《工程力学》教学课件合集

《工程力学》✩精品课件合集静力学基础

第1章

1-1-1刚体的概念

1-1-2力的性质

性质1

力对物体的作用效应取决于力的三要素。

应当指出的是，力的可传性只适用于同一刚体，即只有在研究同一刚体的平衡或运动时才是正确的。

§1-1

静力学的基本概念

§1-1

静力学的基本概念

性质2两个物体间的作用力与反作用力，总是大小相等，作用线相同，指向相反，分别作用在两个不同的物体上。

这个性质指出，力总是成对出现的，有作用力必有一反作用力，这是分析物体之间相互作用力的一条重要规律。

§1-1

静力学的基本概念

§1-1

静力学的基本概念

1-1-3平衡的概念

1.二力平衡原理

作用于刚体上的两个力，使刚体处于平衡状态的充分和必要条件是：此两力的大小相等，方向相反，作用线沿同一直线（简称等值、反向、共线）。

2.加减平衡力系原理

在作用于刚体的已知力系中，增加或减去任意一平衡力系后所构成的新力系与原力系等效。

§1-1

静力学的基本概念

§1-1

静力学的基本概念

1-2-1力在直角坐标轴上的投影

1-2-2平面汇交力系合成的解析法

凡力系中各力作用线在同一平面且汇交于一点者称为平面汇交力系。

§1-2平面汇交力系合成的解析计算

§1-2平面汇交力系合成的解析计算

§1-2平面汇交力系合成的解析计算

§1-2平面汇交力系合成的解析计算

1-3-1

力矩的概念

人们在实践中知道，力除了能使物体移动外，还能使物体产生绕某一点的转动。力使物体绕某一点的转动效果，不仅与力的大小有关，还与力的作用线到这点的垂直距离有关。

§1-3力矩

§1-3力矩

§1-3力矩

§1-3力矩

1-3-2合力矩定理

按照合力的定义，一个力与一个力系等效，则称此力为该力系的合力，该力系中的各力相应地称为分力。显然，各分力绕矩心

O

的转动作用之和必然与合力对同点

O

的转动作用等效，所以，力系有一合力时，合力对某点之矩，等于各分力对同点之矩的代数和。

§1-3力矩

1-4-1力偶和力偶矩

1.力偶的概念

在日常生活和生产实践中，我们经常会见到两个大小相等的反向平行力作用于物体的情形。例如，汽车司机用双手转动方向盘，钳工用丝锥攻螺纹，以及人们用手指拧水龙头或用钥匙开锁，等等，如图

1-13

所示。

§1-4力偶

§1-4力偶3.力偶的三要素

力偶对刚体的转动效应取决于力偶矩的大小、力偶的转向和力偶作用平面的方位，这三者称为力偶的三要素。三要素中的任何一个发生了改变，力偶对刚体的转动效应就会改变。若两个力偶的三要素相同，则这两个力偶彼此等效。

§1-4力偶

1-4-2力偶的性质

性质1力偶在任何坐标轴上的投影为零。

性质2力偶对刚体的作用效应取决于力偶的三要素，而与作用位置无关。

推论（1）力偶可以在作用面及平行于作用面的平面内任意搬移，而不会改变对刚体的转动效应。

推论（2）只要保持力偶矩不变，可以任意改变力的大小和方向及力偶臂的长短，而不会改变力偶对刚体的转动效应，如图1-15所示。

§1-4力偶

§1-4力偶

1-4-3平面力偶系的合成

作用在刚体上同一平面内的若干个力偶所组成的系统，称为平面力偶系。

§1-4力偶定理作用在刚体上某点的力

F，可平移到刚体内的任意一指定点，但必须同时附加一个力偶，其附加力偶矩等于原力对指定点之矩。

§1-5力的平移定理

1-6-1约束的概念

1.约束

2.约束反力

3.约束反力的方向

于是，物体的受力可以分为两类，即主动力和约束反力，能主动地使物体运动或有运动趋势的力，称为主动力或载荷。例如，物体的重力，结构承受的风力、水压力、机械零件所受的载荷等。它们的特点是其大小可以独立地测定。一般情况下，约束反力是由主动力引起的，所以它是一种被动力。

