工程力学1绪论及静力学基础课件.pptx
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- 工程力学 绪论 静力学 基础 课件
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1、工程力学1 工程力学是一门研究工程力学是一门研究物体机械运动和构件承载能力物体机械运动和构件承载能力的科学。所的科学。所谓谓机械运动机械运动是指物体在空间的位置和形状随时间的变化,而是指物体在空间的位置和形状随时间的变化,而构件承构件承载能力载能力则指机械零件和结构部件在工作时安全可靠地承担外载荷的则指机械零件和结构部件在工作时安全可靠地承担外载荷的能力。能力。 整个课程包含:整个课程包含:工程静力学工程静力学;弹性静力学弹性静力学;工程运动学工程运动学;工程工程动力学动力学。工程静力学研究物体的受力和平衡规律;弹性静力学研究。工程静力学研究物体的受力和平衡规律;弹性静力学研究物体的受力和变形
2、规律;工程运动学涉及工程运动的基本概念、基物体的受力和变形规律;工程运动学涉及工程运动的基本概念、基本理论和基本方法;工程动力学研究物体上作用的力系和物体机械本理论和基本方法;工程动力学研究物体上作用的力系和物体机械运动之间的一般关系。运动之间的一般关系。工程力学2工程力学3研究意义研究意义工程力学在很多工程技术领域中有着广泛的应用。工程力学在很多工程技术领域中有着广泛的应用。工程力学4 嫦娥二号采用直接进入奔月轨道的发射方式,大大缩短了卫星中途飞行时间。能嫦娥二号采用直接进入奔月轨道的发射方式,大大缩短了卫星中途飞行时间。能否精确实施轨道修正,是确保嫦娥二号卫星准确抵达目标环月轨道的重要控制
3、程序。否精确实施轨道修正,是确保嫦娥二号卫星准确抵达目标环月轨道的重要控制程序。工程力学5工程力学6工程力学7 2013 2013年年1 1月月2626日下午日下午1414时整,运时整,运-20-20在阎良基地首次升空,并于在阎良基地首次升空,并于15:0015:00成成功降落,至此,中国运功降落,至此,中国运-20-20首飞圆满成功。运首飞圆满成功。运-20-20的成功首飞,标志着中国的成功首飞,标志着中国航空工业的一次重大胜利,标志着中国拥有了属于自己大型运输机,是中航空工业的一次重大胜利,标志着中国拥有了属于自己大型运输机,是中国空军建设战略空军的一座里程碑。国空军建设战略空军的一座里程
4、碑。工程力学8工程力学9 海洋石油海洋石油981981深水半潜式钻井平台深水半潜式钻井平台, ,长长114114米,宽米,宽8989米,平台正中是米,平台正中是约约5 5、6 6层楼高的井架。该平台自重层楼高的井架。该平台自重3067030670吨,承重量吨,承重量12.512.5万吨,可起降万吨,可起降直升机直升机, , 最大作业水深最大作业水深30003000米,最大钻井深度可达米,最大钻井深度可达1000010000米。米。工程力学10悬悬空空寺寺工程力学11大大桥桥卧卧波波工程力学12由中国建筑工程总公司、澳大利亚由中国建筑工程总公司、澳大利亚PTW公司、澳大利亚公司、澳大利亚ARUP
5、公司组成的公司组成的联合体设计的联合体设计的H2O3(“水立方水立方”),融建筑设计与结构设计于一体,设计,融建筑设计与结构设计于一体,设计新颖,结构独特,采用在整个建筑内外层包裹的新颖,结构独特,采用在整个建筑内外层包裹的ETFE膜(乙烯膜(乙烯-四氟乙烯四氟乙烯共聚物)是一种轻质新型材料,具有有效的热学性能和透光性,可以调节共聚物)是一种轻质新型材料,具有有效的热学性能和透光性,可以调节室内环境,冬季保温、夏季散热室内环境,冬季保温、夏季散热。工程力学13“四四两两拨拨千千斤斤” 中国武术中有中国武术中有“四两拨千斤四两拨千斤”的招式。的招式。请你分析一下:请你分析一下:(1)“四两拨千斤
