工程力学第1讲绪论课件.ppt

1、2022-11-17工程力学第1讲绪论工程力学第工程力学第1讲绪论讲绪论工程力学第1讲绪论 工程力学教学计划工程力学教学计划 收交作业、考核方式与比例收交作业、考核方式与比例 绪论绪论 1 11 1、1 12 2、1-31-3、1-41-4 教学基本要求与教学重点：教学基本要求与教学重点：【1】静力学基本公理静力学基本公理；【2】约束与约束反力（约束与约束反力（重点重点）。工程力学第1讲绪论序号序号 内容内容 课时分配课时分配 理论课理论课 习题课习题课、实验、实验 共计共计 1第第1章章3142第第2章章223第第3章章224第第4章章4265第第5章章6 2（实验）（实验）86第第6章章2

2、27第第7章章42（实验）（实验）68第第8章章4269第第9章章62（实验）（实验）810第第10章章42611第第11章章42612第第12章章62（实验）（实验）813第第13章章4414总复习总复习22（机动）（机动）415合计合计531972工程力学第1讲绪论【1】每周轮流交作业（按学号抽查）每周轮流交作业（按学号抽查）【2】考核方式与比例：考核方式与比例：平时成绩平时成绩（到课情况、作业按时完成与质量及交纳情况、（到课情况、作业按时完成与质量及交纳情况、课堂笔记课堂讨论与课堂练习等）课堂笔记课堂讨论与课堂练习等）占占20；实验实验 占占10 期末考试期末考试 占占70 注：缺课注：

3、缺课3次以上，平时成绩次以上，平时成绩0分。分。实验不做不得参加期末考试！实验不做不得参加期末考试！工程力学第1讲绪论 理论力学（静力学）理论力学（静力学）工程力学工程力学 材料力学材料力学工程力学第1讲绪论 工程力学在各工业领域有着广泛的应用。工程力学在各工业领域有着广泛的应用。机械机械船舶船舶现代建筑现代建筑水利工程水利工程航空航天航空航天核电站核电站工程力学第1讲绪论 桁架与刚架的受力分析；桁架与刚架的受力分析；静定与超静定结构的内力分析、变形分静定与超静定结构的内力分析、变形分析与计算方法；析与计算方法；结构物的载荷分析与按强度、刚度、稳结构物的载荷分析与按强度、刚度、稳定性等要求进行

4、的结构合理设计与优化设计；定性等要求进行的结构合理设计与优化设计；高层建筑的抗风设计与地震反应分析。高层建筑的抗风设计与地震反应分析。工程力学第1讲绪论工程力学第1讲绪论工程力学第1讲绪论 工程力学第1讲绪论工程力学第1讲绪论工程力学第1讲绪论北京奥运会主体场馆鸟巢与水立方等现代建筑工程力学第1讲绪论2012伦敦奥林匹克主体育场伦敦奥林匹克主体育场 工程力学第1讲绪论伦敦碗伦敦碗 工程力学第1讲绪论 船舶工程结构中的一些主要力学问题船舶工程结构中的一些主要力学问题包括船舶稳定性分析、推进的运动与阻力分析、船包括船舶稳定性分析、推进的运动与阻力分析、船舶与海洋结构物的水动力学、静动强度分析舶与海

5、洋结构物的水动力学、静动强度分析。海洋石油平台面临的力学问题更加复杂海洋石油平台面临的力学问题更加复杂除了上述问题外，还有海浪、台风袭击、地震与海除了上述问题外，还有海浪、台风袭击、地震与海啸等载荷引发的结构物的运动、变形甚至破坏啸等载荷引发的结构物的运动、变形甚至破坏。工程力学第1讲绪论图图1-1 中国中国“540”号海军新型导弹护卫号海军新型导弹护卫舰舰 图图1-2 “世沪世沪”号货船下水号货船下水图图1-3 美国美国“小鹰小鹰”号航空母号航空母舰舰 图图5 5 气垫船（最大航速气垫船（最大航速140140节）节）工程力学第1讲绪论H 舰载飞机在发动机和弹射器推力舰载飞机在发动机和弹射器推

6、力 作用下从甲板上起飞作用下从甲板上起飞若已知推力和跑道可能长度，则需若已知推力和跑道可能长度，则需要多大的初速度和一定的时间隔后才能要多大的初速度和一定的时间隔后才能达到飞离甲板时的速度。达到飞离甲板时的速度。若已知初速度、一定的时间间隔后若已知初速度、一定的时间间隔后飞离甲板时的速度，则需要弹射器施加飞离甲板时的速度，则需要弹射器施加多大推力，或者确定需要多长的跑道。多大推力，或者确定需要多长的跑道。工程力学第1讲绪论H 海洋石油钻井平台海洋石油钻井平台工程力学第1讲绪论工程力学第1讲绪论我国高速列车我国高速列车和谐号动车和谐号动车工程力学第1讲绪论大型水利工程设施大型水利工程设施工程力学

