山东建筑大学期末工程力学静力学基础

山东建筑大学期末工程力学静力学基础目录课程概述与目标静力学基础知识静定结构分析超静定结构分析静力学在工程中的应用实验与课程设计课程总结与展望CONTENTS01课程概述与目标CHAPTER工程力学是研究物体机械运动规律及应用的科学。静力学是工程力学的重要分支，主要研究物体在静力作用下的平衡规律。工程力学广泛应用于建筑、机械、航空、航天等领域。工程力学简介包括二力平衡公理、加减平衡力系公理、力的平行四边形公理等。静力学基本公理了解各种约束类型及其对应的约束力。约束与约束力掌握物体的受力分析方法，能够绘制受力图。受力分析与受力图静力学基本概念掌握静力学的基本概念和原理。能够运用静力学知识分析和解决简单的工程问题。培养学生的工程意识和力学素养。课程目标与要求010204学习方法与建议认真听课，做好课堂笔记。多做习题，巩固所学知识。注重理论与实践相结合，提高解决实际问题的能力。及时复习，温故知新。0302静力学基础知识CHAPTER摩擦力阻碍物体相对运动的力，方向与物体相对运动或相对运动趋势的方向相反。弹力物体发生弹性形变后产生的力，方向与形变方向相反。重力由于地球吸引而产生的力，方向竖直向下。力的性质力是物体之间的相互作用，具有大小、方向和作用点三个基本要素。力的分类根据力的性质和作用方式，力可分为重力、弹力、摩擦力等。力的性质与分类平移将力平移到同一点，需附加力偶。力系作用于同一物体上的一组力。力系的简化方法通过平移、合成和分解等方法，将复杂力系简化为简单力系，便于分析和计算。合成将多个力合成为一个力，遵循平行四边形法则或三角形法则。分解将一个力分解为多个力，可根据需要进行正交分解或斜交分解。力系及其简化方法平衡条件物体处于静止或匀速直线运动状态时，所受合力为零。平衡方程根据平衡条件建立的数学方程，用于求解未知力或判断物体是否平衡。平面力系的平衡方程包括两个独立的平衡方程，可求解两个未知力。空间力系的平衡方程包括三个独立的平衡方程，可求解三个未知力。平衡条件与平衡方程摩擦力阻碍物体相对运动的力，大小与正压力成正比，方向与物体相对运动或相对运动趋势的方向相反。自锁现象当物体受到的主动力合力作用线在摩擦角之内时，无论主动力多大，物体都将保持静止状态，这种现象称为自锁现象。自锁现象在工程中有广泛的应用，如斜面自锁、螺纹自锁等。摩擦力及自锁现象03静定结构分析CHAPTER静定结构的定义静定结构是指在没有多余约束的情况下，仅由平衡条件即可确定其全部内力和反力的几何不变体系。静定结构的特点静定结构的内力只与荷载有关，与材料的性质无关；在荷载作用下，静定结构只产生有限的变形。静定结构的分类静定结构可分为静定梁、静定刚架、静定桁架和静定组合结构等基本形式。静定结构基本概念静定梁在荷载作用下，其内力（轴力、剪力和弯矩）可通过截面法或平衡条件求得。静定梁的内力分析刚架的内力分析内力图绘制刚架是由梁和柱刚性连接而成的结构，其内力分析需考虑节点处的平衡条件和变形协调条件。根据内力计算结果，可绘制出静定梁和刚架的内力图，以便直观地了解内力的分布规律。030201静定梁和刚架内力分析123静定桁架是由若干直杆通过铰链连接而成的结构，其内力可通过节点法和截面法求得。静定桁架的内力分析组合结构是由不同材料或不同形式的构件组合而成的结构，其内力分析需分别考虑各构件的受力特点和变形协调条件。组合结构的内力分析在求得静定桁架和组合结构的内力后，可根据需要进行内力优化和调整，以改善结构的受力性能。内力优化与调整静定桁架和组合结构内力分析三铰拱的内力分析三铰拱的内力可通过力学平衡方程和变形协调条件求得，一般需采用数值计算方法进行求解。内力影响因素研究三铰拱的内力受多种因素影响，包括荷载大小、荷载作用位置、拱的跨度和矢高等，需对这些因素进行深入研究和分析。三铰拱的构造与特点三铰拱是由三个铰链和两条曲线杆件组成的拱式结构，具有受力合理、变形小等优点。三铰拱内力分析04超静定结构分析CHAPTER超静定结构是指几何特征为静定的，但静力条件为超静定的结构，即未知广义力的数目多于结构所能列出的静力平衡方程的数目。超静定结构的超静定次数等于未知广义力的数目与静力平衡方程数目的差值，即需要补充的变形协调方程的数目。超静定结构基本概念超静定次数超静定结构定义力法解超静定结构力法基本原理力法是以超静定结构中多余约束力为基本未知量，通过建立和求解以多余约束力为基本未知量的线性方程组来求解超静定结构的方法。力法典型方程力法的典型方程是根据超静定结构在多余约束力作用下的变形协调条件建立的，其物理意义是表示结构在多余约束力作用下的变形与在荷载作用下的变形相等。