6、四两拨千斤”与力学中的什么与力学中的什么内容有关系?内容有关系?(2)试用力学原理简要解析一下试用力学原理简要解析一下“四四两拨千斤两拨千斤”的关键所在?的关键所在?(3)试分析图示拔桩装置的力学原理。试分析图示拔桩装置的力学原理。工程力学14abd轧钢机械中的力学问题轧钢机械中的力学问题1、 若钢板能进入碾轧机,利若钢板能进入碾轧机,利用的是什么力学概念?用的是什么力学概念?2、轧轮和钢板间的摩擦系数轧轮和钢板间的摩擦系数为为f,确定,确定a,b,d ,f间的关系。间的关系。工程力学15如图所示,一条3米宽的河穿村而过,请帮村民设计一木质桁架结构的便民桥(仅限行人通过)替代目前的简易桥梁。设
7、计要求:桥面平坦无障碍;桁架结构除了承载之外能起到防护作用,无需额外安装护栏;至少提交两种设计方案,并从杆件内力、用料多少等方面对两种方案进行对比。木质便民桥设计木质便民桥设计工程力学16工程力学17工程力学18工程力学19工程力学20 xxxuxddxdxxdu 工程力学21工程力学研究模型工程力学研究模型(1) 物体模型质点与质点系统离散质点系统离散质点系统连续体系统连续体系统质点质点(2)工作状态模型刚体与变形体工程力学22工程力学的学习方法工程力学的学习方法 工程实际问题,往往比较复杂,为了使研究的问题简单化,工程实际问题,往往比较复杂,为了使研究的问题简单化,通常抓住问题的本质,忽略
8、次要因素,将所研究的对象抽象化为通常抓住问题的本质,忽略次要因素,将所研究的对象抽象化为力学模型。根据不同的研究目的,将实际物体抽象化为不同的力力学模型。根据不同的研究目的,将实际物体抽象化为不同的力学模型是工程力学研究中的一种重要方法。学模型是工程力学研究中的一种重要方法。 工程力学有较强的系统性,学习中要循序渐进,要认真理解基本工程力学有较强的系统性,学习中要循序渐进,要认真理解基本概念、基本理论和基本方法。概念、基本理论和基本方法。在学习中,一定要认真研究,在学习中,一定要认真研究,独立完成一定数量的思考题和习题,独立完成一定数量的思考题和习题,以巩固和加深对所学以巩固和加深对所学概念、
9、理论、公式的理解、记忆和应用。概念、理论、公式的理解、记忆和应用。 工程力学23学习工程力学的几点注意学习工程力学的几点注意1 1、理论联系实际。、理论联系实际。2 2、培养科学的逻辑思维方法。、培养科学的逻辑思维方法。3 3、注意表达式中的物理意义。、注意表达式中的物理意义。4 4、认真对待作业。、认真对待作业。5 5、学习方法:、学习方法: (1 1)认真听课。)认真听课。 (2 2)及时复习,温故而知新。)及时复习,温故而知新。6 6、学习态度:认真、踏实、学习态度:认真、踏实工程力学24学习要求及考核学习要求及考核课堂严禁玩手机,要求课堂严禁玩手机,要求一律关机一律关机!必须听课(确有
10、理由要请假)出勤。必须听课(确有理由要请假)出勤。缺勤缺勤次数多(连续次数多(连续2 23 3次以次以上),上),后果自负!后果自负!不迟到、早退!不迟到、早退!不得在课堂看其它资料、吃东西、睡觉!不得在课堂看其它资料、吃东西、睡觉!保持课堂安静保持课堂安静工程力学25 静力学的研究对象是刚体,更严格地说,是静止的静力学的研究对象是刚体,更严格地说,是静止的刚体。所以,我们所学的静力学即是刚体静力学。刚体。所以,我们所学的静力学即是刚体静力学。 静力学在工程中应用非常广泛。任何机械和工程结构的设计都需要应用静力学理静力学在工程中应用非常广泛。任何机械和工程结构的设计都需要应用静力学理论进行受力
11、分析和静力学方面的计算。因此,在学习静力学内容时论进行受力分析和静力学方面的计算。因此,在学习静力学内容时, ,特别注意受力分特别注意受力分析的方法。析的方法。物体的受力分析物体的受力分析力系的等效替换力系的等效替换力系的平衡条件及应用力系的平衡条件及应用 将作用在物体上的一个力系用另一个力系代替,而不改变原力系对物将作用在物体上的一个力系用另一个力系代替,而不改变原力系对物体的作用效果,则称此两力系等效或互为等效力系。体的作用效果,则称此两力系等效或互为等效力系。 用一个简单力系等效地替换一个复杂力系对物体的作用,称为力系的用一个简单力系等效地替换一个复杂力系对物体的作用,称为力系的简化。简