7、第1讲绪论工程力学第1讲绪论核电站的热核反核电站的热核反应堆应堆H安全壳的结构设安全壳的结构设计、抗地震与抗计、抗地震与抗飞机撞击的分析飞机撞击的分析计算与设计。计算与设计。工程力学第1讲绪论H 计算机硬盘驱动器计算机硬盘驱动器工程力学第1讲绪论H 雷达跟踪目标雷达跟踪目标工程力学第1讲绪论工程力学第1讲绪论工程力学第1讲绪论【1 1】理论力学】理论力学研究物体研究物体(质点、刚体模型）质点、刚体模型）的的运动（平衡条件），研究作用在物体上的力与运运动（平衡条件），研究作用在物体上的力与运动之间的关系；动之间的关系；【2 2】材料力学】材料力学研究物体研究物体（变形体模型）（变形体模型）的变的

8、变形，研究作用在物体上的力与变形之间的关系。形，研究作用在物体上的力与变形之间的关系。（研究强度、刚度、稳定性问题）（研究强度、刚度、稳定性问题）工程力学第1讲绪论 刚体刚体 平衡平衡 变形体变形体 变形杆件变形杆件学好工程力学的方法：做题+思考工程力学第1讲绪论 教学基本要求与教学重点：教学基本要求与教学重点：【1】静力学基本公理静力学基本公理；【2】约束与约束反力约束与约束反力（重点）（重点）。课外作业：习题课外作业：习题11工程力学第1讲绪论第一章第一章静力学基础和物体的受力分析静力学基础和物体的受力分析工程力学第1讲绪论力力：物体间相互的机械作用，作用效果使物体的机械运物体间相互的机械

9、作用，作用效果使物体的机械运动状态发生改变动状态发生改变力的三要素：大小、方向、作用点力的三要素：大小、方向、作用点.力是矢量力是矢量一、力的概念一、力的概念力力集中集中力力分布力分布力 q（N/m2）载荷集载荷集度度工程力学第1讲绪论力系力系：一群力一群力.可分为：平面汇交（共点）力系，平面平行力系，平面力可分为：平面汇交（共点）力系，平面平行力系，平面力偶系，平面任意力系；空间汇交（共点）力系，空间平行偶系，平面任意力系；空间汇交（共点）力系，空间平行力系，空间力偶系，空间任意力系力系，空间力偶系，空间任意力系二、力系的概念二、力系的概念如果一个力系对物体的作用是使物体处于平衡状态，则如果

10、一个力系对物体的作用是使物体处于平衡状态，则此力系称为此力系称为平衡力系平衡力系。若两个力系分别作用于一个物体上时其作用效应相同，就若两个力系分别作用于一个物体上时其作用效应相同，就说这两个力系是说这两个力系是等效力系等效力系。如果一个力和一个力系等效，。如果一个力和一个力系等效，则称这个力是力系的则称这个力是力系的合力合力，而将力系中的各个力称作合力，而将力系中的各个力称作合力的的分力分力。工程力学第1讲绪论公理公理1 1 力的平行四边形法则力的平行四边形法则 作用在物体上同一点的两个力，可以合成为一个合力。作用在物体上同一点的两个力，可以合成为一个合力。合力的作用点也在该点，合力的大小和方

11、向，由这两个力合力的作用点也在该点，合力的大小和方向，由这两个力为边构成的平行四边形的对角线确定，如图所示。为边构成的平行四边形的对角线确定，如图所示。工程力学第1讲绪论公理公理2 2 二力平衡条件二力平衡条件 使刚体平衡的充分必要条件使刚体平衡的充分必要条件最简单力系的平衡条件最简单力系的平衡条件作用在作用在刚体刚体上的两个力，使刚体保持平衡的必要和充分条件是：上的两个力，使刚体保持平衡的必要和充分条件是：这两个力的大小相等，方向相反，且作用在同一直线上。这两个力的大小相等，方向相反，且作用在同一直线上。工程力学第1讲绪论刚化原理刚化原理柔性体（受拉力平衡）柔性体（受拉力平衡）刚化为刚体（仍

12、平衡）刚化为刚体（仍平衡）反之不一定成立反之不一定成立，因对刚体平衡的充分必要条件，对，因对刚体平衡的充分必要条件，对变形体是必要的但非充分的变形体是必要的但非充分的刚体（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）变形体变形体在某一力系作用下处于平衡，如将此变形体刚在某一力系作用下处于平衡，如将此变形体刚化为刚体，其平衡状态保持不变。化为刚体，其平衡状态保持不变。工程力学第1讲绪论在两个力作用下处于平衡的物体称为二力体；若为杆件，在两个力作用下处于平衡的物体称为二力体；若为杆件，则称为则称为二力杆二力杆。二力杆二力杆根据二力平衡公理可知，作用在二力体上的两个力，根据

