工程力学-第一章

1、工程力学,教 师: 杨 杰 手 机:邮 箱: ,2,教材,单祖辉，谢传锋 高等教育出版社,3,王斌耀等. 工程力学练习册. 机械工业出版社,参考书目,4,梅凤翔等. 工程力学学习指导， 北京理工大学出版社,参考书目,5,单祖辉等编著. 材料力学（问题、例题与分析方法， 高等教育出版社,参考书目,考核方法,平时成绩：40%（作业20%、课堂讨论+出勤10%、实验10%） 期末成绩： 60,7,力学无处不在,电力系统技术 汽车技术 航空航天 土木工程 机械工程 水利工程 船舶工程 ,8,9,10,我国载人航天发射成功,11,12,13,中国海洋石油981钻井平台,14,高

2、速列车,15,长江三峡大坝,16,苏通长江大桥,17,18,19,20,21,这是工程力学问题！,日常生活中的力学问题,23,工程力学是研究构件在外力作用下的平衡、变形和破坏的规律，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的一门课程。它包含的内容极其广泛。,静力学 材料力学,物体的受力和平衡规律。 物体在外力作用下的变形和失效规律。,工程力学概述,24,构件组成工程结构或机械的零部件,课程研究对象,25,几何特征,工程力学主要以等截面直杆为研究对象,26,外力周围其它物体对构件的作用，按作用方式,外 力,体积力 (/m3),表面力,分布力,集中力 (),线分布力 (/m),面分布力

3、 (/m2),力及其作用效应,力物体间的机械作用,27,力的作用效应：,28,变形构件尺寸与形状的变化。,弹性变形：外力解除后可以消失的变形。,塑性变形：外力解除后不能消失的变形。,29,强度失效 刚度失效 稳定性失效,构件的三种失效模式,失效或破坏：构件在外力作用下丧失正常功能。,30,(1) 强度失效,强度：抵抗破坏的能力。,31,(2) 刚度失效,刚度：抵抗变形的能力。,让我们发誓，一定要学好工程力学！,32,(3) 稳定性失效,稳定性：保持原有变形（平衡）形式的能力。,33,工程设计的主要任务之一就是：保证构件在确定的外力作用下能够正常工作，而不失效。,34,分析和确定构件所受各种外力

4、的大小和方向； 研究外力作用下构件的内部受力、变形和失效的规律； 提出保证构件具有足够强度、刚度和稳定性的设计准则和方法。,课程主要内容,35,一、明确学习目的,2. 后继课程的基础；,3. 培养分析问题的能力。,1. 直接解决某些工程实际问题；,怎样学好工程力学,36,二、掌握研究方法,实 际 对 象,力 学 模 型,数 学 模 型,数 值 求 解,误 差 检 验,结 果,是,刚 体,变形固体,流 体,否,修改力学模型,37,三、理论联系实际,作业要求做到（3C）： 书写整洁(clean)； 步骤清楚(clear)； 结果正确(correct)。,7/15/2020 4:40:36 PM,机

5、械工程学院陈家权,38,第 一 章,静力学基本概念与物体受力分析,研究刚体在力系作用下的平衡规律。,39,静力学中三个重要问题,物体的受力分析； 力系的简化； 刚体的平衡条件。,40,平衡：物体相对于惯性参考系处于静止或等速直线运动状态。（一般取固结在地球上的参考系）,刚体的平衡条件：刚体处于平衡状态时作用于刚体上的力系应满足的条件。,刚体：在力的作用下不变形的物体，即刚体内部任意两点间的距离保持不变。,1.1 静力学基本概念,41,力系：作用在刚体上的若干个力所组成的系统。,等效力系：若作用在刚体上的力系可以用另一个力系来代替而不改变它对刚体的（运动）效应，则称这两个力系为等效力系。,力系的

