工程力學(xué)緒論ppt

11.1

什么是力學(xué)1.2力學(xué)與工程1.3現(xiàn)代力學(xué)的發(fā)展及其特點(diǎn)1.7工程靜力學(xué)研究主線1.5最基本概念--力和運(yùn)動(dòng)1.4學(xué)科分類1.6一般研究方法第一章緒論返回主目錄2是各技術(shù)工程學(xué)科的重要理論基礎(chǔ)，是溝通自然科學(xué)基礎(chǔ)理論與工程實(shí)踐的橋梁。所闡述的規(guī)律帶有普遍性，是一門(mén)基礎(chǔ)科學(xué)。直接服務(wù)于工程,又是一門(mén)技術(shù)科學(xué)。力學(xué)是研究物質(zhì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)。墨子：“力，形之所以?shī)^也”。（公元前4世紀(jì)）

力是物體為什么改變其狀態(tài)的原因。

1.1什么是力學(xué)？3機(jī)械、結(jié)構(gòu)等受力如何？如何運(yùn)動(dòng)？如何變形？破壞？如何控制設(shè)計(jì)？其目的是：

了解工程系統(tǒng)的性態(tài)并為其設(shè)計(jì)提供合理的規(guī)則。工程力學(xué)（或者應(yīng)用力學(xué)）是:將力學(xué)原理應(yīng)用實(shí)際工程系統(tǒng)的科學(xué)。性態(tài)規(guī)則返回主目錄4以力學(xué)與航空航天工程為例簡(jiǎn)單回顧。1.2力學(xué)與工程5實(shí)驗(yàn)探索：風(fēng)箏、火箭、模擬鳥(niǎo)類滑翔等。問(wèn)題一、如何飛起來(lái)？6到19世紀(jì)末，經(jīng)典流體力學(xué)基礎(chǔ)已經(jīng)形成。1783年6月，法蒙高兄弟布袋式熱氣球飛行。1875年，氫氣球載人飛行到萬(wàn)米高空。19世紀(jì)后，出現(xiàn)了飛艇。充填氫、氦、熱空氣等產(chǎn)生升力，用動(dòng)力裝置輔助控制,可以向任意方向飛行?？諝忪o力飛行：（氣球、飛艇）

到20世紀(jì)，人們從理論和實(shí)踐二方面研究飛行器與空氣相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)作用力(升力，阻力)的產(chǎn)生及其規(guī)律?？諝鈩?dòng)力學(xué)

發(fā)展并形成新分枝?？諝鈩?dòng)力飛行：71949年，第一架噴氣式客機(jī)“彗星號(hào)”,可載客80名，最大起飛重量達(dá)70噸，跨音速。1903年，萊特兄弟（美國(guó)）的木制機(jī)身、雙層帆布機(jī)翼螺旋槳飛機(jī)第一次飛行。8空氣動(dòng)力試驗(yàn)---風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)9材料力學(xué)性能、結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析、失效判據(jù)、設(shè)計(jì)規(guī)范研究?jī)?nèi)容問(wèn)題二如何飛？作為剛體，研究運(yùn)動(dòng)規(guī)律和控制。飛行力學(xué)

材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué)、計(jì)算力學(xué)等。

屬于靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)。相應(yīng)學(xué)科問(wèn)題三如何保證結(jié)構(gòu)的安全？

無(wú)缺陷均勻材料，變形體。研究對(duì)象10飛機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)機(jī)翼破壞實(shí)驗(yàn)11機(jī)身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)12材料缺陷的影響如何？載荷變化的影響如何？60年代末，美國(guó)空軍F-111飛機(jī)連續(xù)發(fā)生災(zāi)難性事故，是由含裂紋構(gòu)件的脆性斷裂引起的，斷裂力學(xué)方法也從此引入飛機(jī)設(shè)計(jì)中。斷裂力學(xué)--考慮材料缺陷和裂紋近代，復(fù)合材料，智能結(jié)構(gòu)的研究。目標(biāo)：更輕、更快、更安全（自監(jiān)測(cè)、自診斷）1952年，“Comet”試飛300多小時(shí)后投入使用。1954年元月突然發(fā)生空中爆炸，墜落于地中海。殘骸研究后表明，起源于機(jī)身開(kāi)口拐角處的裂紋，在擾動(dòng)載荷作用下擴(kuò)展導(dǎo)致破壞。疲勞力學(xué)--考慮載荷變化和重復(fù)作用的影響13

振動(dòng)、噪聲控制；穩(wěn)定性和可操縱性力學(xué)與工程緊密結(jié)合。是一門(mén)既古老又年輕的學(xué)科，它對(duì)于近、現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，有重要的影響。問(wèn)題四、如何更加舒適？飛起來(lái)?跨、超音速空氣動(dòng)力學(xué)噴氣機(jī)、后掠翼、復(fù)合材料快速理論力學(xué)飛行力學(xué)如何飛？安全振動(dòng)噪聲；穩(wěn)定性舒適材料力學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)彈性力學(xué)計(jì)算力學(xué)疲勞力學(xué)斷裂力學(xué)空氣動(dòng)力學(xué)雙、單翼機(jī)氣球、飛艇流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)力學(xué)14大型汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的破壞例：15

