工程力学 全套课件

出版社工程力学〔少学时〕主编周建波副主编郭磊魁武昭晖绪论第1篇静力学第1章静力学的根本概念和物体的受力分析1.1静力学的根本概念1.2静力学的根本公理1.3约束与约束反力1.4隔离体与受力图目录第2章平面力系2.1工程中的平面一般力系问题2.2力在坐标轴上的投影2.3力矩与平面力偶理论2.4力的平移定理2.5平面力系向一点的简化2.6平面一般力系的平衡方程及其应用2.7物体系统的平衡静定与超静定问题2.8考虑摩擦时物体系统的平衡问题第3章空间力系3.1力在空间直角坐标轴上的投影3.2力对轴之矩合力矩定理3.3空间力系的平衡方程及其应用3.4重心第2篇材料力学第4章轴向拉伸与压缩4.1轴向拉伸与压缩的根本概念4.2轴向拉伸与压缩的内力4.3轴向拉伸与压缩时横截面上的应力4.4轴向拉伸与压缩时的变形4.5材料在轴向拉伸与压缩时的力学性能4.6许用应力与强度条件4.7拉压超静定问题简介4.8应力集中的概念第5章剪切与挤压5.1剪切与剪切的实用计算5.2挤压与挤压的实用计算第6章圆轴扭转6.1圆轴扭转的概念与实例6.2外力偶矩的计算扭矩与扭矩图6.3圆轴扭转时横截面上的应力与强度条件6.4圆轴扭转时的变形与刚度条件第7章梁的平面弯曲内力7.1平面弯曲的概念与实例7.2梁的载荷与支反力7.3剪力与弯矩7.4剪力、弯矩方程与剪力、弯矩图7.5剪力、弯矩与载荷集度间的微分关系第8章梁的平面弯曲应力、变形与强度、刚度计算8.1平面弯曲正应力8.2惯性矩与平行移轴公式8.3弯曲剪应力简介8.4梁的强度条件8.5平面弯曲变形的概念8.6计算梁变形的积分法与叠加法8.7梁的刚度条件8.8简单超静定梁8.9提高梁强度和刚度的主要措施第9章应力状态与强度理论9.1应力状态的概念9.2平面应力状态的应力分析9.3应力圆、极值应力与主应力9.4强度理论第10章组合变形时杆件的强度计算10.1弯拉(压)组合强度计算10.2弯扭组合强度计算第11章压杆稳定问题11.1稳定性概念11.2细长压杆临界载荷的欧拉公式11.3欧拉公式的适用范围中小柔度杆临界应力的经验公式11.4压杆的稳定条件第3篇运动学与动力学第12章点的运动12.1描述点的运动的方法12.2点的速度和加速度12.3求点的速度和加速度的直角坐标法12.4求点的速度和加速度的自然坐标法第13章刚体的根本运动13.1刚体的平动13.2刚体的定轴转动13.3定轴转动刚体上各点的速度和加速度第14章点的合成运动14.1点的合成运动的概念14.2点的速度合成定理第15章刚体的平面运动15.1刚体平面运动的简化15.2平面图形上各点速度的求法第16章质点运动微分方程16.1质点动力学根本方程16.2质点运动微分方程及其应用16.3质心运动定理16.4惯性力和质点的达朗伯原理16.5刚体定轴转动微分方程16.6动能定理(1)本书主要构成(2)主要内容(3)研究模型图0.1图0.2绪论图0.3图0.4图0.5图0.6图0.7图0.81.1静力学的根本概念1.1.1矢量法力作用于物体将产生两种效果，一种是使物体的机械运动状态发生变化，称为力的第1篇静力学第1章静力学的根本概念和物体的受力分析

