工程力學(xué)-第一章

1、工程力學(xué),教 師: 楊 杰 手 機(jī): 13918647397郵 箱: yangj@sdju.edu.cn,2,教材,單祖輝，謝傳鋒高等教育出版社,3,王斌耀等. 工程力學(xué)練習(xí)冊(cè). 機(jī)械工業(yè)出版社,參考書(shū)目,4,梅鳳翔等.工程力學(xué)學(xué)習(xí)指導(dǎo)，北京理工大學(xué)出版社,參考書(shū)目,5,單祖輝等編著. 材料力學(xué)（問(wèn)題、例題與分析方法，高等教育出版社,參考書(shū)目,考核方法,平時(shí)成績(jī)：40%（作業(yè)

2、20%、課堂討論+出勤10%、實(shí)驗(yàn)10%）期末成績(jī)： 60％,7,力學(xué)無(wú)處不在,電力系統(tǒng)技術(shù)汽車(chē)技術(shù)航空航天土木工程機(jī)械工程水利工程船舶工程…,8,,9,,10,我國(guó)載人航天發(fā)射成功,11,12,,13,中國(guó)海洋石油981鉆井平臺(tái),14,高速列車(chē),15,長(zhǎng)江三峽大壩,16,蘇通長(zhǎng)江大橋,17,18,,19,20,21,這是工程力學(xué)問(wèn)題！,日常生活中的力學(xué)問(wèn)題,23,工程力學(xué)是研究構(gòu)件在外力作用下的平衡、變形和破壞的規(guī)律，

3、為設(shè)計(jì)既經(jīng)濟(jì)又安全的構(gòu)件提供必要的理論基礎(chǔ)和計(jì)算方法的一門(mén)課程。它包含的內(nèi)容極其廣泛。,靜力學(xué)材料力學(xué),物體的受力和平衡規(guī)律。物體在外力作用下的變形和失效規(guī)律。,工程力學(xué)概述,24,構(gòu)件——組成工程結(jié)構(gòu)或機(jī)械的零部件,課程研究對(duì)象,25,,幾何特征,,,《工程力學(xué)》主要以等截面直桿為研究對(duì)象,26,外力——周?chē)渌矬w對(duì)構(gòu)件的作用，按作用方式,外力,,體積力(Ｎ/m3),表面力,分布力,集中力(Ｎ),線分布力(Ｎ/m),面分

4、布力(Ｎ/m2),力及其作用效應(yīng),力——物體間的機(jī)械作用,27,力的作用效應(yīng)：,28,變形——構(gòu)件尺寸與形狀的變化。,彈性變形：外力解除后可以消失的變形。,塑性變形：外力解除后不能消失的變形。,29,強(qiáng)度失效 剛度失效穩(wěn)定性失效,構(gòu)件的三種失效模式,失效或破壞：構(gòu)件在外力作用下喪失正常功能。,30,(1) 強(qiáng)度失效,強(qiáng)度：抵抗破壞的能力。,31,(2) 剛度失效,剛度：抵抗變形的能力。,讓我們發(fā)誓，一定要學(xué)好工程力學(xué)！,32,(3

5、) 穩(wěn)定性失效,穩(wěn)定性：保持原有變形（平衡）形式的能力。,33,工程設(shè)計(jì)的主要任務(wù)之一就是：保證構(gòu)件在確定的外力作用下能夠正常工作，而不失效。,34,分析和確定構(gòu)件所受各種外力的大小和方向；研究外力作用下構(gòu)件的內(nèi)部受力、變形和失效的規(guī)律；提出保證構(gòu)件具有足夠強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和方法。,課程主要內(nèi)容,35,一、明確學(xué)習(xí)目的,2. 后繼課程的基礎(chǔ)；,3. 培養(yǎng)分析問(wèn)題的能力。,1. 直接解決某些工程實(shí)際問(wèn)題；,怎樣學(xué)好工程力學(xué)