位移法是以结构的结点位移作为基本未知量，通过建立和求解以结点位移为基本未知量的线性方程组来求解超静定结构的方法。位移法基本原理位移法的基本未知量包括独立结点线位移和独立结点角位移，它们分别对应于结构的基本结构在荷载作用下的独立结点位移。位移法基本未知量位移法解超静定结构超静定结构特性比较超静定结构由于具有多余约束，其内力和变形分布比静定结构更为均匀和合理，且具有较好的稳定性和承载能力。但超静定结构的分析和计算比静定结构更为复杂和困难。超静定结构与静定结构比较不同超静定结构在受力性能、变形特点、稳定性等方面存在差异。例如，超静定梁与超静定刚架在受力性能方面有所不同，前者以弯曲变形为主，后者则可能同时发生弯曲和剪切变形。不同超静定结构比较05静力学在工程中的应用CHAPTER通过静力学原理，分析桥梁在受到各种荷载（如车辆、人群、风、地震等）作用下的内力和变形，确保桥梁的安全性和稳定性。桥梁的承载能力计算利用静力学原理，对桥梁结构进行合理设计，使其在满足承载能力的同时，尽可能减轻自重、降低成本、提高美观性。桥梁结构的优化设计在施工过程中，通过实时监测桥梁结构的内力和变形，及时调整施工方案和采取必要措施，确保桥梁施工的安全和质量。桥梁施工过程中的力学监控桥梁工程中的静力学问题建筑结构中的静力学问题分析建筑物在受到各种荷载（如楼面活载、风荷载、雪荷载、地震作用等）作用下的内力和变形，确保建筑物的安全性和稳定性。建筑结构的优化设计通过静力学原理，对建筑结构进行合理设计，使其在满足承载能力的同时，具有良好的抗震、抗风等性能，并尽可能降低造价。建筑结构施工过程中的力学监控在施工过程中，实时监测建筑结构的内力和变形情况，确保施工质量和安全。建筑物的承载能力计算03机械制造过程中的力学监控在机械制造过程中，实时监测零件和结构的内力和变形情况，确保制造质量和精度。01机械零件的强度和刚度计算分析机械零件在受到外力作用下的应力和变形情况，确保零件具有足够的强度和刚度，满足使用要求。02机械结构的优化设计利用静力学原理，对机械结构进行合理设计，使其在满足使用要求的同时，尽可能减轻重量、降低成本、提高可靠性。机械工程中的静力学问题静力学在日常生活中的应用汽车、火车、飞机等交通工具在行驶或飞行过程中都需要满足一定的力学要求，通过静力学分析可以确保其稳定性和安全性。交通工具的力学分析在购买或设计家具时，需要考虑其在受到外力作用下的稳定性和承载能力，确保家具的安全和舒适。家具的稳定性和承载能力分析各种体育器材（如杠铃、哑铃、跑步机等）在使用过程中都需要满足一定的力学要求，通过静力学分析可以确保其安全性和可靠性。体育器材的力学分析06实验与课程设计CHAPTERVS通过实验，使学生掌握静力学基本原理，加深对理论知识的理解，提高分析问题和解决问题的能力。要求学生应认真预习实验内容，明确实验目的和要求；实验中要仔细观察现象，如实记录数据；实验后要认真分析实验结果，写出实验报告。目的实验目的与要求包括验证力的平行四边形法则、研究物体的平衡条件等静力学基础实验。制定实验方案、准备实验器材、进行实验操作、记录实验数据、分析实验结果等。内容步骤实验内容与步骤任务根据所学静力学知识，完成一项实际工程问题的静力学分析课程设计。要求课程设计应紧密结合实际工程问题，综合运用所学知识进行分析和设计；课程设计过程中要注重培养学生的独立思考和创新能力，提高学生的工程实践能力。课程设计任务与要求成果展示学生完成课程设计后，应提交课程设计报告，并进行成果展示和交流。要点一要点二评价课程设计成绩将根据设计方案的合理性、分析计算的正确性、报告的规范性以及展示交流的效果等方面进行综合评定。课程设计成果展示与评价07课程总结与展望CHAPTER重点静力学基本概念与原理、力系的简化与平衡、摩擦与自锁现象等。难点力系的平衡方程及其应用、摩擦力的计算与判断、空间力系的平衡问题等。课程重点与难点回顾学习成果与收获总结掌握了静力学的基本概念和原理，能够正确理解和应用。了解了摩擦与自锁现象，掌握了摩擦力的计算与判断方法。学会了力系的简化与平衡方法，能够解决简单的工程实际问题。提高了空间想象力和逻辑思维能力，为后续课程学习打下基础。01深入学习工程力学相关课程，如材料力学、结构力学等，掌握更全面的力学知识。02加强实践环节，多参与工程实际项目，提高解决实际问题的能力。03关注工程力学领域的新理论、新技术和新方法，不断更新自己的知识体系。04培养创新意识和团队合作精神，为未来的职业