河海大学理论力学第一章课件.ppt
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- 大学 理论 力学 第一章 课件
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1、第第0 0章章 绪绪 论论理论力学、材料力学、结构力学、水力学、土力学、弹性力学理论力学、材料力学、结构力学、水力学、土力学、弹性力学及有限单元法、力学实验及有限单元法、力学实验0-1 0-1 理论力学的内容、任务和研究方法理论力学的内容、任务和研究方法理论力学理论力学 材料力学材料力学结构力学结构力学 弹性力学弹性力学理论力学理论力学静力学静力学运动学运动学动力学动力学理论力学是研究物体理论力学是研究物体机械运动机械运动一般规律的学科,属于以牛顿一般规律的学科,属于以牛顿定律为基础的古典力学范畴。定律为基础的古典力学范畴。力学的分类:力学的分类:古典力学古典力学相对论力学相对论力学量子力学量
2、子力学古典力学古典力学研究运动速度远小于光速的宏观物体的运动。研究运动速度远小于光速的宏观物体的运动。量子力学量子力学研究微观粒子的运动。研究微观粒子的运动。相对论力学相对论力学研究速度可与光速(研究速度可与光速(3030万千米万千米/秒)相比的运动。秒)相比的运动。力学各学科:力学各学科:理论力学理论力学一般力学(分析力学、刚体动力学、振动理论)一般力学(分析力学、刚体动力学、振动理论)材料力学材料力学结构力学结构力学弹性力学弹性力学塑性力学塑性力学流体力学流体力学水力学水力学空气动力学空气动力学计算力学计算力学实验力学实验力学断裂力学断裂力学 地震力学地震力学生物力学生物力学 岩石力学岩石
3、力学土力学土力学爆破力学爆破力学流变力学流变力学地质力学地质力学1.1.物体简化物体简化质点:质点:只有质量没有大小只有质量没有大小几何尺寸、受到的几何尺寸、受到的约束约束和承受的荷载和承受的荷载(力力)0-2 0-2 工程实际问题的简化方法及工程实际问题的简化方法及 力学模型的建立力学模型的建立2.2.力学模型力学模型质点系:质点系:相互有联系的质点总称相互有联系的质点总称刚体:刚体:忽略发生的变形忽略发生的变形物体系统(刚体系统):物体系统(刚体系统):相互有联系的刚体组成的系统相互有联系的刚体组成的系统二、构件的分类二、构件的分类工程结构:工程结构:杆(杆件)、杆(杆件)、由工程材料制成
4、的构件,按合理方式组成,由工程材料制成的构件,按合理方式组成,能支承荷载、传递力、起骨架作用的整体或能支承荷载、传递力、起骨架作用的整体或某一部分某一部分0-3 0-3 工程中的构件与分类工程中的构件与分类一、结构与构件的定义一、结构与构件的定义构件:组成结构的单个部件构件:组成结构的单个部件板或壳、板或壳、块体块体根据构件几何形状的不同,结构可分为三大类:根据构件几何形状的不同,结构可分为三大类:1.1.杆系结构杆系结构2.2.板壳结构板壳结构3.3.块体结构块体结构如一些厂房结构如一些厂房结构如楼板、薄拱坝如楼板、薄拱坝如挡土墙、重力坝如挡土墙、重力坝混合结构混合结构静力学:静力学:主要研
5、究主要研究物体物体在在力力的作用下的的作用下的平衡问题平衡问题。物体相对于物体相对于惯性坐标系惯性坐标系处于静止或做匀速直线运动的状态。处于静止或做匀速直线运动的状态。平衡:平衡:2.物体如何受力;物体如何受力;5.平衡条件及其应用。平衡条件及其应用。1.力本身的性质;力本身的性质;力:力:3.力系力系平面力系、空间力系、平衡力系、等效力系;平面力系、空间力系、平衡力系、等效力系;4.合力与分力;合力与分力;第一篇第一篇 刚体静力学刚体静力学静力学主要研究的问题:静力学主要研究的问题:1.1.物体的受力分析与力系的等效简化物体的受力分析与力系的等效简化2.2.力系的平衡条件及其应用力系的平衡条
6、件及其应用第一章第一章 基本概念及基本原理基本概念及基本原理F力是物体间的相互作用,这种作用使物力是物体间的相互作用,这种作用使物体的运动状态或形状发生改变。体的运动状态或形状发生改变。2.力的效应:力的效应:运动效应(外效应)运动效应(外效应)变形效应(内效应)变形效应(内效应)3.力的三要素力的三要素大小大小方向方向作用点作用点刚体刚体作用线作用线力的可传性力的可传性F1.力的定义力的定义N,kN,MN方位和指向方位和指向力是一个滑移矢量力是一个滑移矢量1-1 1-1 力的概念力的概念对对变形体变形体:求反力求反力 力可移力可移求变形求变形 力不可移力不可移FABlABFFRA力的可传性力