外效应；另一种是使物体产生变形，称为力的内效应。力是物体间的相互作用，这种作用使物体的机械运动状态发生变化，或者使物体发生变形。图1.1

1.1.2刚体的概念1.1.3平衡的概念1.2静力学的根本公理公理一二力平衡公理作用于刚体上的两个力平衡的必要和充分条件是：这两个力大小相等，指向相反，并作用于同一直线上。公理二加减平衡力系公理在作用于刚体上的任何一个力系上，加上或减去任一平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用效应。图1.2图1.3推论力的可传性原理作用于刚体上的力，可以沿其作用线移至刚体内任意一点，而不改变它对刚体的作用效应。公理三力的平行四边形法那么作用于物体上同一点的两个力，可以合成为一个合力。合力的作用点仍在该点，合力的大小和方向由这两个力为边构成的平行四边形的对角线来确定，如图1.5所示。图1.4图1.5推论三力平衡汇交定理刚体受不平行的三力作用而平衡时，这三力的作用线必汇交于一点且位于同一平面内(如图1.8)。图1.6公理四作用与反作用定律两物体间相互作用的力，总是大小相等、方向相反，作用线相同，同时分别作用在这两个物体上。图1.8图1.71.3约束与约束反力1.3.1柔性体约束1.3.2光滑面约束图1.9图1.10图1.11图1.121.3.3圆柱铰链约束(1)固定铰支座(2)辊轴支座(3)中间铰链图1.131.3.4光滑球形铰链约束图1.14图1.151.3.5轴承约束1)向心轴承。2)向心推力轴承。图1.16图1.171.4隔离体与受力图图1.18图1.19图1.202.1工程中的平面一般力系问题第2章平面力系图2.12.2力在坐标轴上的投影2.2.1力在坐标轴上的投影图2.2图2.32.2.2合力投影定理图2.4图2.5图2.6平面汇交力系合成的结果是一个合力，其大小和方向由力多边形的封闭边来表示，其作用线通过各力的汇交点，即合力等于各分力的矢量和。2.3力矩与平面力偶理论2.3.1力对点之矩2.3.2力偶及其性质图2.7图2.8图2.9图2.11图2.102.3.3平面力偶系的合成与平衡图2.12图2.13图2.14图2.15图2.162.4力的平移定理由此得到以下结论：作用于刚体上的力在其作用线平面内可以平行移动到平面内的任意一点，为了保证该力对刚体的作用效应不变，需要附加一个力偶，附加力偶的力偶矩在数值上等于原力对平移点之矩。此即为力向一点平移定理。图2.172.5.2简化结果的讨论图2.182.5.2简化结果的讨论图2.19图2.202.6平面一般力系的平衡方程及其应用2.6.1平面一般力系的平衡方程物体相对于地面保持静止或做匀速直线运图2.21

动的状态，只有当平面力系的主矢和对任意一点的主矩同时为零时候，力系既不能使物体发生移动也不能使物体发生转动，此时物体处于平衡状态。因此平面一般力系的平衡条件可以写成

由此得到平面一般力系的解析条件是：力系中各力在两个任选的坐标轴中每一个轴

上的投影的代数和分别等于零，各力对于平面内任意一点之矩的代数和也等于零。(2.15)式称为平面一般力系的平衡方程。图2.22图2.23图2.24图2.252.6.2平面汇交力系的平衡方程图2.26图2.272.6.3平面平行力系的平衡方程图2.282.7物体系统的平衡静定与超静定问题2.7.1静定与超静定的概念2.7.2物体系统的平衡系统如果整体是平衡的，那么组成系统的每一个局部以及每一个刚体也必然处于平衡状态。图2.29图2.30图2.31图2.312.8考虑摩擦时物体系统的平衡问题2.8.1滑动摩擦2.8.2摩擦角与自锁现象2.8.3考虑摩擦时物体的平衡问题图2.34图2.35图2.362.8.4滚动摩擦滚动摩擦力偶矩的最大值mmax与法向反力成正比即图2.37图2.383.1力在空间直角坐标轴上的投影3.1.1直接投影法第3章空间力系图3.1图3.23.1.2二次投影法图3.3图3.43.1.3合力投影定理3.2力对轴之矩合力矩定理3.2.1力对轴之矩图3.53.2.2合力矩定理图3.63.3空间力系的平衡方程及其应用图3.7图3.8图3.9图3.10图3.11图3.12正文图3.13图3.143.4重心3.4.1重心的概念3.4.2重心坐标公式(1)重心坐标的一般公式图3.15(2)均质物体的重心坐标公式(3)均质薄板的重心3.4.3确定物体重心的方法(1)对称性法(2)分割法图3.16图3.17正文图3.18图3.19图3.20图3.21(4)实验方法(a)悬挂法(b)称重法4.1轴向拉伸与压缩的根本概念第2篇材料力学第4章轴向拉伸与压缩图4.1

