工程力学- 刚体静力学专题

工程力学EngineeringMechanics

1知识要点回顾摩擦的定义、起因、分类滑动摩擦摩擦角和自锁现象2分类、最大滑动摩擦力、摩擦系数考虑摩擦时的平衡问题全反力、摩擦角本质、平衡条件、自锁条件345678910★平面静定桁架的静力分析■刚体静力学专题11●桁架的基本假定◆1、所有杆件只在端部连接；◆2、所有连接处均为光滑铰链；◆3、只在连接处加载；◆4、杆的重量忽略不计。简化计算模型12●桁架基本分析方法◆以节点为研究对象；◆节点力的作用线已知，指向可以假定；◆不仅可以确定各杆的力，还可以确定连接件的受力。节点法13截面法◆用假想截面将桁架截开；◆将桁架中的所有杆件都视为变形体；◆考察局部桁架的平衡，直接求得杆件的内力进而求得节点受力。14首先确定约束力1516第七章

绪论材料力学发展简史ABriefHistoryofMechanicsofMaterials

伽里略（1564～1642）世界上第一本材料力学教本《两种新的科学》首先提出了材料的力学性质和强度计算的方法。人们认为，材料力学作为一门学科，就从这里开始。

18几乎比伽里略早一个世纪，文艺复兴时期的意大利美术大师，力学家，工程师达·芬奇（1452～1519）就应用虚位移原理的概念研究过起重机具上的滑轮和杠杆系统，并做过铁丝的拉伸实验。图1达·芬奇的滑轮和杠杆系统19

公元卅一年，即东汉建武七年杜诗创作了水排，赵州桥20“营造法式”撰写于公元1103年，北宋崇武二年，是建筑学家李诫的名著21英国科学家虎克在1678年发表人们熟悉的虎克定律。胡克实验用装置17世纪后期到19世纪初2217世纪马里沃特（Mariotte1620～1680）作了木材的拉伸实验，并已开始研究梁的弯曲实验。马里沃特的实验23法国的科学家泊松；法国的力学家圣维南；法国的力学家工程师纳维埃等等对弯曲理论、扭转理论、稳定理论以及材料实验作出卓越的贡献，丰富、发展和完善了材料力学这门学科，他们对科学的献身精神为后人所敬仰。瑞士的数学家、力学家欧拉，他的一生对数学、刚体力学以及材料力学中的弹性线、稳定理论等都有重大贡献，是18世纪著述最多的科学家。24泊松圣维南纳维埃欧拉19世纪到20世纪以来，铁路、桥梁的发展以及钢铁和其他新材料的出现，向力学工作者提出了更广泛更深入的研究课题，使得力学的分工越来越细，出现了更多的以材料力学、结构力学、弹性力学和塑性力学为基础的固体力学分支，例如计算力学，断裂力学，疲劳，粘弹性力学，散体力学，复合材料力学，实验固体力学等等。而这些学科的发展反过来促进了宇宙飞行，石油勘探，喷气技术，大型水利工程等的一系列力学问题的解决。25固体力学分支图《中华人民共和国国家标准：学科分类与代码》26造就了一批知名的力学家：英国力学家瑞利；德国的工程师、教授莫尔；俄国的儒拉夫斯基；瑞士的物理学家里兹以及美籍俄罗斯力学家、教授铁木生柯等等铁木生柯的一生编著了《材料力学》、《结构力学》、《弹性稳定理论》、《工程中的振动问题》和《材料力学发展史》等二十多种书籍，均可列为力学名著。

27铁木生柯教授的专著28

还有对流体力学和塑性壳体理论作出重大贡献的近代力学奠基人卡门；我国著名的科学家和力学家钱学森；伟大的地质学家、地质力学的开创者李四光等等。

著名的科学家钱学森伟大的地质学家李四光29

可以预言，在科学与技术飞速发展的今天，必定会在新的一代中涌现出更多的力学家，将21世纪的力学推向更高的水平。30第七章

绪论目录31第七章绪论§7.1材料力学的任务§7.2变形固体的基本假设§7.3外力及其分类§7.4内力、截面法及应力的概念§7.5变形与应变§7.6杆件变形的基本形式目录32目的对学科有一个初步的概念上的了解懂得重要性，引起学习它的兴趣