6、简化：若用简单的力系等效地代替复杂的力系，便是力系的简化。,力：物体间的相互机械作用。,42,公理1.力的平行四边形法则 作用在物体上同一点的两个力，可以合成为一个合力。合力的作用点也在该点，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确定。（亦可用力三角形求得合力矢）,* 静力学公理,43,公理2. 二力平衡条件 二力大小相等，方向相反，共线。,F2,A,B,F1,F1 F2,44,二力构件（杆）,二力平衡条件对变形体不是充分条件,45,注意：此公理也仅适于刚体。,在已知力系上加上或减去任意的平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用。,46,A,B,推论1. 力对刚体的可传性。,力对

7、刚体是滑动矢量（滑移矢）,对于刚体来说，力的三要素变为：力的大小、方向、作用线。,47,推论2. 三力平衡汇交定理,刚体受三个力作用而平衡时，若其中两力作用线交于一点，则第三力的作用线也必须通过此点，而且三力必须共面。,48,F12,F21,II,I,49,50,1.2 约束与约束力,自由体；非自由体,约束及约束力；主动力,位移：物体内某点位置移动。,二力杆,约束：对非自由体的某些位移起限制作用的周围物体.,约束力：约束对非自由体的作用力,约束力,大小待定，由平衡条件求出。,方向与该约束所能阻碍的位移方向相反,作用点接触处,自由体：能在空间作任意运动的物体。 非自由体：受到了其他物体的限制，在

8、某些方向上不能运动的物体。,主动力：使物体运动或运动趋势的力，也称载荷.,52,1. 刚性约束 物体间接触面的几何形状 和物理性质有关。,光滑支承面约束 光滑圆柱铰链约束 活动铰链支座（辊轴约束） 球形铰链约束 轴承约束 固定端约束,53,a、光滑支承面约束,54,b、光滑圆柱铰链（固定铰支座；中间铰）,销钉D,C,B,A,II,I,55,A,A,A,A,(a),(b),c、活动铰链支座（辊轴约束）,56,d、 光滑球铰链,A,A,FAx,FAy,FAz,(a),(b),57,e 、 轴承约束,向心推力轴承,向心轴承,58,2. 柔性约束 忽略摩擦，将约束视为柔性体。 （由柔软的绳索、胶带或链

9、条等构成的约束）,v,只有两个力作用下处于平衡的物体,二力构件,不是二力构件,60,1.3 受力图,确定研究对象,一、物体受力分析的过程,G,61,二、受力分析的关键分析约束力,约束性质； 平衡条件； 作用力和反作用力定律。,A,A,C,C,B,B,例1-1 质量为m的均质圆轮在边缘A处用绳子系住，绳子通过轮心C，圆轮边缘B点 靠在光滑的固定斜面上，试画出圆轮的受力图。,例1-2 如图所示AB梁，在c处承受力P，试画出 AB梁的受力图。,A,B,C,A,B,C,A,B,C,例1-3：画出滑轮、CD杆、AB杆和整体受力图。,1、研究滑轮,2、研究CD杆,3、研究AB杆,4、研究整体,例1-4 不

10、计自重的梯子放在光滑水平地面上，画出梯子、梯子左右两部分与整个系统受力图,解： 绳子受力图如图（b）所示,梯子左边部分受力图如图（c）所示,梯子右边部分受力图如图（d）所示,整体受力图如图（e）所示,提问：左右两部分梯子在A处，绳子对左右两部分梯子均有力作用，为什么在整体受力图没有画出？,内力：作用在系统内部的力 外力：系统以外的物体给系统的作用力,71,练习1、钢索悬挂装置（不计角钢重量）,72,练习2、悬臂吊车装置,思考题1：图示为不计自重的三铰刚架，试分别画出刚架AC、刚架CB及整体的受力图。,在本问题中，集中载荷 P 作用在铰 C 上。 通常认为集中载荷是作用在 C 销上的，下面就对研究对象的选取的三种情况分别讨论。,（1）销 C 与刚架 AC 一起作为研究对象,销C与哪边刚架一起作为研究对象， 集中载荷 P 就画在哪边刚架的铰C上。,（2）销 C 与刚架 CB 一起作为研究对象,当要求