6、,36,二、掌握研究方法,,實(shí)際對(duì)象,,力學(xué)模型,,數(shù)學(xué)模型,,數(shù)值求解,,誤差檢驗(yàn),,結(jié) 果,是,剛 體,變形固體,流 體,否,修改力學(xué)模型,,37,三、理論聯(lián)系實(shí)際,作業(yè)要求做到（3C）： 書(shū)寫(xiě)整潔(clean)； 步驟清楚(clear)； 結(jié)果正確(correct)。,3/20/2024 4:18:15 PM,機(jī)械工程學(xué)院陳家權(quán),38,第 一 章,靜力學(xué)基本概

7、念與物體受力分析,,研究剛體在力系作用下的平衡規(guī)律。,39,,靜力學(xué)中三個(gè)重要問(wèn)題,物體的受力分析；力系的簡(jiǎn)化；剛體的平衡條件。,40,平衡：物體相對(duì)于慣性參考系處于靜止或等速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。（一般取固結(jié)在地球上的參考系）,剛體的平衡條件：剛體處于平衡狀態(tài)時(shí)作用于剛體上的力系應(yīng)滿足的條件。,剛體：在力的作用下不變形的物體，即剛體內(nèi)部任意兩點(diǎn)間的距離保持不變。,§1.1 靜力學(xué)基本概念,41,力系：作用在剛體上的若干個(gè)力所組

8、成的系統(tǒng)。,等效力系：若作用在剛體上的力系可以用另一個(gè)力系來(lái)代替而不改變它對(duì)剛體的（運(yùn)動(dòng)）效應(yīng)，則稱(chēng)這兩個(gè)力系為等效力系。,力系的簡(jiǎn)化：若用簡(jiǎn)單的力系等效地代替復(fù)雜的力系，便是力系的簡(jiǎn)化。,力：物體間的相互機(jī)械作用。,42,,公理1.力的平行四邊形法則作用在物體上同一點(diǎn)的兩個(gè)力，可以合成為一個(gè)合力。合力的作用點(diǎn)也在該點(diǎn)，合力的大小和方向，由這兩個(gè)力為邊構(gòu)成的平行四邊形的對(duì)角線確定。（亦可用力三角形求得合力矢）,* 靜力學(xué)公理,43,,

9、公理2. 二力平衡條件 二力大小相等，方向相反，共線。,,,,,F2,A,B,F1,,,F1? ? F2,44,二力構(gòu)件（桿）,二力平衡條件對(duì)變形體不是充分條件,45,注意：此公理也僅適于剛體。,在已知力系上加上或減去任意的平衡力系，并不改變?cè)ο祵?duì)剛體的作用。,46,,,,,A,B,推論1. 力對(duì)剛體的可傳性。,力對(duì)剛體是滑動(dòng)矢量（滑移矢）,對(duì)于剛體來(lái)說(shuō)，力的三要素變?yōu)椋毫Φ拇笮?、方向、作用線。,47,推

10、論2. 三力平衡匯交定理,剛體受三個(gè)力作用而平衡時(shí)，若其中兩力作用線交于一點(diǎn)，則第三力的作用線也必須通過(guò)此點(diǎn)，而且三力必須共面。,48,,,,,F12,F21,II,I,49,,50,§1.2 約束與約束力,自由體；非自由體,約束及約束力；主動(dòng)力,位移：物體內(nèi)某點(diǎn)位置移動(dòng)。,二力桿,約束：對(duì)非自由體的某些位移起限制作用的周?chē)矬w.,約束力：約束對(duì)非自由體的作用力．,約束力,大小——待定，由平衡條件求出。,方向——與該約束所能

11、阻礙的位移方向相反,作用點(diǎn)——接觸處,自由體：能在空間作任意運(yùn)動(dòng)的物體。非自由體：受到了其他物體的限制，在某些方向上不能運(yùn)動(dòng)的物體。,主動(dòng)力：使物體運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力，也稱(chēng)載荷.,52,1. 剛性約束 ––– 物體間接觸面的幾何形狀 和物理性質(zhì)有關(guān)。,光滑支承面約束光滑圓柱鉸鏈約束活動(dòng)鉸鏈支座（輥軸約束）球形鉸鏈約束軸承約束固定端約束,53,a、光滑支承面約束,54,b、光滑圓柱鉸鏈（固定鉸支座；中間鉸）,銷(xiāo)釘D,C,B,