7、的可传性 力是一个滑移矢量力是一个滑移矢量4.力的平行四边形法则力的平行四边形法则作用于物体上同一点的两个力可合成为一个力,此合作用于物体上同一点的两个力可合成为一个力,此合力也作用于该点,合力的大小和方向由以原两力矢为力也作用于该点,合力的大小和方向由以原两力矢为邻边所构成的平行四边形的对角线矢量来表示。邻边所构成的平行四边形的对角线矢量来表示。F1F2OABFCFF1F2OAC力三角形法则力三角形法则F=+F1F2即即原理原理1.1.二力平衡原理二力平衡原理作用于同一刚体上的两个力平衡的充要条件是:两个作用于同一刚体上的两个力平衡的充要条件是:两个力大小相等、方向相反、作用线相同(两力等量
8、、反力大小相等、方向相反、作用线相同(两力等量、反向、共线)。向、共线)。F1F2F1F2二力构件(二力杆)二力构件(二力杆):只受两个力作用而处于平衡:只受两个力作用而处于平衡 的构件。的构件。1-2 1-2 静力学基本原理静力学基本原理原理原理2.2.加减平衡力系原理加减平衡力系原理在任一力系中加上一个平衡力系,或从其中减去一个平在任一力系中加上一个平衡力系,或从其中减去一个平衡力系,所得新力系与原力系对于刚体的运动效应相同。衡力系,所得新力系与原力系对于刚体的运动效应相同。S1S2F1F2FiFnF2F1FnFi思考:应用上述两个原理证明力的可传性。思考:应用上述两个原理证明力的可传性。
9、原理原理3.3.作用与反作用定律作用与反作用定律两物体间相互作用的力(作用与反作用力)同时存在、两物体间相互作用的力(作用与反作用力)同时存在、大小相等、作用线相同而指向相反。大小相等、作用线相同而指向相反。FABF这一定律就是牛顿第三定律,不论物体是静止的或运这一定律就是牛顿第三定律,不论物体是静止的或运动着的,这一定律都成立。动着的,这一定律都成立。原理原理4.4.刚化原理刚化原理如果变形体在某一力系作用下处于平衡时,若将此变形如果变形体在某一力系作用下处于平衡时,若将此变形体刚化为刚体,其平衡状态不变。体刚化为刚体,其平衡状态不变。说明说明1 1:是将变形完成后的形状视为刚体;:是将变形
10、完成后的形状视为刚体;说明说明2 2:实际工程中,多数情况下物体的变形较小,因此常用:实际工程中,多数情况下物体的变形较小,因此常用未变形时物体的形状作为变形后的形状。即用左图代替右图未变形时物体的形状作为变形后的形状。即用左图代替右图做近似计算。做近似计算。例如:下面左图假设为一座桥梁的简化图,桥梁受力后会变例如:下面左图假设为一座桥梁的简化图,桥梁受力后会变形,我们先将变形后的桥梁视为刚体,力学模型变成右边的形,我们先将变形后的桥梁视为刚体,力学模型变成右边的图形所示,然后就可以应用所有图形所示,然后就可以应用所有“刚体静力学刚体静力学”的结论。的结论。qPqP柔性体(受拉力平衡)柔性体(
11、受拉力平衡)刚化为刚体(仍平衡)刚化为刚体(仍平衡)刚体(受压平衡)刚体(受压平衡)柔性体(受压不能平衡)柔性体(受压不能平衡)原理建立了刚体的平衡条件和变形体的平衡条件之间的联系;原理建立了刚体的平衡条件和变形体的平衡条件之间的联系;刚体的平衡条件对于变形体来说,只是必要的,而非充分的。刚体的平衡条件对于变形体来说,只是必要的,而非充分的。分解的意义:分解的意义:用多个力来等效一个力。用多个力来等效一个力。分分 解解F1F2FF1F2F3F说明说明1 1:分解是合成的逆过程,其依据即:分解是合成的逆过程,其依据即“力的平行四边形法则力的平行四边形法则”。说明说明2 2:分解不是唯一的,在不同
12、的方向分解,其结果各不相同。:分解不是唯一的,在不同的方向分解,其结果各不相同。21FFF 123 FFFF1-3 1-3 力的分解与力的投影力的分解与力的投影例:一个大小例:一个大小3kN3kN,方向如图示的力,将其在不同方向分解。,方向如图示的力,将其在不同方向分解。F045123kNFFF13 2kNF 23kNF F0451F 2F 123 2kN2FF显然分力大小随分解方向而变。显然分力大小随分解方向而变。常见错误:常见错误:F 表达形式包括了力的大小和方向,而表达形式包括了力的大小和方向,而“3kN”3kN”只说明了力的大小。只说明了力的大小。F0451F2FFn投影的意义:投影的
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