§1-6约束与约束反力

1-6-2常见的约束类型及其约束反力的特点

1.柔索

2.光滑接触面

3.光滑圆柱形铰链

4.辊轴铰链支座

5.固定端

以上只介绍了几种常见的约束类型，但是在工程实际中连接部位的连接方式是复杂的，必须根据问题的性质将实际约束抽象为上述相应的典型约束。

§1-6约束与约束反力

§1-7物体的受力分析与受力图

§1-7物体的受力分析与受力图谢谢您的耐心聆听specialreportandworksummary《工程力学》✩精品课件合集平面力系的简化与平衡

第2章

力系中各力的作用线在同一平面内，该力系称为平面力系。平面力系按各力作用线分布的情况不同，可分为平面任意力系、平面汇交力系和平面平行力系。其中，当各力的作用线不全汇交于一点，也不全平行的力系称为平面任意力系。这是在工程实践中最常见的一种力系。如图

2-1（a）所示的悬臂吊车的受力，图

2-1（b）所示的曲柄滑块机构的受力和图

2-1（c）所示的汽车的受力等。其所受各力都在同一平面内或可简化到某一对称平面内，如图

2-1（d）所示。这些均是物体受平面任意力系作用的工程实例。平面汇交力系和平面平行力系作为平面任意力系的特殊形式将在后面介绍。

2-1-1平面任意力系向一点简化

§2-1平面任意力系的简化

2-1-2平面任意力系简化的最后结果

§2-1平面任意力系的简化

§2-2平面力系的平衡方程及其应用

§2-2平面力系的平衡方程及其应用

§2-2平面力系的平衡方程及其应用

§2-2平面力系的平衡方程及其应用

§2-2平面力系的平衡方程及其应用

§2-2平面力系的平衡方程及其应用

2-3-1静定和静不定问题的概念

对每一种力系的平衡问题来说，如果未知量数目少于或等于力系独立的平衡方程的数目，则全部未知量都可以由平衡方程求出，这样的问题称为静定问题。显然，前面列举的例题都是静定问题。

§2-3物体系统的平衡问题

§2-3物体系统的平衡问题

2-3-2物体系统的平衡问题

工程机械和结构中，凡是由两个或两个以上的构件通过相互约束而组成的系统，称为物体系统，简称物系。在这类平衡问题中，不仅要研究外界物体对该系统的作用，同时还要分析系统内部各物体之间相互的作用。系统外物体对系统的作用力，称为外力；系统内部各物体之间相互作用的力，称为内力。

§2-3物体系统的平衡问题

2-4-1滑动摩擦

我们把两物体接触表面间有相对滑动趋势或相对滑动时，彼此产生的阻碍相动滑动的力，称为滑动摩擦力。

§2-4考虑摩擦时的平衡问题

1.静摩擦力

2.最大静摩擦力

3.动摩擦力

§2-4考虑摩擦时的平衡问题

§2-4考虑摩擦时的平衡问题2-4-2摩擦角与自锁条件

1.摩擦角

2.自锁条件

3.摩擦角的应用实例

§2-4考虑摩擦时的平衡问题

§2-4考虑摩擦时的平衡问题2-4-3

考虑滑动摩擦时的平衡问题

§2-4考虑摩擦时的平衡问题

§2-4考虑摩擦时的平衡问题

§2-4考虑摩擦时的平衡问题

2-4-4滚动摩擦的概念

沉重物体直接放在地面上是很难推动的，如果在重物下面垫上一排辊轴，如图2-21（a）所示，就容易推动了。又如机械轴在轴承中转动，用滚动轴承要比滑动轴承更轻快、更省力，如图

2-21（b）所示。这说明用滚动代替滑动，遇到的阻力要小得多。

§2-4考虑摩擦时的平衡问题

§2-4考虑摩擦时的平衡问题谢谢您的耐心聆听specialreportandworksummary《工程力学》✩精品课件合集空间力系

第3章3-1-1直接投影法

3-1-2二次投影法

§3-1力在空间直角坐标轴上的投影

§3-2力对轴之矩

§3-2力对轴之矩

§3-3空间力系的平衡方程及其应用

§3-3空间力系的平衡方程及其应用

§3-3空间力系的平衡方程及其应用

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第4章4-1-1强度

构件抵抗破坏的能力称为强度。

4-1-2刚度

构件抵抗变形的能力称为刚度。

§4-1材料力学的任务

4-1-3稳定性

构件保持原有平衡形式的能力称为稳定性。

§4-1材料力学的任务

制作各种构件的材料一般均为固体。由于在外力作用下固体将发生变形，因此称为变形固体。实验证明，当外力不超过一定的范围时，绝大多数变形固体在去除外力后均可恢复原状，这种性质称为弹性。去除外力后能够消失的变形称为弹性变形。但当外力过大时，在外力去除后，变形只能部分地恢复而残留下一部分不能消失的变形，这种性质称为塑性。不能消失而残留下来的变形称为塑性变形（或称为残余变形、永久变形）。

