工程力學(xué)1講緒論

1、工程力學(xué)主講：卞梁2013年9月1第1講 緒論 、1-1、1-2、1-3、1-4 工程力學(xué)教學(xué)計(jì)劃收交作業(yè)、考核方式與比例緒論11、12、1-3、1-4教學(xué)基本要求與教學(xué)重點(diǎn)： 【1】靜力學(xué)基本公理； 【2】約束與約束反力（重點(diǎn)） 。2工程力學(xué)教學(xué)計(jì)劃【72學(xué)時(shí)】序號(hào) 內(nèi)容 課時(shí)分配 理論課 習(xí)題課 、實(shí)驗(yàn) 共計(jì) 1第1章3142第2章223第3章224第4章4265第5章6 2（實(shí)驗(yàn)）86第6章227第7章42（實(shí)驗(yàn)）68第8章4269第9章62（實(shí)驗(yàn)）810第10章42611第11章42612第12章62（實(shí)驗(yàn)）813第13章4414總復(fù)習(xí)22（機(jī)動(dòng)）415合計(jì)5319723收交作業(yè)、考核

2、方式與比例【1】每周輪流交作業(yè)（按學(xué)號(hào)抽查）【2】考核方式與比例：平時(shí)成績(jī)（到課情況、作業(yè)按時(shí)完成與質(zhì)量及交納情況、課堂筆記課堂討論與課堂練習(xí)等） 占20；實(shí)驗(yàn) 占10期末考試 占70注：缺課3次以上，平時(shí)成績(jī)0分。實(shí)驗(yàn)不做不得參加期末考試！4緒論：工程力學(xué)課程總論 理論力學(xué)（靜力學(xué)）工程力學(xué) 材料力學(xué)5工程力學(xué)問(wèn)題無(wú)處不在工程力學(xué)在各工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。機(jī)械船舶現(xiàn)代建筑水利工程航空航天核電站6高層建筑與大型橋梁中的力學(xué)問(wèn)題桁架與剛架的受力分析；靜定與超靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析、變形分析與計(jì)算方法；結(jié)構(gòu)物的載荷分析與按強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等要求進(jìn)行的結(jié)構(gòu)合理設(shè)計(jì)與優(yōu)化設(shè)計(jì)；高層建筑的抗風(fēng)設(shè)計(jì)與地震

3、反應(yīng)分析。7高層建筑8高層建筑與大型橋梁 浦 東 開(kāi) 發(fā) 區(qū)9華西增地空中新農(nóng)村大樓 10高層建筑與大型橋梁中的力學(xué)問(wèn)題11纜索與立柱12北京奧運(yùn)會(huì)主體場(chǎng)館鳥(niǎo)巢與水立方等現(xiàn)代建筑132012倫敦奧林匹克主體育場(chǎng) 14倫敦碗 15船舶結(jié)構(gòu)與海洋工程中的力學(xué)問(wèn)題船舶工程結(jié)構(gòu)中的一些主要力學(xué)問(wèn)題包括船舶穩(wěn)定性分析、推進(jìn)的運(yùn)動(dòng)與阻力分析、船舶與海洋結(jié)構(gòu)物的水動(dòng)力學(xué)、靜動(dòng)強(qiáng)度分析。海洋石油平臺(tái)面臨的力學(xué)問(wèn)題更加復(fù)雜除了上述問(wèn)題外，還有海浪、臺(tái)風(fēng)襲擊、地震與海嘯等載荷引發(fā)的結(jié)構(gòu)物的運(yùn)動(dòng)、變形甚至破壞。16圖1-1 中國(guó)“540”號(hào)海軍新型導(dǎo)彈護(hù)衛(wèi)艦 圖1-2 “世滬”號(hào)貨船下水圖1-3 美國(guó)“小鷹”號(hào)航空

4、母艦 圖5 氣墊船（最大航速140節(jié)）17艦載飛機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)和彈射器推力 作用下從甲板上起飛 若已知推力和跑道可能長(zhǎng)度，則需要多大的初速度和一定的時(shí)間隔后才能達(dá)到飛離甲板時(shí)的速度。 若已知初速度、一定的時(shí)間間隔后飛離甲板時(shí)的速度，則需要彈射器施加多大推力，或者確定需要多長(zhǎng)的跑道。18海洋石油鉆井平臺(tái)19車輛與機(jī)械20我國(guó)高速列車和諧號(hào)動(dòng)車21大型水利工程設(shè)施長(zhǎng)江三峽工程22航空航天中的力學(xué)問(wèn)題23核電站的熱核反應(yīng)堆安全殼的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、抗地震與抗飛機(jī)撞擊的分析計(jì)算與設(shè)計(jì)。24計(jì)算機(jī)硬盤驅(qū)動(dòng)器給定不變的角加速度，從啟動(dòng)到正常運(yùn)行所需的時(shí)間以及所需經(jīng)歷的轉(zhuǎn)數(shù)。已知轉(zhuǎn)臺(tái)的質(zhì)量及其分布，當(dāng)驅(qū)動(dòng)器到達(dá)正常運(yùn)行