了解恰当的学习方法

内容材料力学的任务、作用和地位

基本假设

基本概念

变形的基本形式第七章绪论33材料力学与学科之联系材料力学的由来——学科发展的必然性

从学科发展观的角度，材料力学的出现，是力学学科的必然结果物理和理论力学：运动的一般规律（质点、刚体）质点：只有质量，没有大小刚体：有质量，有大小，但没有变形（相对位置不变）变形体力学

：变形体受力后的运动或变形规律变形体：有质量，有大小，有变形（相对位置变化）变形：物体内部各质点之间的相对位置变化、尺寸和形状的改变质点——刚体——变形体，人类的认识深化理论力学无能为力，材料力学当仁不让34力学学科

(应力分析)材料学

(材料力学行为)研究对象：杆件研究对象：

力学性能和疲劳材料力学材料力学与学科之联系35§7.1材料力学的任务古代建筑结构目录建于明崇祯四年（1631年）的杭州拱宸桥桥长98米，高16米，桥面中段略窄为5.9米宽，而两端桥堍处有12.2米宽。一、材料力学与工程应用36古代建筑结构位于钱塘江畔月轮山上，是北宋时吴越王为镇钱塘潮而建现存六和塔，外观八面十三层，内分七级。高五十九点八九米。

目录§7.1材料力学的任务37§7.1材料力学的任务38真正解决问题，还是材料力学形成以后达·芬奇(LeonardodaVinci,1452-1519)

伽利略(Galilei,1564-1642)开始着手解决构件的强度计算问题从那时起，材料力学在奠基长期的积累、发展，逐渐完善形成材料力学§7.1材料力学的任务39目录§7.1材料力学的任务1、构件：工程结构或机械的每一组成部分。

理论力学—研究刚体，研究力与运动的关系。

材料力学—研究变形体，研究力与变形的关系。二、基本概念40目录§7.1材料力学的任务二、基本概念2、变形：在外力作用下，固体内各点相对位置的改变。(宏观上看就是物体尺寸和形状的改变）刚度：在载荷作用下，构件抵抗变形的能力。塑性变形(残余变形)—

外力解除后不能消失

弹性变形—

随外力解除而消失｛41刚度问题§7.1材料力学的任务42刚度问题§7.1材料力学的任务433、内力：物体内由于发生变形而产生的相互作用力。（内力随外力的增大而增大）强度：在载荷作用下，构件抵抗破坏的能力。§7.1材料力学的任务目录二、基本概念44强度问题§7.1材料力学的任务45强度问题刚度问题§7.1材料力学的任务46强度问题刚度问题§7.1材料力学的任务47§7.1材料力学的任务4、稳定性：在载荷作用下，构件保持原有平衡状态的能力。目录二、基本概念48稳定性问题§7.1材料力学的任务49强度、刚度、稳定性是衡量构件承载能力的三个方面，材料力学就是研究构件承载能力的一门科学。

§7.1材料力学的任务研究构件的强度、刚度和稳定性,还需要了解材料的力学性能。因此在进行理论分析的基础上，实验研究是完成材料力学的任务所必需的途径和手段。50目录§7.1材料力学的任务材料力学的任务就是在满足强度、刚度和稳定性的要求下，为设计既经济又安全的构件，提供必要的理论基础和计算方法。三、材料力学的任务构件横截面尺寸不足或形状不合理,或材料选用不当

不能保证安全工作.不恰当地加大横截面尺寸或选用优质材料

增加成本,造成浪费51在理论力学中主要研究物体平衡及运动问题的一般规律，物体的变形微小不计材料力学所研究的强度和刚度等问题，物体的变形是主要因素之一，所以绝对刚体这一概念已经不再适用。

一般固体都具有抵抗外力作用的能力，外力去除后，能恢复其原有的形状和尺寸，变形固体的这种性质称为弹性。1.研究对象：变形固体2.变形：物体形状和尺寸的改变。§7.1材料力学的任务四、材料力学的研究对象521、后续的力学（其它的变形体力学）学好材料力学对学习其他变形体力学的奠基作用结构