§4-2变形固体及其基本假设

4-3-1轴向拉伸与压缩

§4-3杆件变形的基本形式

4-3-2剪切

4-3-3扭转

4-3-4弯曲

§4-3杆件变形的基本形式4-4-1内力的概念

材料力学中的内力是指在外力作用下，杆件内部各部分之间相互作用力的改变量，称为“附加内力”，简称“内力”。

4-4-2截面法

上述用截面假想地把杆件分成两部分，以显示并确定内力的方法称为截面法。

§4-4内力截面法

4-5-1应力的概念

分布内力在截面上某一点处的集度称为应力。

§4-5应力、应变及其相互关系

4-5-2应变的概念

反映杆件的尺寸和几何形状的改变，统称之为变形。

1.线应变

2.切应变

§4-5应力、应变及其相互关系4-5-3胡克定律

§4-5应力、应变及其相互关系谢谢您的耐心聆听specialreportandworksummary《工程力学》✩精品课件合集轴向拉伸与压缩

第5章

5-1-1轴力

1.计算AB段杆的轴力

2.计算BC段杆的轴力

§5-1轴向拉伸（或压缩）时的内力计算

§5-1轴向拉伸（或压缩）时的内力计算

5-1-2

轴力图

这样绘出的轴力随横截面位置变化的函数图线，称为轴力图。

§5-1轴向拉伸（或压缩）时的内力计算

§5-1轴向拉伸（或压缩）时的内力计算

5-2-1轴向拉（压）杆横截面上的应力分析

5-2-2轴向拉（压）杆斜截面上的应力分析

§5-2轴向拉（压）杆的应力分析

§5-2轴向拉（压）杆的应力分析

§5-3轴向拉（压）杆的变形与位移计算

§5-3轴向拉（压）杆的变形与位移计算

§5-3轴向拉（压）杆的变形与位移计算5-4-1求解静不定问题的基本方法

5-4-2静不定结构的特性

1.内力的分配与各杆的刚度有关

2.装配应力

3.温度应力

*§5-4轴向拉（压）杆的静不定问题

*§5-4轴向拉（压）杆的静不定问题

5-5-1

拉伸时材料的力学性能

§5-5材料拉伸和压缩时的力学性能

1.弹性阶段

2.屈服阶段

3.强化阶段

4.颈缩断裂阶段

§5-5材料拉伸和压缩时的力学性能

§5-5材料拉伸和压缩时的力学性能5-5-2材料的塑性指标和强度指标

1.塑性指标

2.强度指标

5-5-3压缩时材料的力学性能

§5-5材料拉伸和压缩时的力学性能

§5-5材料拉伸和压缩时的力学性能5-6-1许用应力与安全因数

5-6-2轴向拉（压）杆的强度条件

1.强度校核

2.选择截面

3.确定许可载荷

§5-6轴向拉（压）杆的强度计算

§5-6轴向拉（压）杆的强度计算因杆件外形突然变化而引起局部应力急剧增大的现象，称为应力集中。

*§5-7应力集中的概念

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第6章

工程中用于连接的各种零件，例如，铆钉如图6-1（a）所示，键如图6-2（a）所示等，这些零件主要都承受剪切和挤压。

§6-1剪切和挤压的基本概念

§6-1剪切和挤压的基本概念

6-2-1剪切的实用计算

6-2-2挤压的实用计算

仍以铆钉连接为例。铆钉与被连接的钢板在一个半圆柱面上互相接触，产生挤压，因而在二者接触面的附近区域内产生较大的接触应力，称为挤压应力。

§6-2剪切和挤压的实用计算

§6-2剪切和挤压的实用计算

§6-2剪切和挤压的实用计算

§6-2剪切和挤压的实用计算

§6-2剪切和挤压的实用计算

§6-2剪切和挤压的实用计算

