础上，现在讨论轴向拉伸或压缩时杆件的强度计算问题。,工程力学,（1）强度校核 （2）设计截面 （3）确定许用载荷 5.7 拉伸和压缩静不定问题 5.7.1 静不定概念及静不定问题的一般解法,工程力学,图5.28,工程力学,图5.29,工程力学,（1）静力学关系 （2）变形几何关系 （3）物理关系,工程力学,（1）静力学关系 （2）变形几何关系 （3）物理关系,工程力学,工程力学,5.7.2 装配应力 加工构件时，尺寸上的一些微小误差是难以避免的。 5.7.3 温度应力 物体因温度的变化会发生膨胀或收缩。,图5.32,工程力学,图5.33,工程力学,61 概述 在工程实际中，可以见到很多承受剪切的构件。 6.2 剪切强度计算,第6章 剪切,工程力学,图6.2,图6.3,图6.4,工程力学,6.3 挤压强度计算,图6.5,工程力学,图6.6,工程力学,6.4 计算实例 工程中，构件间的联接方式虽然很多，但其强度计算方法都可采用前二节中的有关公式。,工程力学,71 概述 工程中的各种构件，其横截面都是具有一定几何形状的平面图形，例如圆形、矩形、工字形等。 7.2 静矩和形心,第7章 平面图形的几何性质,工程力学,73 惯性矩和惯性积,工程力学,图7.1,图7.5,工程力学,74 平行移轴公式 同一平面图形对于平行的两对直角坐标轴的惯性矩或惯性积，虽然不相同，但当其中一对坐标轴是图形的形心轴时，它们之间却存在着比较简单的关系。,工程力学,工程力学,图7.10,工程力学,8.1 扭转的概念和实例,第8章 扭转,图8.1,图8.2,工程力学,8.2 外力偶矩的计算扭矩和扭矩图,图8.3,工程力学,图8.4,工程力学,图8.5,图8.6,工程力学,83 纯剪切 在研究圆轴扭转的应力和变形之前，先介绍有关剪切的两个基本定律。 8.3.1 圆轴扭转的平面假设 8.3.2 剪应力互等定理 8.3.3剪切胡克定律,工程力学,图8.7,工程力学,图8.8,工程力学,84 圆轴扭转时的应力和变形 8.4.1 横截面上的应力 （1）变形几何关系 （2）物理关系,工程力学,图8.9,工程力学,（3）静力学关系,图8.10,图8.11,图8.12,工程力学,工程力学,8.4.2 扭转变形,工程力学,图8.14,工程力学,85 圆轴扭转时的强度和刚度计算 8.5.1 强度条件,工程力学,8.5.2 刚度条件,工程力学,图8.15,工程力学,86 扭转静不定问题 在前面所讨论的扭转问题中，轴的支座约束力偶矩或横截面上的扭矩都可由静力平衡方程确定，这类问题称为扭转的静定问题，如图819（a）所示。 87 非圆截面杆扭转简介 前面所述为圆截面杆的扭转问题。,工程力学,图819,图8.20,工程力学,图8.21,工程力学,工程力学,91 平面弯曲的概念,第9章 弯曲内力,图9.1,工程力学,图9.2,图9.3,工程力学,图9.4,图9.5,工程力学,92 梁的计算简图 梁的支座和载荷有各种不同的情况，对梁进行分析计算，首先对梁应进行必要的简化。 9.2.1 支座的基本形式 （1）可动铰支座 （2）固定铰支座 （3）固定端 9.2.2 荷载的简化,工程力学,图9.6,工程力学,（1）集中力 （2）分布荷载 （3）集中力偶 9.2.3 静定梁及其分类 （1）简支梁 （2）外伸梁 （3）悬臂梁 93 剪力和弯矩,工程力学,图9.7,工程力学,94 剪力图和弯矩图,图9.8,工程力学,95 用叠加法作弯矩图,图9.15,工程力学,96 剪力、弯矩和荷载集度间的关系,工程力学,图9.17,工程力学,图9.18,工程力学,101 梁弯曲时的正应力 10.1.1 变形几何关系,第10章 弯曲应力,工程力学,图10.1,图10.2,工程力学,图10.3,工程力学,图10.4,工程力学,10.1.2 物理关系 10.1.3 静力学关系,工程力学,工程力学,工程力学,图10.5,工程力学,102 弯曲正应力强度计算 103 非对称梁的弯曲,工程力学,图10.11,工程力学,工程力学,104 梁弯曲时的剪应力 10.4.1 矩形截面梁,图10.12,图10.13,工程力学,工程力学,图10.14,工程力学,工程力学,10.4.2 工字形截面梁,图10.15,工程力学,10.4.3 圆形截面梁,图10.16,图10.17,工程力学,105 提高梁弯曲强度的措施,工程力学,10.5.1 选用合理的截面形状,工程力学,10.5.2 适当布置荷载和支座位置,图10.21,图10.22,工程力学,图10.23,图10.24,图10.25,工程力学,10.5.3 采用变截面梁,图10.26,工程力学,图10.27,工程力学,11.1 工程中的弯曲变形问题,第11章 弯曲变形,图11.1,工程力学,11.2 梁的挠曲线近似微分方程,图11.2,图11.3,工程力学,工程力学,图11.4,工程力学,11.3 用积分法求梁的弯曲变形,图11.5,图11.6,工程力学,工程力学,工程力学,11.4 用叠加法求弯曲变形 由前面的计算中可以看出，在弯曲变形很小，且材料服从胡克定律的情况下，所求得的梁的转角和挠度都与梁上的荷载成线性关系。 