5、所需角速度時(shí)，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的功率如何確定?25 雷達(dá)跟蹤目標(biāo) 怎樣在不同的時(shí)間間隔內(nèi)通過(guò)測(cè)量目標(biāo)與雷達(dá)之間的距離和雷達(dá)方位角才能準(zhǔn)確地測(cè)定目標(biāo)的速度和加速度？ 26 棒球在被球棒擊打后，其速度的大小和方向發(fā)生了變化。如果已知這種變化即可確定球與棒的相互作用力。日常生活中的工程力學(xué)問(wèn)題27日常生活中的工程力學(xué)問(wèn)題28工程力學(xué)研究的兩大類問(wèn)題【1】理論力學(xué)研究物體(質(zhì)點(diǎn)、剛體模型）的運(yùn)動(dòng)（平衡條件），研究作用在物體上的力與運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系；【2】材料力學(xué)研究物體（變形體模型）的變形，研究作用在物體上的力與變形之間的關(guān)系。 （研究強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性問(wèn)題）29工程力學(xué)的基本概念剛體平衡變形體變形桿件學(xué)好工程

6、力學(xué)的方法：做題+思考3011、12 、13 、14教學(xué)基本要求與教學(xué)重點(diǎn)： 【1】靜力學(xué)基本公理； 【2】約束與約束反力（重點(diǎn)）。課外作業(yè)：習(xí)題1131第一章靜力學(xué)基礎(chǔ)和物體的受力分析32第一節(jié) 力和力系的基本概念力：物體間相互的機(jī)械作用，作用效果使物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變力的三要素：大小、方向、作用點(diǎn). 力是矢量一、力的概念力集中力分布力 q（N/m2）載荷集度33力系：一群力.可分為：平面匯交（共點(diǎn)）力系，平面平行力系，平面力偶系，平面任意力系；空間匯交（共點(diǎn)）力系，空間平行力系，空間力偶系，空間任意力系二、力系的概念如果一個(gè)力系對(duì)物體的作用是使物體處于平衡狀態(tài)，則此力系稱為平衡力系。

7、 若兩個(gè)力系分別作用于一個(gè)物體上時(shí)其作用效應(yīng)相同，就說(shuō)這兩個(gè)力系是等效力系。如果一個(gè)力和一個(gè)力系等效，則稱這個(gè)力是力系的合力，而將力系中的各個(gè)力稱作合力的分力。 34第二節(jié) 靜力學(xué)基本公理公理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，如圖所示。35公理2 二力平衡條件 使剛體平衡的充分必要條件最簡(jiǎn)單力系的平衡條件作用在剛體上的兩個(gè)力，使剛體保持平衡的必要和充分條件是：這兩個(gè)力的大小相等，方向相反，且作用在同一直線上。36剛化原理柔性體（受拉力平衡）剛化為剛體（仍平衡）反之不一定成立

8、，因?qū)傮w平衡的充分必要條件，對(duì)變形體是必要的但非充分的剛體（受壓平衡）柔性體（受壓不能平衡） 變形體在某一力系作用下處于平衡，如將此變形體剛化為剛體，其平衡狀態(tài)保持不變。37在兩個(gè)力作用下處于平衡的物體稱為二力體；若為桿件，則稱為二力桿。二力桿根據(jù)二力平衡公理可知，作用在二力體上的兩個(gè)力，它們必通過(guò)兩個(gè)力作用點(diǎn)的連線（與桿件的形狀無(wú)關(guān)），且等值、反向。38公理3 加減平衡力系原理推論1 力的可傳性作用在剛體上的力的三要素為大小、方向和作用線，是滑動(dòng)矢量 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。 作用于剛體上某點(diǎn)的力，可以沿著它的作用線移到剛體內(nèi)任意一點(diǎn)，并不改變?cè)摿?/p>