12、化。工程力学26 力:物体间的相互作用,物体间的相互作用,使物体的运动状态或形状使物体的运动状态或形状尺寸发生改变。(尺寸发生改变。(外效应和内效应)外效应和内效应) 内效应内效应外效应外效应工程力学27 力:物体间的相互作用,使物体的运动状态或形状物体间的相互作用,使物体的运动状态或形状尺寸发生改变。尺寸发生改变。接触力:接触力:万有引力、电场力、磁场力万有引力、电场力、磁场力非接触力非接触力(场力):(场力):弹性力和摩擦力弹性力和摩擦力1.发生弹性形变的物体,由于要恢复原状,对跟它接触的物体会产生力的作用,这种力发生弹性形变的物体,由于要恢复原状,对跟它接触的物体会产生力的作用,这种力叫
13、弹力。叫弹力。2。弹力产生在直接接触并发生弹性形变的物体之间。弹力产生在直接接触并发生弹性形变的物体之间。3。通常所谓的推力、压力、支持力、拉力、张力等均是根据弹力的作用效果命名。通常所谓的推力、压力、支持力、拉力、张力等均是根据弹力的作用效果命名。工程力学28 力的三要素:力的三要素:大小、方向和作用点大小、方向和作用点 力矢量力矢量用一条有向用一条有向线段表示,线段的长度线段表示,线段的长度表示力的大小;线段的表示力的大小;线段的方位和箭头表示力的方方位和箭头表示力的方向;线段的起点或终点向;线段的起点或终点表示力的作用点。表示力的作用点。力是有固定作用点的定位矢量。力是有固定作用点的定位
14、矢量。工程力学29平面力系:各力作用线在同一个平面内平面力系:各力作用线在同一个平面内空间力系:各力作用线在不同的平面内空间力系:各力作用线在不同的平面内任意力系任意力系汇交力系汇交力系平行力系平行力系共线力系共线力系作用在物体上的一群力作用在物体上的一群力工程力学30 力系:力系:作用在刚体上的作用在刚体上的一群力一群力 合力与分力合力与分力 作用在刚体上的力系用作用在刚体上的力系用一个力替代而作用效果相同,一个力替代而作用效果相同,则该力就称为此力系的合力,则该力就称为此力系的合力,力系中的各力称为合力的分力系中的各力称为合力的分力。力。工程力学31 共点力系:共点力系:力系中的力系中的
15、各个力具有共同的作用点。各个力具有共同的作用点。 汇交力系:汇交力系:各力的作用各力的作用线汇交于一点的力系称为线汇交于一点的力系称为汇交力系。汇交力系。工程力学32(1)直接投影法)直接投影法coscoscosFFFFFFzyx工程力学33(2) 二次投影法二次投影法cossinsinsincossincosFFFFFFFFzxyyxyx工程力学34(3) 力的分析表达式力的分析表达式工程力学35xyFxFyFFyx 求分力由平行四边形法则确定,投影由力矢量两端向投影求分力由平行四边形法则确定,投影由力矢量两端向投影轴作垂线,垂足间的长。轴作垂线,垂足间的长。力的分力与投影的区别力的分力与投
16、影的区别:工程力学36 平衡:平衡: 物体相对于惯性参考系保持静止或作匀速直线运动物体相对于惯性参考系保持静止或作匀速直线运动平衡是机械运动的一种特殊运动状态。平衡是机械运动的一种特殊运动状态。工程力学37受到力作用后不会发生变形的物体。受到力作用后不会发生变形的物体。 或者说是指在力的作用下,物体内任意两点间距离都不会改变任意两点间距离都不会改变的物体。但我们知道,任何物体受力但我们知道,任何物体受力( (不管力大小如何)都会发生变形。不管力大小如何)都会发生变形。例如:车床主轴在切削过程中发生弯曲变形;例如:车床主轴在切削过程中发生弯曲变形; 内燃机的曲轴、连杆在运动过程中会发生内燃机的曲
17、轴、连杆在运动过程中会发生弯曲变形;弯曲变形; 车辆驶过一座桥时,桥梁发生弯曲变形,桥墩发生压缩变形。车辆驶过一座桥时,桥梁发生弯曲变形,桥墩发生压缩变形。受到力作用后发生变形的物体。受到力作用后发生变形的物体。“刚体”实际上是不存在的,它是一种抽象化的力学模型。工程力学38至于在实际问题中能否将一个物体视为刚体,不仅取决于变形的大小,还取决于具体问题的要求。例如(1)当我们研究飞机整体运动时,我们可以把飞机当作刚体,当我们研究机翼或某个零部件的强度或刚度时就要把它们看作变形体。工程力学39 (2)在研究起重机整体平衡问题时,起重机各构件的变形忽略不计,可抽象为刚体。(3)撑杆跳高运动员用的杆
