工程力學1緒論及靜力學基礎(chǔ)

工程力學1緒論及靜力學基礎(chǔ)匯報人：AA2024-01-28目錄contents課程引言靜力學基本概念靜力學公理與定理約束與約束力物體的受力分析與受力圖靜力學平衡方程及其應(yīng)用靜力學在工程中的應(yīng)用課程引言01工程力學的定義01工程力學是研究物體機械運動規(guī)律的科學，是力學的一個分支。它主要研究物體在力的作用下產(chǎn)生的變形和破壞以及剛度、強度、穩(wěn)定性和振動等方面的問題。工程力學的研究對象02工程力學的研究對象包括各種工程結(jié)構(gòu)，如建筑、橋梁、道路、隧道、水利設(shè)施等，以及機械、航空、航天等各種工程領(lǐng)域中的構(gòu)件和系統(tǒng)。工程力學的研究方法03工程力學采用理論分析、實驗研究和數(shù)值模擬等方法，對物體的機械運動規(guī)律進行研究，為工程設(shè)計提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。工程力學概述課程目標與要求課程目標本課程的目標是使學生掌握工程力學的基本概念和基本原理，具備分析和解決工程實際問題的能力，為后續(xù)專業(yè)課程的學習打下堅實的基礎(chǔ)。課程要求要求學生掌握靜力學的基本概念和基本原理，掌握物體的受力分析、力系的簡化、平衡條件及應(yīng)用等方面的知識，具備運用所學知識分析和解決工程實際問題的能力。本課程采用課堂講授、討論、案例分析等多種教學方法，引導學生積極參與課堂學習和討論，激發(fā)學生的學習興趣和主動性。學習方法建議學生在課前認真預習相關(guān)知識點，帶著問題聽課；課后及時復習鞏固所學內(nèi)容，多做習題加強練習；積極參與課堂討論和案例分析，提高分析問題和解決問題的能力。學習建議學習方法與建議靜力學基本概念02靜力學主要研究物體在力系作用下的平衡條件，以及如何確定力的大小和方向。靜力學的任務(wù)是確定物體在給定力系作用下的平衡狀態(tài)，以及求解未知力的大小和方向，為工程實踐提供理論支持。靜力學研究對象與任務(wù)研究任務(wù)研究對象力的概念力是物體間相互作用的結(jié)果，是改變物體運動狀態(tài)的原因。力的性質(zhì)力具有大小、方向和作用點三個要素，遵循牛頓第三定律，即作用力與反作用力大小相等、方向相反、作用在同一直線上。力的概念與性質(zhì)力系的概念與分類作用于物體上的一組力稱為力系。力系的概念根據(jù)力系中各力的作用線分布特征，可將力系分為匯交力系、平行力系和一般力系三類。其中，匯交力系中各力的作用線交于一點，平行力系中各力的作用線相互平行，一般力系則不具有上述兩種特征。力系的分類靜力學公理與定理03VS作用于剛體的兩個力平衡的充分與必要條件是，此二力大小相等，方向相反，作用線重合。作用力與反作用力公理兩物體間存在作用力與反作用力，兩力大小相等，方向相反，分別作用在兩個物體上。二力平衡公理二力平衡公理與作用力與反作用力公理作用在物體上同一點的兩個力可以合成為一個合力，合力也作用于該點，其大小和方向由以兩個力為鄰邊所構(gòu)成的平行四邊形的對角線確定。在已知力系上加上或減去任意平衡力系，并不改變原力系對剛體的作用效應(yīng)。力的平行四邊形法則加減平衡力系原理力的平行四邊形法則與加減平衡力系原理三力平衡匯交定理剛體受三個不共面的力作用而平衡時，此三力的作用線必匯交于一點。剛化原理在靜力學中，可將變形固體視為剛體，忽略其微小變形，從而簡化問題的分析過程。三力平衡匯交定理與剛化原理約束與約束力04約束的概念約束是指對物體運動自由的限制，即物體間的相互作用力。在工程實際中，約束普遍存在，如橋梁的支座、機械零件的配合面等。要點一要點二約束的分類根據(jù)約束的性質(zhì)和作用方式，約束可分為柔性約束、光滑面約束和固定端約束等。約束的概念與分類由柔軟的繩索、鏈條或皮帶等構(gòu)成的約束。其約束力作用線沿柔索中心線，指向物體，恒為拉力。柔性約束當兩物體接觸面之間的摩擦力小到可以忽略不計時，可將接觸面視為理想光滑的約束。不論接觸面是平面或曲面，都不能限制物體沿接觸面切線方向的運動，而只能限制物體沿著接觸面的公法線指向并離開物體的運動。光滑面約束常見約束及其約束力分析靜力平衡法根據(jù)靜力學平衡條件，列出物體所受外力和約束力的平衡方程，從而求解約束力。這種方法適用于簡單結(jié)構(gòu)或已知部分約束力的情況。虛位移法通過假設(shè)物體發(fā)生虛位移，利用虛功原理建立方程求解約束力。這種方法適用于復雜結(jié)構(gòu)或難以直接應(yīng)用靜力平衡法的情況。圖解法在特定條件下，可以通過作圖的方式直觀地表示出約束力的大小和方向。這種方法簡便易行，但精度較低，適用于初步分析和設(shè)計階段。