eng0工程力学

1、1袁 健航空宇航学院航空宇航学院基础力学系基础力学系23.3. 工程力学的应用工程力学的应用2.2.工程力学的内容与学习目的工程力学的内容与学习目的1.1.工程力学工程力学研究对象研究对象4.4.教学教学要求等事宜要求等事宜3l刚体力学刚体力学1 1 工程工程力学研究对象力学研究对象 物体的物体的运动运动和和变形变形工程力学是研究物体机械运动的一般规律的科工程力学是研究物体机械运动的一般规律的科学。学。l变形体力学变形体力学研究研究本课程由两部分组成：本课程由两部分组成：刚体力学刚体力学和和变形体力学变形体力学。4工程力学的工程力学的局限性局限性 当物体运动速度接近光速时：当物体运动速度接近光

2、速时： 当物体的尺寸非常小当物体的尺寸非常小-微观粒子：微观粒子：相对论力学相对论力学量子力学量子力学必须指出：工程力学的理论对绝大多数工程问必须指出：工程力学的理论对绝大多数工程问题都是适用的。题都是适用的。1.1.低速低速2.2.宏观物体宏观物体52 2 工程力学的内容与学习目的工程力学的内容与学习目的n 工程力学又可细分为以下四部分：工程力学又可细分为以下四部分：静力学静力学运动学运动学动力学动力学研究物体在力系作用下的研究物体在力系作用下的平衡规律平衡规律。包括包括受力分析受力分析、力系的、力系的等效与简化等效与简化、力系的力系的平衡条件平衡条件。研究物体研究物体运动运动的的几何性质几

3、何性质，而不研究，而不研究引起物体运动的物理原因。引起物体运动的物理原因。研究物体的研究物体的运动运动与与作用力作用力之间的关系。之间的关系。材料力学材料力学 基本构件的内力与变形规律。基本构件的内力与变形规律。刚体力学刚体力学变形体力学变形体力学6n 工程力学的学习目的工程力学的学习目的l 为解决工程问题打基础为解决工程问题打基础l 为后续课程打基础为后续课程打基础 工程力学是一系列后续课程的重要基础。工程力学是一系列后续课程的重要基础。l 培养分析问题和解决问题的能力培养分析问题和解决问题的能力7n 刚体力学与物理中的力学的关系刚体力学与物理中的力学的关系l 刚体力学是物理中力学的刚体力学

4、是物理中力学的延续延续、加深加深、加宽加宽；l 刚体力学更注重与刚体力学更注重与工程实际工程实际相结合。相结合。物理中主要考虑物理中主要考虑质点质点；刚体力学中主要考虑刚体力学中主要考虑刚体刚体和和质点系质点系。8 由质点系质心运由质点系质心运动定理可以确定定动定理可以确定定向爆破时质心的初向爆破时质心的初速度。速度。3 3工程工程力学的应用力学的应用9 由质点系的动量定理可得由质点系的动量定理可得变质量物体的动力学方程。变质量物体的动力学方程。 火箭的运动由变质量动力火箭的运动由变质量动力学方程控制。学方程控制。10阻尼，吸震阻尼，吸震11采用反冲减小碰撞力采用反冲减小碰撞力12地对空导弹地

5、对空导弹 弹道学问题弹道学问题131415161718塔科玛（塔科玛（TacomaTacoma）悬桥）悬桥19 19401940年美国塔科玛（年美国塔科玛（TacomaTacoma）悬桥由于板边缘的）悬桥由于板边缘的旋涡引起颤振现象而倒塌。从那时起设计悬桥时旋涡引起颤振现象而倒塌。从那时起设计悬桥时考虑气动弹性耦合问题。颤振是一种自激振荡。考虑气动弹性耦合问题。颤振是一种自激振荡。 20214 4 教学要求等事宜教学要求等事宜工程力学工程力学是一门理论性较强的课程，是一门理论性较强的课程，要学好要学好工程力学工程力学必须要必须要下一些功夫下一些功夫。22n 按规定，缺交作业次数超过应交次数的按

6、规定，缺交作业次数超过应交次数的1/41/4时将被取消考试资格。时将被取消考试资格。n 成绩成绩平时作业平时作业 占占 30 30 ； 期末考试期末考试 占占 70 70 n 交作业交作业 一般情况下每单元结束一般情况下每单元结束 后交作业。后交作业。 232425第一章第一章1-11-1 静力学中的基本概念静力学中的基本概念1-21-2 静力学公理静力学公理1-31-3 约束和约束反力约束和约束反力1-41-4 研究对象和受力图研究对象和受力图261-11-1静力学中的概念静力学中的概念1 1 刚体的概念刚体的概念受力时受力时不变形不变形的物体的物体 刚体内任意两点之间刚体内任意两点之间的距

7、离保持不变。的距离保持不变。u 刚体是刚体是理想模型理想模型。u 能否作为能否作为刚体刚体取决于所研究问题的性质。取决于所研究问题的性质。u 本课程既研究刚体；又研究变形体。本课程既研究刚体；又研究变形体。272 2 平衡平衡是指物体相对于是指物体相对于惯性参考系惯性参考系保持保持静止静止或作或作匀速匀速直线运动直线运动的状态。的状态。 283 3 力力力是物体力是物体间间相互的机械作用。这种作用有相互的机械作用。这种作用有两种两种效应效应：使物体的使物体的运动状态运动状态或或/ /和和形状形状发生变化。发生变化。内效应内效应外效应外效应力的三要素：力的三要素：大小，方向，作用点。大小，方向，

