工程力学简明教程 课件 chap 1 绪论及静力学基础

1

上课要求流程：1.通过微信的雨课堂提醒，进入雨课堂，相当于签到；届时会发二维码到群内，没有加入雨课堂的实时加入。2.回转到QQ中来，我们通过屏幕共享来直播授课，课前在QQ中会推送打卡信息，两小时内有效。3.直播时全员静音，选择部分同学不静音，作为观察员，汇报网络的通畅情况。4.直播中老师根据需要随机留出2分钟提问时间。5.准备好纸和笔，以备提问时作答。6.课后可能会有简单、不耗时的测试题2

近期参考3

力学应该学成什么样？钱伟长先生说：“我没有专业，祖国的需要就是我的专业。”在我看来，这大概可以算是力学学习的理想境界：不是说我会什么我去做什么；而是说祖国需要什么我就会什么。最大化的实现个人价值！

这本质上也体现了力学的无边界特性。无边界并不是真正的没有边界，而是说信息、能量等可以在边界两侧自由的不受阻碍通过。力学的无边界性要求力学和机械、土木、航空航天等相关专业之间，信息、能理等可以相互交流，相互促进。4工程力学静力学材料力学研究方法：理论分析+实验研究理论实践6

绪论

古希腊自然科学家阿基米德（公元287-212）在他的著作《论比重》中，总结了古代积累起来的静力学知识，建立了有关杠杆平衡、重心、液体中浮体的平衡理论，奠定了静力学的基础。

但是，阿基米德以后直到公元前14世纪的漫长时期中，由于封建和神权的长期统治，生产力停滞不前，力学及其他学科也得不到发展。阿基米德曾说过“如果给我一个支点,我就可以举起地球.”7

直到15世纪后期进入文艺复兴时期，由于商业资本的兴起，生产力发展很快，手工业、航海、建筑以及军事技术等方面提出的问题，推动了力学和其他科学迅速发展。意大利著名艺术家、物理学家列奥纳多·达·芬奇（1452-1519）研究了物体沿斜面运动和滑动摩擦的问题，并在研究平衡问题时引起了力矩的概念。绪论

力学是数学的乐园，因为我们在这里获得了数学的果实。8

波兰科学家尼古拉哥白尼（1473-1543）创立了宇宙的太阳中心学说，引起科学界宇宙观的革命。在这个基础上，德国学者约翰开普勒（1571-1630）提出行星运动三定律，为牛顿发现万有引力定律打下基础。绪论

伽利略（Galileo1564-1642)意大利天文学家、力学家、哲学家。1564年2月15日生于比萨。他通过实验手段确定了自由落体运动规律，并明确提出了惯性定律及加速度的概念。对运动基本概念，包括重心、速度、加速度等都做了详尽研究并给出了严格的数学表达式。尤其是加速度概念的提出，是力学史上的里程碑9

由伽利略开始建立动力学基本定律，经法国学者笛卡尔（1596-1650）、荷兰学者惠更斯（1629-1695）等人的努力，后来由英国伟大科学家牛顿（1643-1727）总其大成。牛顿在1687年出版的名著《自然哲学的数学原理》一书中提出动力学的三个基本定律，并且从这些定律出发将动力学作了系统的叙述。此外，他还发现万有引力定律，推动了天体力学的发展。绪论

牛顿(IsaacNewton1642-1727)伟大的英国物理学家、数学家、天文学家。1642年12月25日生于林肯郡的一个农民家庭。1727年3月20日因肾结石症在伦敦逝世。在力学方面的贡献，牛顿在伽利略等人工作的基础上进行深入研究，总结出物体运动的三个基本定律，为力学奠定坚实的基础。10

在力学史上，17世纪是动力学基础建立时期，18、19世纪是其发展成熟时期，这段时期，一方面是西方工业革命后生产水平的迅速提高给力学的发展提出了许多新的问题。同时数学的发展也为力学朝分析方向发展提供了有利的条件。绪论

使得力学向着更严谨、更完整的学科体系发展、瑞士数学家约翰.伯努利（1667-1748）首先提出了虚位移原理，瑞士数学力学家列奥纳多.欧拉（1707-1783）在他的名著《力学》中给出了用微分方程表示的分析方法来解决质点运动问题。他是动力学和流体力学的奠基人之一。