約束力的求解方法物體的受力分析與受力圖05將研究對象從周圍物體中隔離出來，單獨進行受力分析。隔離法整體法假設(shè)法將幾個物體視為一個整體，分析整體受到的外力。在分析物體受力時，先假設(shè)物體處于某種狀態(tài)，然后根據(jù)已知條件進行推理分析。030201物體的受力分析方法繪制步驟確定研究對象，畫出其輪廓圖。在輪廓圖上標出作用在研究對象上的所有外力。受力圖的繪制步驟與注意事項用箭頭表示力的方向，線段長度表示力的大小。在箭頭附近標出力的名稱和大小。注意事項受力圖的繪制步驟與注意事項作用在物體上的力必須畫在物體上，不能畫在物體外。力的方向必須準確表示，不能隨意畫箭頭。同一物體上的力應(yīng)盡量畫在同一比例尺上，以便于比較大小。受力圖的繪制步驟與注意事項物體在斜面上的受力分析案例分析一物體研究對象物體的重力、斜面的傾角、物體與斜面之間的摩擦系數(shù)已知條件典型案例分析03研究對象兩物體組成的系統(tǒng)01分析步驟畫出物體的輪廓圖，標出重力、斜面對物體的支持力和摩擦力，根據(jù)已知條件計算各力的大小和方向。02案例分析二兩物體之間的相互作用力分析典型案例分析已知條件兩物體的質(zhì)量、相互作用力的大小和方向分析步驟畫出兩物體的輪廓圖，標出相互作用力和各自的重力，根據(jù)已知條件計算各力的大小和方向。典型案例分析靜力學平衡方程及其應(yīng)用06平面力偶系的平衡方程利用力偶的性質(zhì)和平衡條件，建立平面力偶系的平衡方程，用于解決剛體在平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動平衡問題。平面任意力系的平衡方程通過向某點簡化平面任意力系，得到主矢和主矩，進而建立平衡方程，可應(yīng)用于剛體在平面內(nèi)的復雜平衡問題。平面匯交力系的平衡方程通過解析法或圖解法求解平面匯交力系的平衡問題，可應(yīng)用于剛體在平面內(nèi)的平衡分析。平面力系的平衡方程及其應(yīng)用空間力系的平衡方程及其應(yīng)用通過向某點或某軸簡化空間任意力系，得到主矢、主矩和附加矩，進而建立平衡方程，可應(yīng)用于剛體在空間中的復雜平衡問題?？臻g任意力系的平衡方程采用解析法或圖解法求解空間匯交力系的平衡問題，適用于剛體在空間中的平衡分析?？臻g匯交力系的平衡方程根據(jù)空間力偶的性質(zhì)和平衡條件，建立空間力偶系的平衡方程，用于解決剛體在空間中的轉(zhuǎn)動平衡問題?？臻g力偶系的平衡方程靜力學平衡方程的求解方法與技巧幾何法利用幾何關(guān)系直接求解平衡方程，適用于簡單的靜力學問題。解析法通過代數(shù)運算求解平衡方程，適用于復雜的靜力學問題。在解析法中，常采用消元法、代入法、矩陣法等技巧簡化計算過程。圖解法利用圖形表示力系和平衡條件，通過作圖求解平衡方程。圖解法直觀易懂，但精度相對較低。數(shù)值法采用數(shù)值計算方法（如迭代法、有限元法等）求解靜力學問題。數(shù)值法適用于難以獲得解析解或需要高精度解的復雜問題。靜力學在工程中的應(yīng)用07123利用靜力學原理，可以分析和計算橋梁在不同荷載作用下的內(nèi)力和變形，從而確定橋梁的承載能力，保證其安全使用。確定橋梁的承載能力通過對橋梁結(jié)構(gòu)的靜力學分析，可以找出結(jié)構(gòu)中的薄弱環(huán)節(jié)，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高橋梁的承載能力和穩(wěn)定性。優(yōu)化橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計靜力學分析可以為橋梁施工和維護提供理論依據(jù)，指導施工過程中的臨時支撐、張拉和加固等措施的制定和實施。指導橋梁施工和維護靜力學在橋梁工程中的應(yīng)用優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計通過對建筑結(jié)構(gòu)的靜力學分析，可以優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高結(jié)構(gòu)的承載能力和抗震性能，降低建筑成本。指導建筑施工和驗收靜力學分析可以為建筑施工和驗收提供理論依據(jù)，指導施工過程中的支撐、加固和驗收標準的制定和實施。分析建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性利用靜力學原理，可以分析建筑結(jié)構(gòu)在自重、風荷載、地震作用等外力作用下的穩(wěn)定性和安全性。靜力學在建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用靜力學在機械工程中的應(yīng)用利用靜力學原理，可以分析和計