4.2轴向拉伸与压缩的内力4.2.1内力与截面法4.2.2轴力与轴力图图4.2

图4.3正文图4.4图4.54.3轴向拉伸与压缩时横截面上的应力4.3.1应力的概念4.3.2横截面上的应力计算图4.64.4轴向拉伸与压缩时的变形4.4.1轴向变形与胡克定律图4.7图4.84.4.2横向变形与泊松比图4.9图4.104.5材料在轴向拉伸与压缩时的力学性能4.5.1拉伸试验低碳钢在拉伸时的力学性能图4.11图4.124.5.3其他材料在拉伸时的力学性能图4.13图4.14图4.15图4.16图4.174.6许用应力与强度条件4.6.1极限应力许用应力平安系数4.6.2强度条件4.6.3三类强度计算问题图4.184.7拉压超静定问题简介4.7.1超静定的概念及其解法图4.19图4.20正文图4.21图4.22图4.234.7.2温度应力和剩余应力介绍4.8应力集中的概念图4.24图4.255.1剪切与剪切的实用计算第5章剪切与挤压图5.1图5.2图5.35.2挤压与挤压的实用计算图5.4图5.5图5.6

图5.7(1)拉伸强度计算和校核(2)剪切强度计算和校核(3)挤压强度计算和校核图5.8图5.96.1圆轴扭转的概念与实例第6章圆轴扭转图6.1图6.26.2外力偶矩的计算扭矩与扭矩图6.2.1外力偶矩的计算6.2.2扭矩与扭矩图图6.3正文图6.4图6.5正文图6.66.3圆轴扭转时横截面上的应力与强度条件6.3.1切应力互等定理剪切虎克定律两个互相垂直的截面上在相交处的切应力成对存在，且大小相等、符号相反。图6.76.3.2圆轴扭转时的横截面上的切应力图6.86.3.3极惯性矩与抗扭截面模量的计算图6.96.3.4圆轴扭转时的强度条件图6.10图6.11图6.12图6.136.4圆轴扭转时的变形与刚度条件6.4.1圆轴扭转时的变形图6.146.4.2圆轴扭转时的刚度条件7.1平面弯曲的概念与实例第7章梁的平面弯曲内力图7.1正文图7.2图7.3图7.47.2梁的载荷与支反力7.2.1梁的载荷(1)集中载荷(2)集中力偶(3)分布载荷7.2.2支座形式与支反力7.2.3梁的类型(1)简支梁(2)外伸梁(3)悬臂梁图7.5图7.67.3剪力与弯矩图7.7图7.8图7.9

图7.10图7.117.4剪力、弯矩方程与剪力、弯矩图7.4.1剪力、弯矩方程7.4.2剪力、弯矩图图7.12图7.13正文图7.14图7.157.5剪力、弯矩与载荷集度间的微分关系7.5.1剪力、弯矩与载荷集度间的微分关系正文图7.167.5.2利用剪力、弯矩与载荷集度间的微分关系绘制剪力、弯矩图图7.178.1平面弯曲正应力8.1.1纯弯曲试验与根本假设8.1.2弯曲正应力一般公式(1)几何变形关系第8章梁的平面弯曲应力、变形与强度、刚度计算图8.1图8.2(2)物理关系(3)静力学关系图8.38.2惯性矩与平行移轴公式8.2.1简单截面的惯性矩(1)矩形截面的惯性矩(2)圆形截面与圆环形截面的惯性矩图8.4