§6-2剪切和挤压的实用计算

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第7章7-1-1扭转时外力偶矩的计算

7-1-2扭矩

受扭圆轴任意横截面上的扭矩等于该截面一侧（左侧或右侧）所有扭转外力偶矩的代数和。

7-1-3扭矩图

为了显示整个轴上各截面扭矩的大小和正负，以便分析危险截面，通常把扭矩随横截面位置变化的函数图线，称为扭矩图。

§7-1圆轴扭转时的内力计算

§7-1圆轴扭转时的内力计算

§7-1圆轴扭转时的内力计算

§7-1圆轴扭转时的内力计算

§7-1圆轴扭转时的内力计算

7-2-1圆轴扭转时横截面上的应力

1.由实验观察分析变形规律

2.切应力分布规律

3.切应力计算公式

7-2-2圆轴扭转时的变形与位移计算

§7-2圆轴扭转时的应力及变形与位移计算

§7-2圆轴扭转时的应力及变形与位移计算

§7-2圆轴扭转时的应力及变形与位移计算

§7-2圆轴扭转时的应力及变形与位移计算

§7-2圆轴扭转时的应力及变形与位移计算

7-3-1圆轴扭转时的强度条件

7-3-2圆轴扭转时的刚度条件

§7-3圆轴扭转时的强度和刚度计算

§7-3圆轴扭转时的强度和刚度计算

§7-3圆轴扭转时的强度和刚度计算

§7-3圆轴扭转时的强度和刚度计算

§7-3圆轴扭转时的强度和刚度计算

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第8章8-1-1剪力和弯矩

计算剪力和弯矩的一般规律：梁内任意横截面上的剪力等于该截面一侧（左侧或右侧）所有横向外力的代数和；梁内任意横截面上的弯矩等于该截面一侧（左侧或右侧）所有外力对截面形心力矩的代数和。

§8-1平面弯曲时的内力计算

§8-1平面弯曲时的内力计算

§8-1平面弯曲时的内力计算

§8-1平面弯曲时的内力计算

§8-1平面弯曲时的内力计算

8-1-2剪力图和弯矩图

§8-1平面弯曲时的内力计算

§8-1平面弯曲时的内力计算

§8-1平面弯曲时的内力计算

8-1-3弯矩、剪力与载荷集度间的关系

§8-1平面弯曲时的内力计算

8-2-1纯弯曲梁横截面上的正应力

1.实验观察分析变形规律

2.正应力分布规律

3.正应力计算公式

§8-2平面弯曲时的正应力

§8-2平面弯曲时的正应力

8-2-2纯弯曲正应力公式的推广和应用

§8-2平面弯曲时的正应力

§8-2平面弯曲时的正应力

§8-3弯曲时的切应力简介

§8-3弯曲时的切应力简介

§8-4梁的弯曲强度计算

§8-4梁的弯曲强度计算

§8-4梁的弯曲强度计算

§8-4梁的弯曲强度计算

§8-4梁的弯曲强度计算

8-5-1降低最大弯矩值

1.合理布置支座

2.合理布置载荷

§8-5提高梁弯曲强度的主要措施

§8-5提高梁弯曲强度的主要措施

8-5-2

选择合理的截面形状

§8-5提高梁弯曲强度的主要措施

8-6-1梁的弯曲变形概述

8-6-2梁的挠曲线近似微分方程

8-6-3用积分法求梁的位移

8-6-4用叠加法求梁的位移

8-6-5梁的刚度条件及其应用

8-6-6提高梁弯曲刚度的措施

§8-6梁的弯曲变形与位移计算

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第9章在工程实际中，有许多构件在外力作用下将产生两种或两种以上的基本变形，这类变形称为组合变形。