12、A,II,I,55,A,,,A,A,A,(a),(b),c、活動(dòng)鉸鏈支座（輥軸約束）,56,d、 光滑球鉸鏈,A,A,FAx,FAy,FAz,(a),(b),57,e 、 軸承約束,向心推力軸承,向心軸承,58,2. 柔性約束 ––– 忽略摩擦，將約束視為柔性體。（由柔軟的繩索、膠帶或鏈條等構(gòu)成的約束）,v,只有兩個(gè)力作用下處于平衡的物體,,,,,,,,,,,二力構(gòu)件,,,,,,,,,,,,,,不是二力構(gòu)件,60,§1.3

13、 受力圖,確定研究對(duì)象,一、物體受力分析的過(guò)程,,,G,61,二、受力分析的關(guān)鍵——分析約束力,約束性質(zhì)； 平衡條件； 作用力和反作用力定律。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,A,A,C,C,B,B,例1-1 質(zhì)量為m的均質(zhì)圓輪在邊緣A處用繩子系住，繩子通過(guò)輪心C，圓輪邊緣B點(diǎn) 靠在光滑的固定斜面上，試畫(huà)出圓輪的受力圖。,例1-2 如圖所示AB梁，在c處承受力P，試畫(huà)出 AB梁的受力圖。,,,,,,,,,,,,,,,

14、,,,,,,,,A,B,C,,,A,B,C,,,,,,,,,A,B,C,,,,,,,例1-3：畫(huà)出滑輪、CD桿、AB桿和整體受力圖。,1、研究滑輪,,,,2、研究CD桿,,,3、研究AB桿,,4、研究整體,例1-4 不計(jì)自重的梯子放在光滑水平地面上，畫(huà)出梯子、梯子左右兩部分與整個(gè)系統(tǒng)受力圖．,解：繩子受力圖如圖（b）所示,梯子左邊部分受力圖如圖（c）所示,梯子右邊部分受力圖如圖（d）所示,整體受力圖如圖（e）所示,提問(wèn)：左右兩部分梯子

15、在A處，繩子對(duì)左右兩部分梯子均有力作用，為什么在整體受力圖沒(méi)有畫(huà)出？,內(nèi)力：作用在系統(tǒng)內(nèi)部的力外力：系統(tǒng)以外的物體給系統(tǒng)的作用力,71,,練習(xí)1、鋼索懸掛裝置（不計(jì)角鋼重量）,72,練習(xí)2、懸臂吊車(chē)裝置,,思考題1：圖示為不計(jì)自重的三鉸剛架，試分別畫(huà)出剛架AC、剛架CB及整體的受力圖。,在本問(wèn)題中，集中載荷 P 作用在鉸 C 上。 通常認(rèn)為集中載荷是作用在 C 銷(xiāo)上的，下面就對(duì)研究對(duì)象的選取的三種情況分別討論。,,,,,（1）銷(xiāo) C

16、與剛架 AC 一起作為研究對(duì)象,銷(xiāo)C與哪邊剛架一起作為研究對(duì)象， 集中載荷 P 就畫(huà)在哪邊剛架的鉸C上。,,,,,,（2）銷(xiāo) C 與剛架 CB 一起作為研究對(duì)象,,,,,當(dāng)要求精確畫(huà)出約束反力時(shí)這樣畫(huà),,,,（3）專(zhuān)門(mén)分析銷(xiāo) C 的受力,,,,見(jiàn)后續(xù),對(duì)二力桿最好不要這樣畫(huà)！,（4）整體受力圖,從前面兩種情況的分析可見(jiàn)，應(yīng)盡量不要把銷(xiāo)與二力構(gòu)件放在一起作研究對(duì)象可使分析簡(jiǎn)單。當(dāng)然，對(duì)于作用集中載荷的鉸的兩邊構(gòu)件都為二力構(gòu)件時(shí)，以