軸葉輪

疲勞斷裂破壞16

轉(zhuǎn)子軸疲勞開(kāi)裂

疲勞斷裂破壞17葉片擊穿廠房18臺(tái)南高屏大橋斷裂2000年8月27日下午3時(shí)20分，臺(tái)灣南部高屏大橋斷裂，大橋中間下陷部分長(zhǎng)達(dá)100米。17輛車墜河，22人受傷。采沙過(guò)度，河面沉降10余米，橋墩先斷裂。192000年７月25日，法航協(xié)和式客機(jī)墜毀，113人死亡。地面鐵條使輪胎爆裂，碎片侵入發(fā)動(dòng)機(jī)。20汽車碰撞試驗(yàn)21建筑物控制爆破22上海東方電視塔高300m球徑45m23抗震模型試驗(yàn)（破壞部位、破壞形式、抗震能力）返回主目錄24材料與對(duì)象：金屬、土木石等

新型復(fù)合材料、高分子材料、結(jié)構(gòu)陶瓷、功能材料。尺度：宏觀、連續(xù)體

含缺陷體，細(xì)、微觀、納米尺度。1力學(xué)研究的發(fā)展：應(yīng)用領(lǐng)域：

航空、土木、機(jī)械、材料

生命、微電子技術(shù)等實(shí)驗(yàn)技術(shù)：

電、光測(cè)實(shí)驗(yàn)技術(shù)

全息、超聲、光纖測(cè)量，及實(shí)驗(yàn)裝置的大型化。1.3現(xiàn)代力學(xué)發(fā)展及其特點(diǎn)25靜強(qiáng)度、斷裂控制設(shè)計(jì)、抗疲勞設(shè)計(jì)、剛度設(shè)計(jì)

損傷容限設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、耐久性設(shè)計(jì)和可靠性設(shè)計(jì)等。保證結(jié)構(gòu)與構(gòu)件的安全和功能

設(shè)計(jì)-制造-使用-維護(hù)的綜合分析與控制，功能—安全—經(jīng)濟(jì)的綜合性評(píng)價(jià)，自感知、自激勵(lì)、自適應(yīng)（甚至自診斷、自修復(fù)）的智能結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)目標(biāo)：設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：262現(xiàn)代力學(xué)的特點(diǎn)應(yīng)用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、信息技術(shù)，

與其他基礎(chǔ)或技術(shù)學(xué)科相互結(jié)合與滲透。材料設(shè)計(jì)：按所要求的性能設(shè)計(jì)材料。(90年代)計(jì)算機(jī)應(yīng)用：計(jì)算力學(xué)+計(jì)算機(jī)應(yīng)用

(60年代)解決復(fù)雜、困難的工程實(shí)際問(wèn)題。使工程結(jié)構(gòu)分析技術(shù)；（結(jié)合CAD技術(shù)）監(jiān)測(cè)、控制技術(shù)（如振動(dòng)監(jiān)測(cè)、故障診斷）；工程系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程的計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真技術(shù)；廣泛應(yīng)用至各工程領(lǐng)域。2790年代開(kāi)始，力學(xué)與材料、控制（包括傳感與激勵(lì)）、計(jì)算機(jī)相結(jié)合，研究發(fā)展面向21世紀(jì)的、具有“活”的功能的智能結(jié)構(gòu)。智能結(jié)構(gòu)：生物材料力學(xué)性能、微循環(huán)、定量生理學(xué)、心血管系統(tǒng)臨床問(wèn)題和生物醫(yī)學(xué)工程等?！皼](méi)有生物力學(xué)，就不能很好地了解生理學(xué)。”生物力學(xué)：(70年代馮元禎博士)依托新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展力學(xué)。

航空航天、信息、生命、功能材料等返回主目錄281.4學(xué)科分類靜力學(xué)：研究力系或物體的平衡問(wèn)題，不涉及物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變；如飛機(jī)停在地面或巡航。運(yùn)動(dòng)學(xué)：研究物體如何運(yùn)動(dòng)，不討論運(yùn)動(dòng)與受力的關(guān)系；如飛行軌跡、速度、加速度。動(dòng)力學(xué)：研究力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。如何提供加速度？按運(yùn)動(dòng)與否分：29按研究對(duì)象分：一般力學(xué)：對(duì)象是剛體。研究力及其與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。有理論力學(xué)，分析力學(xué)等。流體力學(xué)：對(duì)象是氣體和液體。有水力學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)等。固體力學(xué)：對(duì)象是可變形固體。研究強(qiáng)度、變形、破壞等。有材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué)、塑性力學(xué)、斷裂、疲勞等。

(理論分析、實(shí)驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算)有實(shí)驗(yàn)力學(xué)、計(jì)算力學(xué)二個(gè)方面的分支。按研究手段分：

有飛行力學(xué)、船舶結(jié)構(gòu)力學(xué)、巖土力學(xué)等。按應(yīng)用領(lǐng)域分：30力