工程力學(xué)(高教版)教案：緒論

1、課題第1講一一緒論學(xué)時1學(xué)時教學(xué)目的要求掌握工程力學(xué)的任務(wù)、地位、作用和學(xué)習(xí)方法，可變形固體的基本假設(shè)，工程力學(xué)的研究對象(桿件)，桿件變形的形式。理解工程力學(xué)的研究對象(桿件)的幾何特征，使學(xué)生對工程力學(xué)這門課程的任務(wù)、研究對象有一個全面的概念。了解工程的發(fā)展簡史和學(xué)習(xí)本課程的方法。主要內(nèi)容工程力學(xué)的研究內(nèi)容重點(diǎn)難點(diǎn)變形固體及其基本假設(shè)教學(xué)方法和手段以講授為主，使用電子教案課后作業(yè)練習(xí)預(yù)習(xí)：第一章靜力學(xué)基本概念一、工程力學(xué)的研究對象建筑物中承受荷載而起骨架作用的部分稱為結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)是由若干構(gòu)件按一定方式組合而成的。組成結(jié)構(gòu)的各單獨(dú)部分稱為構(gòu)件。例如：支承渡槽槽身的排架是由立柱和橫梁組成的剛架結(jié)

2、構(gòu)，如圖1la所示；單層廠房結(jié)構(gòu)由屋頂、樓板和吊車梁、柱等構(gòu)件組成，如圖1lb所示。結(jié)構(gòu)受荷載作用時，如不考慮建筑材料的變形，其幾何形狀和位置不會發(fā)生改(a)(b)圖0-1變。結(jié)構(gòu)按其幾何特征分為三種類型：桿系結(jié)構(gòu)：由桿件組成的結(jié)構(gòu)。桿件的幾何特征是其長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于橫截面的寬度和高度。薄壁結(jié)構(gòu)：由薄板或薄殼組成。薄板或薄殼的幾何特征是其厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于另兩個方向的尺寸。（3）實(shí)體結(jié)構(gòu)：由塊體構(gòu)成。其幾何特征是三個方向的尺寸基本為同一數(shù)量級。工程力學(xué)的研究對象主要是桿系結(jié)構(gòu)。二、工程力學(xué)的研究內(nèi)容和任務(wù)工程力學(xué)的任務(wù)是研究結(jié)構(gòu)的幾何組成規(guī)律，以及在荷載的作用下結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性問題。研究平

3、面桿系結(jié)構(gòu)的計算原理和方法，為結(jié)構(gòu)設(shè)計合理的形式，其目的是保證結(jié)構(gòu)按設(shè)計要求正常工作，并充分發(fā)揮材料的性能，使設(shè)計的結(jié)構(gòu)既安全可靠又經(jīng)濟(jì)合理。進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要求在受力分析基礎(chǔ)上，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的幾何組成分析，使各構(gòu)件按一定的規(guī)律組成結(jié)構(gòu)，以確保在荷載的作用下結(jié)構(gòu)幾何形狀不發(fā)生發(fā)變。結(jié)構(gòu)正常工作必須滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的要求。強(qiáng)度是指抵抗破壞的能力。滿足強(qiáng)度要求就是要求結(jié)構(gòu)的構(gòu)件在正常工作時不發(fā)生破壞。剛度是指抵抗變形的能力。滿足剛度要求就是要求結(jié)構(gòu)的構(gòu)件在正常工作時產(chǎn)生的變形不超過允許范圍。穩(wěn)定性是指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件保持原有的平衡狀態(tài)的能力。滿足穩(wěn)定性要求就是要求結(jié)構(gòu)的構(gòu)件在正常工作時不突然改變原有平

4、衡狀態(tài)，以免因變形過大而破壞。按教學(xué)要求，工程力學(xué)主要研究以下幾個部分的內(nèi)容。（1）靜力學(xué)基礎(chǔ)。這是工程力學(xué)的重要基礎(chǔ)理論。包括物體的受力分析、力系的簡化與平衡等剛體靜力學(xué)基礎(chǔ)理論。（2）桿件的承載能力計算。這部分是計算結(jié)構(gòu)承載能力計算的實(shí)質(zhì)。包括基本變形桿件的內(nèi)力分析和強(qiáng)度、剛度計算，壓桿穩(wěn)定和組合變形桿件的強(qiáng)度、剛度計算。（3）靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計算。這部分是靜定結(jié)構(gòu)承載能力計算和超靜定結(jié)構(gòu)計算的基礎(chǔ)。包括研究結(jié)構(gòu)的組成規(guī)律、靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析和位移計算等。（4）超靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析。是超靜定結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度問題的基礎(chǔ)。包括力法、位移法、力矩分配法和矩陣位移法等求解超靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力的基本方法。三

5、、剛體、變形固體及其基本假設(shè)工程力學(xué)中將物體抽象化為兩種計算模型：剛體和理想變形固體。剛體是在外力作用下形狀和尺寸都不改變的物體。實(shí)際上，任何物體受力的作用后都發(fā)生一定的變形，但在一些力學(xué)問題中，物體變形這一因素與所研究的問題無關(guān)或?qū)ζ溆绊懮跷?，這時可將物體視為剛體，從而使研究的問題得到簡化。理想變形固體是對實(shí)際變形固體的材料理想化，作出以下假設(shè)：（1）連續(xù)性假設(shè)。認(rèn)為物體的材料結(jié)構(gòu)是密實(shí)的，物體內(nèi)材料是無空隙的連續(xù)分布。（2）均勻性假設(shè)。認(rèn)為材料的力學(xué)性質(zhì)是均勻的，從物體上任取或大或小一部分，材料的力學(xué)性質(zhì)均相同。（3）向同性假設(shè)。認(rèn)為材料的力學(xué)性質(zhì)是各向同性的，材料沿不同方向具有相同的力學(xué)性質(zhì)，而各方向力學(xué)性質(zhì)不同的材料稱為各向異性材料。本教材中僅研究各向同性材料。按照上述假設(shè)理想化的一般變形固體稱為理想變形固體。剛體和變形固體都是工程力學(xué)中必不可少的理想化的力學(xué)模型。變形固體受荷載作用時將產(chǎn)生變形。當(dāng)荷載撤去后，可完全消失的變形稱為彈性變形；不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形或殘余變形。在多數(shù)工程問題中，要求構(gòu)件只發(fā)生彈性變形。工程中，大多數(shù)構(gòu)件在荷載的作用下產(chǎn)生的變形量若與其原始尺寸相比很微小，稱為小變形。小變形構(gòu)件的計算，可采