欧拉（1707-1783）1707年4月15日生于瑞士巴塞尔，1783年9月18日死于俄国圣彼得堡。11

力学在分析方向的最大进展是法国数学、力学家拉格朗日（1736-1813），在他的巨著《分析力学》里，把虚位移原理和达朗伯原理结合起来，导出了非自由质点系的运动微分方程。即著名的第二类拉格朗日方程。拉格朗日也是天体力学的奠基人之一，天体力学的很大一部分奠基工作是他和同时代的学者拉普拉斯（1749-1827）完成的。绪论

法国科学家达朗伯（1717-1785）在他的著作《动力学专论》中给出了一个解决动力学问题的普遍原理即所谓的达朗伯原理，从而奠定了非自由质点系动力学的基础。拉格朗日，J.-L.(Joseph-louisLagrage1736-1813)法国力学家、数学家。1736年1月25日生于意大利都灵，1813年4月10日死于巴黎。12

由19世纪末到20世纪初期，随着物理学和其他学科的迅速发展，出现了许多以牛顿定律为基础的古典力学无法解释的问题，使得牛顿力学的普遍性受到了怀疑。绪论爱因斯坦.A(AlbertEinstein1879-1955)划时代的大科学家，现代物理学的开创者和奠基人。他的工作使力学在自然科学中的地位和作用发生了巨大的变化。1879年3月14日生于德国乌尔姆镇。

伟大的物理学家爱因斯坦（1879-1955）创立了相对论力学，否定了绝对空间和绝对时间的概念，为力学这一学科的发展做出了划时代的贡献。13

绪论14

绪论15

绪论

20世纪以来，由于工业建设、现代国防技术和其他新技术的发展，力学的模型越来越复杂，力学的领域不断扩大，形成了大批新的边缘学科。分析力学、运动稳定性理论、非线性振动、有理力学、陀螺理论以及飞行力学等方面都有很大的发展。也涌现出很多力学大家。周培源：近代力学奠基人之一，中国力学学会创始人之一。16

绪论钱学森：中国科学院力学所创始人之一。17

绪论钱学森：我国近代力学奠基人之一。18

绪论19绪论工程力学静力学材料力学技术基础课。研究物体的机械运动及受力后的内在表现。受力、平衡（刚体，外效应）内力、变形及破坏（变形体，内效应）

一、工程力学课程的性质及研究内容20——在外界的任何作用下形状和大小都始终保持不变的物体。或者在力的作用下，任意两点间的距离保持不变的物体。当重点研究物体的运动时，可忽略其自身的极小变形，而将其简化为刚体。1、刚体——是指在外力作用下能发生变形的物体。当重点研究物体的变形和内部受力规律时，则必须将其简化为变形体。2、可变形固体（变形体）二、刚体和变形体的概念2122三、工程力学的任务1、正确分析工程结构的受力情况；2、研究在外力作用下构件的内部受力、变形和失效的规律；3、提出保证构件足够安全的设计准则和方法。23四、工程力学的地位和作用

工程力学与工程界各个领域(航空、兵器、造船、机械、建筑、水利、铁道、桥梁、石油、化工、冶金、采矿等)中均有着紧密的联系,工程力学在工程界的各个领域中起着十分重要的作用.24空间站和航天器25高层建筑26长江三峡工程27道路与桥梁南京长江大桥28海洋石油钻井平台29石油化工30参考书：1.上海化工学院与无锡轻工业学院编.工程力学（上）,北京：高等教育出版社，2001.2.范钦珊，蔡新，郭占起编.工程力学（工程静力学与材料力学），北京：机械工业出版社，2002.31静力学是研究物体受力和平衡规律的科学。PartI

静力学静力学包括以下三部分内容：1、物体的受力分析；2、力系的简化；3、建立刚体的平衡条件。静力学是学习材料力学的基础32目录第1章静力学基础§1–1静力学中的基本概念§1–2静力学公理

§1–3约束和约束力

§1–4研究对象和受力图33一、力的概念§1–1静力学中的基本概念1、定义——是物体相互间的机械作用，其作用结果使物体的运动状态和形状发生改变。力的效应外效应—改变物体运动状态的效应内效应—引起物体变形的效应342、力的三要素——大小方向作用点3、力的表示法——力是一矢量，用带箭头的线段来表示，如图。F4、力的单位——