11.5 梁的刚度计算 工程中的某些梁，为保证其能正常工作，对梁的挠度或转角要加以限制。,工程力学,（1）改善结构形式，减小弯矩的数值,图11.14,工程力学,（2）选择合理的截面形状 （3）选用弹性模量较大的材料 11.6 静不定梁,图11.15,图11.16,工程力学,图11.17,图11.18,工程力学,工程力学,图11.19,工程力学,11.7 用莫尔定理计算梁的弯曲变形 11.7.1 虚功原理,图11.20,工程力学,图11.22,工程力学,图11.23,图11.24,工程力学,11.7.2 莫尔定理,工程力学,11.7.3 图形互乘法,工程力学,图11.26,工程力学,图11.27,工程力学,12.1 应力状态概述,第12章 应力状态分析和强度理论,图12.1,工程力学,图12.2,图12.3,工程力学,12.2 二向应力状态分析解析法,图12.4,工程力学,工程力学,工程力学,工程力学,123 二向应力状态分析图解法,图12.6,工程力学,图12.7,工程力学,（1）纯剪切应力状态,图12.9,工程力学,（2）单向应力状态,图12.10,工程力学,12.4 三向应力状态 （1）斜截面上的应力,图12.11,工程力学,（2）三向应力状态的应力圆,图12.12,图12.13,工程力学,（3）应力极值 12.5 广义胡克定律体积应变 12.5.1 广义胡克定律,工程力学,图12.15,工程力学,工程力学,12.5.2 体积应变,图12.16,图12.17,工程力学,12.6 三向应力状态下的弹性比能,工程力学,图12.19,工程力学,图12.20,工程力学,12.7 强度理论的概念,图12.21,图12.22,工程力学,12.8 4个常用的强度理论 12.8.1 最大拉应力理论(第一强度理论) 12.8.2 最大伸长线应变理论(第二强度理论),工程力学,12.8.3 最大剪应力理论(第三强度理论),工程力学,12.8.4 形状改变比能理论(第四强度理论),工程力学,12.8.5 相当应力 12.9 莫尔强度理论 前面所述四个强度理论，主要是采用科学假设的方法建立的，它们是对决定材料强度失效或破坏的主要因素，根据一定的实,工程力学,验基础，进行假设，然后验证。,图12.24,图12.25,工程力学,工程力学,13.1 组合变形概念和应力叠加法 在实际工程结构中，杆件受力时，往往同时发生几种基本变形。 13.2 斜弯曲 前面研究梁的弯曲正应力时，仅限于讨论构件具有纵向对称面，且横向载荷均作用在纵向对称面内，因而弯曲变形后横截面的中性轴与纵向对称面垂直，挠曲线为纵向对称面内的一条平面曲线，这就是平面弯曲的情况。,第13章 组合变形,工程力学,图13.1,工程力学,图13.2,工程力学,工程力学,图13.3,工程力学,工程力学,图13.4,图13.5,工程力学,13.3 拉伸(压缩)与弯曲的组合,工程力学,图13.8,工程力学,13.4 弯曲与扭转的组合,图13.11,工程力学,工程力学,图13.12,工程力学,14.1 压杆稳定的概念,第14章 压杆的稳定性,图14.1,工程力学,图14.2,图14.3,工程力学,图14.4,图14.5,图14.6,工程力学,14.2 细长压杆的临界力欧拉公式,工程力学,工程力学,图14.7,图14.8,图14.9,工程力学,14.3 其他约束条件下细长压杆的临界力 14.3.1 一端固定、一端自由的细长压杆 14.3.2 两端固定的细长压杆,工程力学,图14.10,工程力学,14.3.3 一端固定，一端铰支的细长压杆,工程力学,14.3.4 几种常见约束的简化 （1）柱形铰约束 （2）焊接或铆接 （3）螺母和丝杆连接 （4）工作台,工程力学,图14.11,工程力学,图14.12,图14.13,图14.14,工程力学,（5）弹性支承 14.4 欧拉公式适用范围中、小柔度杆的临界应力,图14.15,工程力学,14.4.1 临界应力和柔度,工程力学,14.4.2 欧拉公式适用范围,工程力学,图14.16,工程力学,工程力学,14.4.3 中、小柔度杆的临界应力,工程力学,14.4.4 压杆的临界应