工程力学01第一章绪论

工程力学EngineeringMechanics华中科技大学力学系

工程师的思维能力受益于力学的思维方式，工程师的实践能力依赖于深厚的力学基础。工程师不能“有术（专业）无力（力学）”第一章绪论一、什么是力学二、力学与工程五、最基本概念--力和运动四、学科分类三、力学课程与研究型思维一、什么是力学?是各技术工程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。所阐述的规律带有普遍性，是一门基础科学。直接服务于工程,又是一门技术科学。力学是研究物质机械运动规律的科学。墨子：“力，形之所以奋也”。（公元前4世纪）

力是物体为什么改变其状态的原因。

机械、结构等受力如何？如何运动？如何变形？破坏？如何控制设计？其目的是：

了解工程系统的性态并为其设计提供合理的规则工程力学（或者应用力学）是:将力学原理应用实际工程系统的科学。性态规则工程力学是各技术工程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。

二、力学与工程工程设计对象机械、结构、器件性能好重量轻成本低不懈的追求升力？空气动力？控制？减振降噪？安全？快速？舒适？力学与工程紧密结合。问题从工程中来，成果到工程中去。如何飞？例如气球飞艇飞机超音速航天飞机大型汽轮机转子结构的破坏：

轴叶轮

疲劳断裂破坏

转子轴疲劳开裂

疲劳断裂破坏叶片击穿厂房台南高屏大桥断裂2000年8月27日下午3时20分，台湾南部高屏大桥断裂，大桥中间下陷部分长达100米。17辆车坠河，22人受伤。采沙过度，河面沉降10余米，桥墩先断裂。2000年７月25日，法航协和式客机坠毁，113人死亡。地面铁条使轮胎爆裂，碎片侵入发动机。结构的破坏试验：汽车碰撞飞机整机结构强度实验机翼破坏实验机身结构强度实验上海东方电视塔高300m球径45m抗震模型试验（破坏部位、破坏形式、抗震能力）建筑物控制爆破三、力学课程与研究型思维研究型思维—创新之端力学课程--启迪研究型思维之最佳载体(之一)工程师的思维能力受益于力学的思维方式，工程师的实践能力依赖于深厚的力学基础。工程师不能“有术（专业）无力（力学）”力学是培养研究型思维的最佳载体力学悠久的历史，丰富的成果，永恒的活力,为人类社会的科技进步作出了重要的贡献。2000年，美国三十几个专业工程协会评出20世纪对人类影响最大的20项技术：电力系统技术：叶轮机效率1/3，省电费$3000亿。2.汽车制造技术：发动机效率1/3，省燃料$2000亿。力学的进步3.航空技术11.航天技术每一重大进展都与力学的新突破密切相关。力学有一大批伟大科学家，这些大家的实践与成就，是启迪我们的科学研究思维的无尽源泉。阿基米德、伽利略、牛顿、达朗贝尔、拉格朗日、拉普拉斯、欧拉、爱因斯坦周培源、郭永怀、钱学森、钱伟长、钱令希“善于从错综复杂的自然现象、科学实验结果和工程技术实践中抓住事物的本质，提炼成力学模型，采用合理的数学工具，分析掌握自然现象的规律，进而提出解决工程技术问题的方案，最后再和观察或实验结果反复校核直到接近为止的科学研究方法”。实践中形成了最适于启迪研究型思维课程任务基本概念、基本理论、基本方法研究型思维培养研究型思维，要注意什么？基础与技术科学双重属性物理、几何意义清晰走向技术领域的先导力学注重物理、几何意义的探究？力学分析问题完成任务答案背景？提法合理否？一般性/特殊性？物理意义？几何意义？结论随问题参数的变化？结论的正确性条件？假设、模型、方法的适用性及限制？四学科分类静力学：研究力系或物体的平衡问题，不涉及物体运动状态改变；如飞机停在地面或巡航。运动学：研究物体如何运动，不讨论运动与受力的关系；如飞行轨迹、速度、加速度。动力学：研究力与运动的关系。如何提供加速度？按运动与否分：返回主目录按研究对象分：一般力学：对象是刚体。研究力及其与运动的关系。有理论力学，分析力学等。流体力学：对象是气体和液体。有水力学、空气动力学等。固体力学：对象是可变形固体。研究强度、变形、破坏等。有材料力学、结构力学、弹性力学、塑性力学、断裂、疲劳等。

(理论分析、实验和数值计算)有实验力学、计算力学二个方面的分支。按研究手段分：

有飞行力学、船舶结构力学、岩土力学等。按应用领域分：返回主目录力学既要研究力，又要研究运动，还要将力和运动二者联系起来。力是物体间的相互作用。1.力：直接接触的物体，通过接触表面的相互作用。如物体间压力等。表面力分布作用在接触面上。表面力非直接接触物体间的相互作用。如物体重力、惯性力、电场力、磁场力等。体积力分布作用在物体整个体积内，与质量有关。体积力五最基本概念--力和运动返回主目录2.运动：是力(力系)作用的结果。有两种效应：物体空间位置随时间的变化。如飞机在空中飞行，复杂的运动。运动—（外效应）物体自身形状的局部畸变。如机翼、机身结构的变形。变形—（内效应）3.力与运动之关系的研究，属于动力学。是动力学基本方程。注意F、a是矢量。牛顿第二定律:物体运动状态的改变(dv/dt=a)与作用于其上的力成正比，并发生于该力的作用线上。力与变形之关系，是与材料有关的物理行为。4.力与固体的变形之关系的研究,属固体力学。特别地，若物体的运动状态不发生改变（a=0）,则称物体处于平衡。返回主目录提出问题，选择有关的研究系统。对系统进行抽象与简化，建立力学模型。利用力学原理进行分析、推理，得出结论与已知结论相比较，或由实验进行验证。确认或进一步改善模型，深化认识工程力学解决问题的一般方法，类似于一般科学研究的普遍方法，可归纳为：建立力学模型是最关键的。(需要知识和经验)模型包括材料性能、载荷、约束、几何形状等真实情况的理想化和简化。工程力学的一般研究方法返回主目录材料模型变形体模型刚体模型汽车通过轮胎作用在桥面上的集中力模型载荷模型桥面板作用在钢梁的分布力模型例如，研究工程构件（如杆、梁、轴等）时，先将其理想化为刚体，研究其上的受力和运动；建立力学模型是最关键的。(需要知识和经验)研究不同的问题，采用不同的模型。好的模型，既能使问题的求解简化，又能使结果基本符合实际情况，满足精度。若进一步考虑材料的塑性，可研究其弹—塑性行为。就会得到更进一步的启发。再将其视为变形体，并假定变形是弹性的，研究在载荷作用下构件的弹性变形；返回主目录(3)应用平衡条件解决工程中的各种问题。(2)平衡条件—建立物体处于平衡状态时，作用在其上各力组成的力系所应满足的条件。(1)受力分析—分析作用在物体上的各种力弄清被研究对象的受力情况。基本问题：返回主目录工程力学是工科学生由基础理论过渡到专业基础的一门技术基础课程。通过本课程的学习，要求学生掌握力、力偶、约束等基本概念和力系的简化/平衡等刚体静力学的基本理论与方法；了解材料的基本力学性能；掌握应力、应变等基本概念；具有杆件强度、刚度问题的基本分析和计算能力。在培养理论分析和实践能力的同时，以课程为载体，应努力注重培养学