13、二力平衡公理可知，作用在二力体上的两个力，它们必通过两个力作用点的连线（与杆件的形状无关），它们必通过两个力作用点的连线（与杆件的形状无关），且等值、反向。且等值、反向。工程力学第1讲绪论公理公理3 3 加减平衡力系原理加减平衡力系原理推论推论1 力的可传性力的可传性作用在刚体上的力的三要素为大小、方向和作用在刚体上的力的三要素为大小、方向和作用线作用线，是，是滑动矢量滑动矢量 在已知力系上加上或减去任意的平衡力系，并不改在已知力系上加上或减去任意的平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用。变原力系对刚体的作用。作用于刚体上某点的力，可以沿着它的作用线移作用于刚体上某点的力，可以沿着它的作用线移到

14、刚体内任意一点，并不改变该力对刚体的作用。到刚体内任意一点，并不改变该力对刚体的作用。工程力学第1讲绪论推论推论2 2 三力平衡汇交定理三力平衡汇交定理平衡时平衡时 必与必与 共线则共线则三力必汇交三力必汇交O O 点，且共面点，且共面 作用于刚体上三个相互平衡的力，若其中两个力的作用于刚体上三个相互平衡的力，若其中两个力的作用线汇交于一点，则此三力必在同一平面内，且第三个作用线汇交于一点，则此三力必在同一平面内，且第三个力的作用线通过汇交点。力的作用线通过汇交点。工程力学第1讲绪论公理公理4 4 作用和反作用定律作用和反作用定律作用力和反作用力总是同时存在，同时消失，作用力和反作用力总是同时

15、存在，同时消失，等值、等值、反向、共线反向、共线，作用在相互作用的两个物体上，作用在相互作用的两个物体上在画物体受力图时要注意此公理的应用在画物体受力图时要注意此公理的应用工程力学第1讲绪论一、力的合成一、力的合成 力的合成的本质就在于保证作用效果相同的前提下，用一个力的合成的本质就在于保证作用效果相同的前提下，用一个力的作用代替几个力的作用，这个力就是那几个力的力的作用代替几个力的作用，这个力就是那几个力的“等效等效力力”（合力）。（合力）。|F1F2|FR F1F2 工程力学第1讲绪论二、力的分解二、力的分解力的分解遵循平行四边形法则，力的分解相当于已知力的分解遵循平行四边形法则，力的分解

16、相当于已知对角线求邻边。对角线求邻边。F1F2FO工程力学第1讲绪论约束约束：对非自由体的位移起限制作用的物体对非自由体的位移起限制作用的物体.约束反力约束反力：约束对非自由体的作用力约束对非自由体的作用力约束反力约束反力大小大小待定待定方向方向与该约束所能阻碍的位移方向与该约束所能阻碍的位移方向相反相反作用点作用点接触处接触处主动力主动力：重力、推力、机械的动力和载荷重力、推力、机械的动力和载荷工程力学第1讲绪论1 1、柔体约束、柔体约束柔体只能受拉力柔体只能受拉力，又称张力，又称张力.用用 表示表示柔体对物体的约束力沿着柔索背离被约束物体柔体对物体的约束力沿着柔索背离被约束物体工程常见的约

17、束G工程力学第1讲绪论胶带对轮的约束力沿轮缘的切线方向，为拉力胶带对轮的约束力沿轮缘的切线方向，为拉力工程力学第1讲绪论2 2、光滑接触面约束、光滑接触面约束光滑接触面对非自由体的约束力，作用在接触点处；光滑接触面对非自由体的约束力，作用在接触点处；方向沿接触处的公法线并指向受力物体，故称为方向沿接触处的公法线并指向受力物体，故称为法向法向约束力约束力，用，用 表示表示工程力学第1讲绪论工程力学第1讲绪论3 3、圆柱铰链约束（径向轴承、圆柱铰链、固定铰链支座、圆柱铰链约束（径向轴承、圆柱铰链、固定铰链支座等）等）（1 1）径向轴承（向心轴承）径向轴承（向心轴承）约束特点：轴在轴承孔内，轴为非自

18、由体、轴承孔为约约束特点：轴在轴承孔内，轴为非自由体、轴承孔为约束束工程力学第1讲绪论约束力约束力：当不计摩擦时，轴与孔在接触为光滑接触约当不计摩擦时，轴与孔在接触为光滑接触约束束法向约束力法向约束力约束力作用在接触处，沿径向指向轴心约束力作用在接触处，沿径向指向轴心当外界载荷不同时，接触点会变，则约束力的大小与方向当外界载荷不同时，接触点会变，则约束力的大小与方向均有改变均有改变可用二个通过轴心的正交分力可用二个通过轴心的正交分力 表示表示工程力学第1讲绪论（2）光滑圆柱铰链光滑圆柱铰链约束特点：由两个各穿孔的构件及圆柱销钉组成，如剪约束特点：由两个各穿孔的构件及圆柱销钉组成，如剪刀刀工程力