8、作用点。l 力系力系有一定联系的有一定联系的一群力。一群力。是是力的集合，力的集合，空集空集是是零力系。零力系。29l 力系力系平衡力系平衡力系有一定联系的有一定联系的一群力。一群力。是是力的集合，力的集合，空集空集是是零力系。零力系。如果物体在一力系作用下保持平衡，如果物体在一力系作用下保持平衡，则称这个力系为则称这个力系为平衡力系平衡力系。等效力系等效力系 如果两个力系的作用效果完全相同，如果两个力系的作用效果完全相同，则称这两个力系为则称这两个力系为等效力系等效力系。合力合力如果如果一个力一个力与与一个力系一个力系，则这个力称为这个力系的则这个力称为这个力系的合力合力；而力系中的力称为此

9、合力的而力系中的力称为此合力的分力分力。30公理公理：是为反复的实践所证实的、而为人们所：是为反复的实践所证实的、而为人们所 公认的不需要证明的规律。公认的不需要证明的规律。1-2 1-2 静力学公理静力学公理31公理公理 1 二力平衡公理二力平衡公理作用于刚体上的作用于刚体上的两个力两个力，使刚体，使刚体平衡平衡的的充分必充分必要条件要条件是：这两个力的是：这两个力的大小相等大小相等、方向相反方向相反、作用在同一直线上作用在同一直线上。说明说明： 对对刚体刚体，上面的条件是，上面的条件是充充分必要条件分必要条件。对。对变形体变形体是是必必要条件要条件，而，而非非充分条件充分条件。32 二力构

10、件二力构件二力杆二力杆工程上，将工程上，将受两个力受两个力作用并作用并处于平衡处于平衡的物体的物体称为称为二力构件二力构件。在工程上，若在工程上，若二力构件二力构件是杆件，常简称为是杆件，常简称为二力二力杆杆。二力构件二力构件33在已知力系上在已知力系上加上加上或或减去减去任意一个任意一个平衡力系平衡力系，并并不改变不改变原力系对刚体的作用。原力系对刚体的作用。推论推论1 力的可传性原理力的可传性原理公理公理 2 加减平衡力系加减平衡力系公理公理作用于刚体上的力，可沿其作用线移到同一刚作用于刚体上的力，可沿其作用线移到同一刚体内的任一点，而不改变它对刚体的作用效应。体内的任一点，而不改变它对刚

11、体的作用效应。 对刚体，力的三要素为：对刚体，力的三要素为：大小大小, 方向方向, 作用线。作用线。证明：证明：AABFBAFBF2F2F13435所以，所以，力的可传性力的可传性原理原理只适用于只适用于刚体刚体。36A公理公理 3 力的平行四边形法则力的平行四边形法则作用于物体上作用于物体上同一点同一点的的两个力两个力可合成为一个可合成为一个合力合力，此合力也，此合力也作用于该点，合力的大小和方作用于该点，合力的大小和方向由以这两个力为边所构成的向由以这两个力为边所构成的平行四边形的对角线来表示。平行四边形的对角线来表示。21FFFRFRF2F1AFRF2F137作用于作用于刚体刚体上相互上

12、相互平衡平衡的的三个力三个力，若其中若其中两个力的作用线两个力的作用线汇交于一点汇交于一点，则此三力必在同一平面内，则此三力必在同一平面内，且且第三个力的作用线第三个力的作用线通过汇交点通过汇交点。推论推论2 2：三力平衡汇交定理：三力平衡汇交定理 38FR 设设 F1，F2 的作用线交于的作用线交于O点；点； 将将 F1，F2 沿作用线移至沿作用线移至O点；点；证明证明F3的作用线通过的作用线通过O O点。点。 F3 与与 FR 共线，共线， 且且FR与与F1 及及 F2共面，共面， F1，F2 和和 F3 共面。共面。证毕证毕 将将F1， F2 合成：合成： FR = F1 + F2 由二

13、力平衡公理，由二力平衡公理， F3 与与 FR 共线共线39公理公理4 4 作用力和反作用力定律作用力和反作用力定律即：即：、且且。作用力作用力与与反作用力反作用力总是总是同时存在同时存在，两力的，两力的大大小相等小相等，方向相反方向相反，沿着同一条直线沿着同一条直线，分别分别作用在作用在两个相互作用的物体上两个相互作用的物体上。通常用通常用 F F ，F F 表示作用力与反作用力关系。表示作用力与反作用力关系。40公理公理5 5 刚化原理刚化原理 变形体在某一力系作用下处于变形体在某一力系作用下处于平衡平衡时，如将时，如将此此变形体变形体刚化为刚化为刚体刚体，则，则平衡状态平衡状态保持不变保持不变。F F1 1F F2 2 钢丝钢丝F F1 1F F2 2变形后平衡变形后平衡刚化为刚体刚化为刚体, ,仍平衡仍平衡即即: : 在在某一力系作用下，某一力系作用下，变形体变形体平衡平衡刚体刚