工程力学第1章绪论静力学基础-.ppt

2008 教材 参考教材 联系方式 工程力学讲义 西南交通大学应用力学与工程系编 工程力学教程 高等教育出版社2004 孙训方等编 材料力学 第四版 高等教育出版社 2002奚绍中 丘秉全主编 工程力学 西南交通大学出版社 1987 机械运动是物质运动的基本形式 反映物质在时间 空间中的位置变化 位置变化 变形 移动 转动 流动 振动 波动 力 导致物质机械运动状态变化反映物体间的相互作用 1什么是力学 简绪 简绪 力学 是各工程技术学科的重要理论基础是沟通自然科学基础理论与工程实践的桥梁 是研究物质机械运动规律的科学 既是基础科学又是服务于工程的技术科学 力原表示肘用劲mechanics力学 机械学mechanical机械的 力学的dynamicist力学家mechanist机械师 机械主义者mechanicalengineering机械工程 有关词汇 静力学动力学运动学 2力学的学科分类 宏观力学细观力学微机电力学 纳米力学 以牛顿力学体系为代表 固体力学 材料力学 结构力学 弹性力学 塑性力学 断裂力学等流体力学 水力学 水动力学 空气动力学 气体动力学 多相流体力学 2力学的学科分类按研究对象分 研究固体材料或结构在外界因素作用下 结构的变形与应力间的关系及其分布规律 确保结构的强度 刚度和稳定性 液体和气体 研究质点 刚体的静力学与动力学 一般力学 理论力学 分析力学 外弹道学 振动理论 刚体动力学 陀螺力学 运动稳定性 非线性动力学 实验力学 实验应力分析 实验流体力学 疲劳与断裂测试 材料力学性能测试 振动测试 光测力学 CAT技术等 计算力学 计算结构力学 计算流体力学 数值分析 有限元方法 计算机辅助设计技术 按研究手段分 数值仿真 按交叉方向分 生物力学热力学地质力学岩土力学爆炸力学冲击动力学复合材料力学 未来力学智能材料力学纳米力学 微机电力学仿生力学 工程构件受力如何 如何运动 如何变形 破坏 如何控制 设计 目的 了解工程系统的力学性态并为其设计提供合理的规则 3工程力学 或者应用力学 是将力学原理应用于实际工程系统的科学 灾难 4工程中的力学问题力学研究的方法论 重庆綦江彩虹桥垮塌 垮塌前的彩虹桥 垮塌后的彩虹桥 中承式拱形桥的拱架钢管焊接存在严重缺陷混凝土强度低于设计标号的1 3连接拉索 铆片 铆具严重锈蚀23名武警晨练齐步跑 1999年1月4日重庆市綦江彩虹桥发生垮塌 40人死亡14人受伤直接经济损失631万元 原因 强度问题 振动问题 2001年11月7日宜宾南门大桥垮塌2人死亡 2人受伤 中承式拱桥垮塌原因 靠近拱圈边缘的吊杆短 刚强度较大 应付变形能力小 相应受力就较大 桥端伸缩缝较大 伸缩变形导致吊杆疲劳断裂 从而引起大桥坍塌 宜宾南门大桥 早期列车对撞灾难蒸汽机车无损车厢破坏 刚度 强度差异 Boeing737着陆机头因疲劳发生断裂机上人员安全 飞机设计 强度 刚度 可靠性 材料的性能试验 机身结构强度实验 波音 NASAX 48B飞机风洞实验 波音747整机有限元分析模型 材料 部件 整机实验局部与整机的数值仿真 上海东方电视塔高300m球径45m 抗震模型试验 破坏部位 破坏形式 抗震能力 秦山二期核反应堆稳压器强度考验 结构强度与变形分析实验力学材料力学有限元分析 轨道疲劳可靠性实验与结构优化 刚体静力学材料力学实验力学静强度疲劳冲击振动抗拔抗扭转 大坝闸门吊杆 塔式起重机 塔式起重机 强度设计 应力 疲劳 断裂等强度容限设计刚度设计 应变 位移容限设计 静强度 断裂控制设计 抗疲劳设计结构优化设计 可靠性设计 保证结构与零部件安全和使用功能 设计 制造 使用 维护的综合分析与控制 功能 安全 经济的综合性评价 设计目标 设计准则 工程力学 结构设计与优化 安全评定 2008 9 11 2 工程力学问题的基本研究任务是什么 3 论述工程力学解决的问题及其一般方法 1 什么是力学 思考 力学研究的方法论 客体原型零部件全尺寸模型客体模型抽象与客体模型数值仿真模型 A获取力学响应信息B理论抽象C理论验证 模型 真实情况的理想化和简化包括材料性能 载荷 约束 几何形状等 规律分析理论经典 假设 数学 解析现代 解析被数值取代 数值分析 有限元 数学与数值模型 实验定参数数值 工程力学研究的一般方法 建立力学模型较为关键 