9、對(duì)剛體的作用。39推論2 三力平衡匯交定理平衡時(shí) 必與 共線則三力必匯交O 點(diǎn)，且共面 作用于剛體上三個(gè)相互平衡的力，若其中兩個(gè)力的作用線匯交于一點(diǎn)，則此三力必在同一平面內(nèi)，且第三個(gè)力的作用線通過(guò)匯交點(diǎn)。40公理4 作用和反作用定律作用力和反作用力總是同時(shí)存在，同時(shí)消失，等值、反向、共線，作用在相互作用的兩個(gè)物體上在畫(huà)物體受力圖時(shí)要注意此公理的應(yīng)用41第三節(jié) 力的合成與分解一、力的合成 力的合成的本質(zhì)就在于保證作用效果相同的前提下，用一個(gè)力的作用代替幾個(gè)力的作用，這個(gè)力就是那幾個(gè)力的“等效力”（合力）。 |F1F2| FR F1F2 42二、力的分解力的分解遵循平行四邊形法則，力的分解相當(dāng)于已

10、知對(duì)角線求鄰邊。 F1F2FO43約束：對(duì)非自由體的位移起限制作用的物體.約束反力：約束對(duì)非自由體的作用力約束反力大小待定方向與該約束所能阻礙的位移方向相反作用點(diǎn)接觸處第四節(jié) 約束與約束反力主動(dòng)力：重力、推力、機(jī)械的動(dòng)力和載荷441、柔體約束柔體只能受拉力，又稱張力.用 表示柔體對(duì)物體的約束力沿著柔索背離被約束物體工程常見(jiàn)的約束G45膠帶對(duì)輪的約束力沿輪緣的切線方向，為拉力462、光滑接觸面約束光滑接觸面對(duì)非自由體的約束力，作用在接觸點(diǎn)處；方向沿接觸處的公法線并指向受力物體，故稱為法向約束力，用 表示47483、圓柱鉸鏈約束（徑向軸承、圓柱鉸鏈、固定鉸鏈支座等）（1） 徑向軸承（向心軸承）約束

11、特點(diǎn)：軸在軸承孔內(nèi)，軸為非自由體、軸承孔為約束49約束力： 當(dāng)不計(jì)摩擦?xí)r，軸與孔在接觸為光滑接觸約束法向約束力約束力作用在接觸處，沿徑向指向軸心當(dāng)外界載荷不同時(shí)，接觸點(diǎn)會(huì)變，則約束力的大小與方向均有改變可用二個(gè)通過(guò)軸心的正交分力 表示50（2）光滑圓柱鉸鏈約束特點(diǎn)：由兩個(gè)各穿孔的構(gòu)件及圓柱銷釘組成，如剪刀51約束力：光滑圓柱鉸鏈：亦為孔與軸的配合問(wèn)題，與軸承一樣，可用兩個(gè)正交分力表示其中有作用與反作用關(guān)系 一般不必分析銷釘受力，當(dāng)要分析時(shí)，必須把銷釘單獨(dú)取出52銷釘受力與構(gòu)件固連受力圖銷釘單獨(dú)取出受力圖53（3） 固定鉸鏈支座約束特點(diǎn)：由圓柱鉸鏈中的構(gòu)件1或2之一與地面或機(jī)架固定而成約束力：與

12、圓柱鉸鏈相同以上三種約束（徑向軸承、光滑圓柱鉸鏈、固定鉸鏈支座）其約束特性相同，均為軸與孔的配合問(wèn)題，都可稱作光滑鉸鏈約束544、其它類型約束（1）可動(dòng)鉸支座（滾動(dòng)支座）約束特點(diǎn)：在上述固定鉸支座與光滑固定平面之間裝有光滑輥軸而成約束力：構(gòu)件受到光滑面的約束力55（2）鏈桿約束兩端各以鉸鏈與其他物體相連接且在中間不再受力（包括物體本身的自重）的直桿稱為鏈桿 。這種約束對(duì)物體的約束反力沿著鏈桿兩端鉸結(jié)點(diǎn)的連線，其方向或指向物體（即為壓力），或背離物體（即為拉力）。 56(3) 球鉸鏈約束特點(diǎn)：通過(guò)球與球殼將構(gòu)件連接，構(gòu)件可以繞球心任意轉(zhuǎn)動(dòng)，但構(gòu)件與球心不能有任何移動(dòng)約束力：當(dāng)忽略摩擦?xí)r，球與球座亦是光滑約束問(wèn)題約束力通過(guò)接觸點(diǎn),并指向球心,是一個(gè)不能預(yù)先確定的空間力.可用三個(gè)正交分力表示57（4）止推軸承約束特點(diǎn)：止推軸承比徑向軸承多一個(gè)軸向的位移限制約束力：比徑向軸承多一個(gè)軸向的約束反力，亦有三個(gè)正交分力 58（5）固定支座（固定端約束）59小 結(jié)靜力學(xué)基本公理公理1 力