工程力學(xué)-第一章

1、工程力學(xué),教 師: 楊 杰 手 機: 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. 機械工業(yè)出版社,參考書目,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,參考書目,5,單祖輝等編著. 材料力學(xué)（問題、例題與分析方法，高等教育出版社,參考書目,考核方法,平時成績：40%（作業(yè)

2、20%、課堂討論+出勤10%、實驗10%）期末成績： 60％,7,力學(xué)無處不在,電力系統(tǒng)技術(shù)汽車技術(shù)航空航天土木工程機械工程水利工程船舶工程…,8,,9,,10,我國載人航天發(fā)射成功,11,12,,13,中國海洋石油981鉆井平臺,14,高速列車,15,長江三峽大壩,16,蘇通長江大橋,17,18,,19,20,21,這是工程力學(xué)問題！,日常生活中的力學(xué)問題,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)計既經(jīng)濟又安全的構(gòu)件提供必要的理論基礎(chǔ)和計算方法的一門課程。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)或機械的零部件,課程研究對象,25,,幾何特征,,,《工程力學(xué)》主要以等截面直桿為研究對象,26,外力——周圍其它物體對構(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) 強度失效,強度：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)件具有足夠強度、剛度和穩(wěn)定性的設(shè)計準(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)分析問題的能力。,1. 直接解決某些工程實際問題；,怎樣學(xué)好工程力學(xué)

6、,36,二、掌握研究方法,,實際對象,,力學(xué)模型,,數(shù)學(xué)模型,,數(shù)值求解,,誤差檢驗,,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)系實際,作業(yè)要求做到（3C）： 書寫整潔(clean)； 步驟清楚(clear)； 結(jié)果正確(correct)。,3/20/2024 4:18:15 PM,機械工程學(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)中三個重要問題,物體的受力分析；力系的簡化；剛體的平衡條件。,40,平衡：物體相對于慣性參考系處于靜止或等速直線運動狀態(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力系來代替而不改變它對剛體的（運動）效應(yīng)，則稱這兩個力系為等效力系。,力系的簡化：若用簡單的力系等效地代替復(fù)雜的力系，便是力系的簡化。,力：物體間的相互機械作用。,42,,公理1.力的平行四邊形法則作用在物體上同一點的兩個力，可以合成為一個合力。合力的作用點也在該點，合力的大小和方向，由這兩個力為邊構(gòu)成的平行四邊形的對角線確定。（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，并不改變原力系對剛體的作用。,46,,,,,A,B,推論1. 力對剛體的可傳性。,力對剛體是滑動矢量（滑移矢）,對于剛體來說，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,剛體受三個力作用而平衡時，若其中兩力作用線交于一點，則第三力的作用線也必須通過此點，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；主動力,位移：物體內(nèi)某點位置移動。,二力桿,約束：對非自由體的某些位移起限制作用的周圍物體.,約束力：約束對非自由體的作用力．,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——接觸處,自由體：能在空間作任意運動的物體。非自由體：受到了其他物體的限制，在某些方向上不能運動的物體。,主動力：使物體運動或運動趨勢的力，也稱載荷.,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）,銷釘D,C,B,

12、A,II,I,55,A,,,A,A,A,(a),(b),c、活動鉸鏈支座（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,確定研究對象,一、物體受力分析的過程,,,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，繩子通過輪心C，圓輪邊緣B點 靠在光滑的固定斜面上，試畫出圓輪的受力圖。,例1-2 如圖所示AB梁，在c處承受力P，試畫出 AB梁的受力圖。,,,,,,,,,,,,,,,

14、,,,,,,,,A,B,C,,,A,B,C,,,,,,,,,A,B,C,,,,,,,例1-3：畫出滑輪、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 不計自重的梯子放在光滑水平地面上，畫出梯子、梯子左右兩部分與整個系統(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：左右兩部分梯子

15、在A處，繩子對左右兩部分梯子均有力作用，為什么在整體受力圖沒有畫出？,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（不計角鋼重量）,72,練習(xí)2、懸臂吊車裝置,,思考題1：圖示為不計自重的三鉸剛架，試分別畫出剛架AC、剛架CB及整體的受力圖。,在本問題中，集中載荷 P 作用在鉸 C 上。 通常認為集中載荷是作用在 C 銷上的，下面就對研究對象的選取的三種情況分別討論。,,,,,（1）銷 C

16、與剛架 AC 一起作為研究對象,銷C與哪邊剛架一起作為研究對象， 集中載荷 P 就畫在哪邊剛架的鉸C上。,,,,,,（2）銷 C 與剛架 CB 一起作為研究對象,,,,,當(dāng)要求精確畫出約束反力時這樣畫,,,,（3）專門分析銷 C 的受力,,,,見后續(xù),對二力桿最好不要這樣畫！,（4）整體受力圖,從前面兩種情況的分析可見，應(yīng)盡量不要把銷與二力構(gòu)件放在一起作研究對象可使分析簡單。當(dāng)然，對于作用集中載荷的鉸的兩邊構(gòu)件都為二力構(gòu)件時，以