需要知识 经验 创意 预研试验 工程力学作为一门课程材料力学 材料变形理论力学 刚体运动解决工程问题的力学基础 第一部分静力学第一章静力学基础第二章平面汇交力系第三章力偶与平面力偶系第四章平面一般力系第五章重心和形心第二部分材料杆件变形学第六章内力与内力图第七章拉伸和压缩第八章扭转第九章弯曲 第十章应力状态分析和强度理论第十一章压杆的稳定性第三部分运动学与动力学第十二章点的运动第十三章刚体的基本运动第十四章点的复合运动第十五章刚体的平面运动第十六章质点的运动微分方程第十七章动力学普遍定理第十八章动静法 工程力学课程 应用力学的基础 任务 力系的研究力系与物体变形的研究力系与刚体运动的研究物体对象变形体 细长杆件 梁刚体 质点 质点系 材料 理论力学基础 材料力学 理论力学 工程静力学 工程力学基础研究物体在力系作用下平衡规律的科学 平衡状态 牛顿力学中F合力 ma 0 第一章静力学基础 物体相对于地面保持静止或作匀速直线运动的状态 第一章静力学基础 工程静力学 研究任务 分析物体受力 受力分析 研究力系的等效和简化 研究力系的平衡 求解未知力 力 物体间的相互作用力的效应 1 运动效应 使物体运动状态发生变化 2 变形效应 使物体发生变形 1 力的概念 力的单位 NorkN 力的三要素 力对物体作用的效应 决定于力的三要素 大小 方向和作用点 大小 方向和作用线 1 1静力学中的基本概念 等效力系 力系作用在物体上的若干个力的总称以 F1 F2 Fn 表示 等效力系作用于物体上的一个力系可用另一个力系代替 而不改变原力系对物体作用的外效应 用 F1 F2 Fn F 1 F 2 F n 来表示 1 1静力学中的基本概念 静力学公理 是由观察和实验总结出来的客观规律 公认的 无需证明 4个静力学公理 静力学全部理论的基础 作用于刚体上的两个力 使刚体处于平衡状态的必要与充分条件是 这两个力等值 反向 共线 公理1二力平衡公理 二力杆或二力构件 只在二点受力而处于平衡的无重杆或无重构件 二力杆或二力构件 只在二点受力而处于平衡的无重杆或无重构件 公理2加减平衡力系公理 在作用于刚体上的已知力系中 加上或减去任一平衡力系 并不改变原力系对刚体的效应 公理2只适用于刚体 作用于刚体上的力 可沿其作用线任意移动而不改变它对刚体的作用效应 力的可传性原理 大小 方向和作用线 公理3力的平行四边形法则 作用于物体上同一点的两个力 其合力也作用在该点上 合力的大小和方向则由共点两力为边所构成的平行四边形的对角线来表示 该两力称为合力的分力 力是矢量 FR F1 F2 代数量 以后为表达方便就不刻意采用矢量标记 两物体间相互作用的力 等值 反向 共线 分别作用在两个物体上 公理4作用与反作用定律 一 约束的概念 1 自由体与非自由体 自由体 在空间能向一切方向自由运动的物体 如飞鸟等 非自由体 当物体受到了其他物体的限制 而只能沿规定方向运动时 这种物体称为非自由体 如轨道等 约束B 被约束物体A 2 约束 物体B参与限制非自由体A运动 则B为A的约束 限制非自由体运动的物体就是该非自由体的约束 3 约束反力 约束施加于被约束物体上的力 4 约束反力的方向 与被约束体趋势运动方向相反 T 约束反力T 1 柔体约束 二 工程中常见的约束 2 光滑面约束 A 3 光滑铰链约束 平面铰链 空间球形铰 固定铰支座 活动铰支座 4 轴承约束 1 滑动轴承 止推轴承约束 2 滚动轴承 5 固定端约束 平面 刚体 变形体力的三要素力的4个公理 二力平衡公理加减平衡力系公理 力传递力的平行四边形法则作用力与反作用定律 几种约束与约束反力 第一章小结 受力分析取隔离体 画受力图 受力分析是对物体进行力学研究的首要环节 将物体从约束中隔离出来 将约束化为约束力 不同类型的约束对应特定的约束力 静力学计算的首要任务 求解约束力 分析AB梁的受力情况并作受力图 P YA XA 解 例1 1 O 部件受力图 整体受力图 画受力图步骤 对隔离体解除约束 画简图 注意二力杆 光滑面 铰约束的反力特性反力方向与约束所能限制的物体运动方向相反 例1 5球G1 G2置于墙和板AB间 BC为绳索 画受力图 注意 FK与FK FE与FE 间作用力与反作用力关系 还要注意 部分受力图中反力必须与整体受力图一致 未解除约束处的系统内力 不画出 例1 6连杆滑块机构如