19、学第1讲绪论约束力约束力：光滑圆柱铰链：亦为孔与轴的配合问题，与轴承一样，可光滑圆柱铰链：亦为孔与轴的配合问题，与轴承一样，可用两个正交分力表示用两个正交分力表示其中有作用与反作用关系其中有作用与反作用关系 一般不必分析销钉受力，当要分析时，必须把销钉单独取一般不必分析销钉受力，当要分析时，必须把销钉单独取出出工程力学第1讲绪论销钉受力与构件固连受力销钉受力与构件固连受力图图销钉单独取出受力销钉单独取出受力图图工程力学第1讲绪论（3）固定铰链支固定铰链支座座约束特点约束特点：由圆柱铰链中的构件由圆柱铰链中的构件1 1或或2 2之一与地面或机架固定而之一与地面或机架固定而成成约束力约束力：与圆柱

20、铰链相同与圆柱铰链相同以上三种约束（径向轴承、光滑圆柱铰链、固定铰链支以上三种约束（径向轴承、光滑圆柱铰链、固定铰链支座）其约束特性相同，均为轴与孔的配合问题，都可称座）其约束特性相同，均为轴与孔的配合问题，都可称作作光滑铰链约束光滑铰链约束工程力学第1讲绪论4 4、其它类型约、其它类型约束束（1 1）可动铰支座（滚动支座）可动铰支座（滚动支座）约束特点约束特点：在上述固定铰支座与光滑固定平面之间装有光滑辊轴而在上述固定铰支座与光滑固定平面之间装有光滑辊轴而成成约束力约束力：构件受到构件受到光滑面的约束力光滑面的约束力工程力学第1讲绪论（2 2）链杆约束）链杆约束两端各以铰链与其他物体相连接且

21、在中间不再受力（包两端各以铰链与其他物体相连接且在中间不再受力（包括物体本身的自重）的直杆称为链杆括物体本身的自重）的直杆称为链杆。这种约束对物体的约束反力沿着链杆两端铰结点的连线，其这种约束对物体的约束反力沿着链杆两端铰结点的连线，其方向或指向物体（即为压力），或背离物体（即为拉力）。方向或指向物体（即为压力），或背离物体（即为拉力）。工程力学第1讲绪论(3)(3)球铰链球铰链约束特点约束特点：通过球与球壳将构件连接，构件可以绕球心任通过球与球壳将构件连接，构件可以绕球心任意转动，但构件与球心不能有任何移动意转动，但构件与球心不能有任何移动约束力：约束力：当忽略摩擦时，球与球座亦是光滑约束问

22、题当忽略摩擦时，球与球座亦是光滑约束问题约束力通过接触点约束力通过接触点,并指向球心并指向球心,是一个不能预先确定的空是一个不能预先确定的空间力间力.可用三个正交分力表示可用三个正交分力表示工程力学第1讲绪论（4 4）止推轴）止推轴承承约束特点：约束特点：止推轴承比径向轴承多一个轴向止推轴承比径向轴承多一个轴向的位移限制的位移限制约束力约束力：比径向轴承多一个轴向的约束反力，亦有三个正比径向轴承多一个轴向的约束反力，亦有三个正交分力交分力 工程力学第1讲绪论（5 5）固定支座（固定端约束）固定支座（固定端约束）工程力学第1讲绪论 静力学基本公理静力学基本公理 公理公理1 1 力的平行四边形法则

23、；力的平行四边形法则；公理公理2 2 二力平衡条件二力平衡条件 ；公理公理3 3 加减平衡力系原理；【含两个推理】加减平衡力系原理；【含两个推理】公理公理4 4 作用和反作用定律；作用和反作用定律；工程力学第1讲绪论（1 1）柔体约束）柔体约束张力张力球铰链球铰链空间三正交分力空间三正交分力（4 4）滚动支座）滚动支座 光滑面光滑面（3 3）光滑铰链）光滑铰链两正交分力两正交分力（2 2）光滑面约束）光滑面约束法向约束力法向约束力 止推轴承止推轴承空间三正交分力空间三正交分力约束和约束力约束和约束力链杆约束链杆约束沿链杆两端铰接点沿链杆两端铰接点固定端约束固定端约束平面问题两正交分力 和反力偶MA工程力学第1讲绪论 思考题：思考题：14、172022-11-17工程力学第1讲绪论