图8.58.2.2组合截面的惯性矩8.2.3平行移轴公式图8.6图8.7图8.88.3弯曲剪应力简介8.3.1矩形截面梁横截面上的剪应力8.3.2其他常见典型截面梁的最大剪应力公式(1)工字形截面梁的最大剪应力公式图8.10(2)圆形截面梁的最大剪应力公式(3)圆环形截面梁的最大剪应力公式8.4梁的强度条件8.4.1弯曲正应力强度条件8.4.2弯曲剪应力强度条件图8.11图8.12图8.13图8.148.5平面弯曲变形的概念(1)挠度(2)转角(3)挠度与转角的关系图8.15图8.16图8.178.6计算梁变形的积分法与叠加法8.6.1挠曲线近似微分方程图8.188.6.2计算梁变形的积分法图8.19图8.20图8.218.6.3计算梁变形的叠加法图8.22图8.238.7梁的刚度条件8.8简单超静定梁8.8.1超静定梁的概念图8.24图8.25图8.268.9提高梁强度和刚度的主要措施8.9.1减小最大弯矩值(1)合理布置载荷(2)合理安置支座图8.27图8.28图8.298.9.2选择合理的截面形状图8.308.9.3采用等强度梁图8.319.1应力状态的概念第9章应力状态与强度理论图9.1图9.29.2平面应力状态的应力分析9.2.1斜截面的应力9.2.2极值应力及主平面(1)主平面、极值正应力(2)极值切应力9.2.3应力圆的绘制及应用(1)应力圆的概念(2)应力圆的绘制(3)应力圆的应用a.利用应力圆确定任意斜截面上的应力b.利用应力圆确定主应力的数值及主平面的方位c.利用应力圆确定极值切应力及其作用面的方位图9.3图9.49.3应力圆、极值应力与主应力9.3.1斜截面的应力图9.59.3.2极值应力9.4强度理论9.4.1强度理论的概念9.4.2四种常见的强度理论(1)最大拉应力理论(第一强度理论)(2)最大伸长线应变理论(第二强度理论)(3)最大切应力理论(第三强度理论)(4)均方根切应力理论(第四强度理论)四种常见强度理论应用(1)相当应力(2)选用强度理论的原那么(3)应用强度理论解决实际问题的步骤a.分析受力构件危险点的应力；b.确定主应力σ1、σ2、σ3；c.选用适当的强度理论，计算相当应力σr；d.应用强度条件σr≤［σ］进行强度计算。第10章组合变形时杆件的强度计算图10.110.1弯拉(压)组合强度计算图10.2图10.3图10.410.2弯扭组合强度计算(1)按第三强度理论计算(2)按第四强度理论计算图10.5图10.6图10.7图10.7图10.8图10.811.1稳定性概念第11章压杆稳定问题图11.1图11.2图11.3图11.411.2细长压杆临界载荷的欧拉公式11.2.1两端铰支细长压杆的临界载荷其他细长压杆的临界载荷11.3欧拉公式的适用范围中小柔度杆临界应力的经验公式临界应力与柔度欧拉公式的适用范围11.3.3中小柔度杆的临界应力图11.5图11.6图11.7图11.811.4压杆的稳定条件图11.9图11.10图11.1112.1描述点的运动的方法12.1.1矢量法第3篇运动学与动力学第12章点的运动图12.1直角坐标法12.1.3自然坐标法12.2点的速度和加速度点的速度图12.2图12.3点的加速度图12.412.3求点的速度和加速度的直角坐标法12.4求点的速度和加速度的自然坐标法自然坐标轴系用自然坐标法求点的速度图12.5用自然坐标法求点的加速度图12.7图12.8图12.913.1刚体的平动第13章刚体的根本运动图13.1图13.213.2刚体的定轴转动刚体的转动方程角速度图13.3角加速度13.3定轴转动刚体上各点的速度和加速度图13.4图13.5图13.6图13.7图13.814.1点的合成运动的概念第14章点的合成运动图14.1图14.214.2点的速度合成定理绝对速度、相对速度和牵连速度图14.3图14.4图14.5图14.615.1刚体平面运动的简化刚体平面运动的简化第15章刚体的平面运动图15.1刚体平面运动可分解为平动和转动速度合成法(基点法)图15.2图15.3图15.4图15.5速度投影法图15.7图15.615.2.3速度瞬心法图15.8图15.9图15.10图15.11图15.12图15.13图15.14