18、就不能看作“刚杆”。工程力学40 研究卫星运动轨道问题时,卫星可视为质点;但研究卫星姿态控制问题时,则要视为刚体。 卫星上安装的太阳帆板的尺寸越来越大,其弹性振动直接影响主体的姿态。工程力学41工程力学42 力的平行四边形公理力的平行四边形公理 作用在物体上同一点的两作用在物体上同一点的两个力,可以合成为一个合力个力,可以合成为一个合力。合力的作用点也在该点,。合力的作用点也在该点,合力的大小、方向,由这两合力的大小、方向,由这两个力为边构成的平行四边形个力为边构成的平行四边形的对角线确定。的对角线确定。21RFFF工程力学43 此公理给出了力系简化的基本方法。此公理给出了力系简化的基本方法。
19、 平行四边形法则是平行四边形法则是力的合成法则力的合成法则,也是也是力的分力的分解法则解法则。工程力学44 推论推论 力的三角形法则力的三角形法则 两个力依次首尾相接,合力从第一个力的是始两个力依次首尾相接,合力从第一个力的是始端指向第二个力的末端。端指向第二个力的末端。工程力学45 二力平衡公理二力平衡公理 受两个力作用的刚体,其平衡的充分必要条件是这受两个力作用的刚体,其平衡的充分必要条件是这两个力大小相等,方向相反,且沿着同一作用线。两个力大小相等,方向相反,且沿着同一作用线。21FF工程力学46此公理是对此公理是对“刚体刚体”而言。这个公理表明了作用于刚体上最简单力而言。这个公理表明了
20、作用于刚体上最简单力系平衡时所必须满足的条件。它是处理复杂力系平衡的基础。系平衡时所必须满足的条件。它是处理复杂力系平衡的基础。 只在两力作用下平衡的刚体称为二力体或二力构件。只在两力作用下平衡的刚体称为二力体或二力构件。 当构件为直杆时称为二力杆。当构件为直杆时称为二力杆。 二力平衡公理二力平衡公理工程力学47 加减平衡力系公理加减平衡力系公理 在已知力系上加上或减去任意平衡力系,并不改变原在已知力系上加上或减去任意平衡力系,并不改变原力系对刚体的作用。即原力系与加减平衡力系后得到的新力系对刚体的作用。即原力系与加减平衡力系后得到的新力系等效。力系等效。此公理是研究力系等效的重要依据。此公理
21、是研究力系等效的重要依据。工程力学48 推论推论1 1 作用在刚体上某点的力,可以沿着它的作用线移动到刚体内任作用在刚体上某点的力,可以沿着它的作用线移动到刚体内任意一点,并不改变该力对刚体的作用效应。意一点,并不改变该力对刚体的作用效应。对刚体而言:力的作用点已不是关键,是作用线!但是,作用在一般物体上的力则是“定位矢量”!工程力学49力的可传性原理仅适用于刚体,而不适用于变形体。力的可传性原理仅适用于刚体,而不适用于变形体。工程力学50 推论推论2 2 三力平衡汇交定理三力平衡汇交定理 OABPCPCABOFTAFTB 作用在刚体上三个相互平衡的力,若其中两个力的作用线汇作用在刚体上三个相
22、互平衡的力,若其中两个力的作用线汇交于一点,则第三个力的作用线通过汇交点。交于一点,则第三个力的作用线通过汇交点。工程力学51 作用与反作用定律作用与反作用定律 两物体间的相互作用力,大小相等,方向相反,作两物体间的相互作用力,大小相等,方向相反,作用线沿同一直线。用线沿同一直线。 此公理概括了物体间相互作用的关系,表明作用力此公理概括了物体间相互作用的关系,表明作用力与反作用力成对出现,并分别作用在不同的物体上与反作用力成对出现,并分别作用在不同的物体上, ,各各产生其效果产生其效果. .对于接触力,笫三定律总是正确的,而对对于接触力,笫三定律总是正确的,而对于非接触力,该定律则不一定正确。
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