本章主要介绍工程中常见的两种组合变形，即轴向拉伸（或压缩）与弯曲组合、弯曲与扭转组合时构件的强度计算。至于其他形式的组合变形，可用同样的方法进行研究。

§9-1组合变形的概述

§9-1组合变形的概述

9-2-1外力分析

9-2-2内力分析

9-2-3应力分析

9-2-4强度条件

§9-2弯曲与拉伸（压缩）组合变形时的强度计算

§9-2弯曲与拉伸（压缩）组合变形时的强度计算

§9-2弯曲与拉伸（压缩）组合变形时的强度计算

§9-2弯曲与拉伸（压缩）组合变形时的强度计算9-3-1外力分析

9-3-2内力分析

9-3-3应力分析

§9-3弯曲与扭转组合时的应力分析

9-4-1点的应力状态描述及其分类

1.单向应力状态

2.二向应力状态

3.三向应力状态

§9-4应力状态分析

§9-4应力状态分析9-4-2平面应力状态分析

1.任意斜截面上的应力

2.主应力和主平面

3.最大切应力

§9-4应力状态分析

§9-4应力状态分析

§9-4应力状态分析

§9-4应力状态分析9-5-1强度理论的概念

9-5-2几种常见的强度理论

1.最大拉应力理论

2.最大切应力理论

3.形状改变比能理论

4.莫尔强度理论

§9-5强度理论

9-5-3强度理论的应用

§9-5强度理论

§9-5强度理论

§9-6弯曲与扭转组合变形时的强度计算

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第10章10-1-1压杆失稳的概念

受压直杆由于不能保持原有的直线形状而发生突然弯曲的现象，称为压杆丧失稳定性，简称失稳。

§10-1压杆稳定性的概念

§10-1压杆稳定性的概念

10-1-2压杆的临界力

§10-1压杆稳定性的概念

§10-2细长压杆的临界力

10-3-1临界应力

10-3-2欧拉公式的适用范围

10-3-3临界应力的经验公式

§10-3压杆的临界应力

§10-3压杆的临界应力

§10-3压杆的临界应力

§10-3压杆的临界应力

§10-3压杆的临界应力

§10-4压杆的稳定计算

§10-4压杆的稳定计算

10-5-1合理选用材料

10-5-2减小压杆的计算长度

10-5-3选择合理的截面形状

§10-5提高压杆稳定性的措施

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第11章11-1-1交变应力

11-1-2交变应力的循环特性

1.对称循环

2.脉动循环

§11-1交变应力的概念

§11-1交变应力的概念

11-2-1疲劳失效的特点

11-2-2疲劳失效的原因

§11-2疲劳失效的特点与原因

11-3-1材料的疲劳极限

11-3-2影响构件疲劳极限的主要因素

1.构件外形的影响

2.构件尺寸的影响

3.构件表面加工质量的影响

§11-3构件的疲劳极限及其影响因素

11-4-1合理设计构件外形

11-4-2提高构件表面加工精度

11-4-3提高构件表面层材料的强度

§11-4提高构件疲劳强度的措施

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第12章12-1-1用自然坐标法确定点的运动

1.运动方程

§12-1点的运动

§12-1点的运动

§12-1点的运动

2.速度

3.加速度

4.点运动的几种特殊情况

§12-1点的运动

§12-1点的运动

12-1-2用直角坐标法确定点的运动

1.运动方程

2.速度

§12-1点的运动

12-2-1自然坐标形式

12-2-2直角坐标形式

12-2-3质点动力学的两类基本问题

§12-2质点动力学基本方程

§12-2质点动力学基本方程

§12-2质点动力学基本方程

§12-2质点动力学基本方程在质点运动的任意瞬时，若将其惯性力假想地加在质点上，则质点所受的主动力、约束反力与惯性力在形式上组成一平衡力系，这一原理称为达朗伯原理。应用这一原理求解动力学问题的方法称为动静法。

§12-3质点的动静法

§12-3质点的动静法

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第13章

13-1-1刚体的平行移动

刚体在运动过程中，若其上任意两点的连线始终与原来的方位保持平行，则称刚体做平行移动，简称平动。

§13-1刚体的基本运动

§13-1刚体的基本运动

13-1-2刚体绕定轴转动

1.转动方程

2.角速度

3.角加速度

4.匀速转动、匀变速转动

§13-1刚体的基本运动

§13-1刚体的基本运动

§13-1刚体的基本运动

13-1-3转动刚体上各点的速度和加速度

1.速度

2.加速度

§13-1刚体的基本运动

§13-1刚体的基本运动

§13-1刚体的基本运动

13-2-1平动刚体的动力学基本方程

13-2-2刚体绕定轴转动的动力学基本方程

13-2-3转动惯量

1.简单形状匀质刚体转动惯量的计算

2.惯性半径

3.平行轴定理

4.组合匀质刚体的转动惯量

13-2-4刚体绕定轴转动动力学方程的应用

§13-2刚体动力学基础

13-3-1平动刚体惯性力系的简化

13-3-2绕定轴转动刚体惯性力系的简化

§13-3刚体作基本运动时惯性力系的简化

13-3-3质点系动静法的应用

13-3-4静平衡和动平衡的概念

1.转动刚体的静平衡

2.转动刚体的动平衡

§13-3刚体作基本运动时惯性力系的简化

§13-3刚体作基本运动时惯性力系的简化

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