在国际单位制中，力的单位是牛顿或千牛顿。(N)1N=1公斤•米/秒2

（kg•m/s2)。35二、其他几个与力相关的概念（1）力系

——作用于同一物体或物体系上的一群力。（2）等效力系

——对物体的作用效果相同（外效应）的两个力系。（3）平衡力系

——能使物体维持平衡的力系。（4）合力

——在特殊情况下，能和一个力系等效的一个力。36三、平衡的概念——平衡是物体机械运动的特殊形式，是指物体相对地球处于静止或匀速直线运动状态。37公理一(二力平衡公理)作用于刚体上的两个力，使刚体处于平衡状态的充要条件是：这两个力大小相等、方向相反、且作用在同一直线上。（等值、反向、共线、同体）§1–2静力学公理说明：①对刚体来说，上面的条件是充要的。②对变形体来说，上面的条件只是必要条件。38③二力体：只在两个力作用下平衡的物体叫二力体。二力杆二力杆F1F2F1F2二力构件受力特点：两个力的方向必在二力作用点的连线上！39公理二(加减平衡力系公理)在作用着已知力系的刚体上，加上或减去任意平衡力系，都不会改变原力系对刚体的作用效果。（即任何平衡力系均不能改变刚体的运动状态）推论1(力的可传性原理)作用于刚体上某点的力，可以沿其作用线移动到该刚体上的任一点，，而不改变它对该刚体的作用效果。40==FAF2F1FABF1AB对刚体来说，力的三要素为：大小、方向、作用线。ABFABF41A公理三(力的平行四边形法则)

作用于物体上同一点的两个力的合力也作用于该点，且合力的大小和方向可用这两个力为邻边所作的平行四边形的对角线来确定。F1F2FR矢量表达式：FR=F1+F2即，合力为原两力的矢量和。F1F2FRA力的三角形42推论2(三力平衡汇交定理)

刚体受不平行的三个力作用而平衡时，这三个力的作用线必在同一平面内且汇交于一点。F1F3FRF2A=证明：A3F1F2F3A3AA2A143公理四(作用和反作用定律)两个物体之间的作用力与反作用力总是成对出现，且大小相等，方向相反，沿着同一直线，但分别作用在这两个物体上。（等值、反向、共线、异体、同存）[例]

吊灯44§1–3约束和约束力1、自由体：2、非自由体：3、约束：4、约束力：5、主动力：可以任意运动（获得任意位移）的物体。运动受到限制的物体。约束作用于非自由体上而限制其运动的力。限制非自由体运动的周围物体。约束力以外，物体所受的其他已知力。一、几个基本概念45①大小常常是未知的；②方向总是与约束限制的物体的位移方向相反；③作用点在物体与约束相接触的那一点。约束力的特点：GGN1N2461、柔性约束：柔绳、链条、皮带构成的约束。二、常见的几种类型的约束绳索类只能受拉，所以它们的约束反力是作用在接触点，方向沿绳索背离物体。47A48492、理想光滑接触面约束（不计摩擦）约束反力作用在接触点处，方向沿公法线，指向受力物体。50光滑接触面约束实例FNAFNB513、光滑圆柱铰链约束ABFAB约束反力的作用线必垂直于销钉轴线，并过销钉中心。ABFyFx525354(1)固定铰支座：FyFx（a）（b）（c）约束反力为径向平面内过铰链中心的两个正交力。55(2)活动铰支座：Fy（c）（b）（a）Fy约束反力必过铰链中心、且垂直于支承面的分量。56（1）向心轴承

4、轴承约束光滑圆柱铰链约束实例约束反力为径向平面内的两个正交力。57（2）止推轴承光滑圆柱铰链约束实例约束反力为一个轴向分量加径向平面内的两个正交分量。585、固定端约束ABAB平面图59§1–4研究对象和受力图一、分离体的概念（freebody）把从周围物体的约束中分离出来的研究对象，称为分离体，又称为自由体。二、受力图的概念(freebodydiagram)表示分离体及其所受外力的图，称为受力图，又称为分离体图或自由体图。611、选研究对象2、取分离体3、画出所有主动力4、画出所有约束力三、画受力图的步骤62梁AB如下图所示，

分析AB梁的受力情况并作出它的受力图。例1-1FAB2m3mCαCABFBFαFAyFAx手写