工程力學課件.ppt

主 編：陳天富 馮賢桂,工程力學 經(jīng)管分社,工程力學,出版社,ISBN-978-7-5624-4419-0,0.1 工程力學的研究任務及內(nèi)容 工程力學是一門研究物體機械運動和構(gòu)件強度、剛度及穩(wěn)定性的學科,它主要包括剛體靜力學與材料力學兩部分。 0.2 工程力學的研究方法 對工程結(jié)構(gòu)進行現(xiàn)場觀察和部分實驗是認識力學規(guī)律的重要實踐性環(huán)節(jié)。 0.3 工程力學在機電類專業(yè)中的地位和作用,工程力學 出版社 經(jīng)管分社,緒論,工程力學,工程力學是機電類專業(yè)和其他工科類專業(yè)的重要技術(shù)基礎(chǔ)課，具有較強的理論性和實踐性。,工程力學,1.1 力與力系的概念 1.1.1 力的概念 1.1.2 力系 （1）力系的分類 1）空間任意力系 2）空間匯交力系,第1篇 靜力學 第1章 靜力學基本概念與基本原理,圖1.1,工程力學,圖1.2,工程力學,圖1.3,圖1.4,工程力學,3）空間平行力系 4）平面任意力系 5）平面匯交力系 6）平面平行力系 （2）力系的有關(guān)概念 1）等效力系 2）簡化力系 3）力系合成 4）平衡力系,工程力學,1.2 靜力學基本公理 1.2.1 二力平衡公理 1.2.2 加減平衡力系公理 1.2.3 力的平行四邊形法則,圖1.5,工程力學,圖1.6,圖1.7,工程力學,1.2.4 作用和反作用定律 1.2.5 剛化公理 1.3 力的分解與投影,工程力學,圖1.8,圖1.9,工程力學,1.4 力矩與力偶 1.4.1 力矩的概念 （1）力對點之矩,工程力學,圖1.10,工程力學,圖1.11,圖1.12,工程力學,圖1.13,圖1.14,工程力學,圖1.15,工程力學,（3）力矩關(guān)系定理 （4）合力矩定理,工程力學,1.4.2 力偶的概念 （1）力偶的矢量表示 1）力偶沒有合力。 2）力偶中的兩個力，可以沿著它們的作用線任意移動，而不改變力偶對剛體的轉(zhuǎn)動效應。,工程力學,圖1.17,工程力學,圖1.18,工程力學,3）力偶對空間任意一點之矩都等于其自身的力偶矩矢量。,圖1.19,工程力學,4）作用于剛體上的兩個力偶互相等效的條件是它們的力偶矩矢量相等。 （2）力偶的代數(shù)量表示 1.5 約束與約束力 1.5.1 約束與約束力的概念 1.5.2 工程中常見的約束 (1)柔性約束 (2)光滑接觸面約束,工程力學,圖1.20,工程力學,圖1.21,圖1.22,工程力學,（3）固定鉸支座 （4）活動鉸支座 （5）鉸鏈連接,圖1.23,工程力學,（6） 鏈桿連接 （7）固定端支座 1.6 受力分析與受力圖,圖1.24,工程力學,圖1.25,工程力學,圖1.26,圖1.27,工程力學,靜力學主要研究物體在力系作用下的平衡條件。 2.1 力的平移定理 2.2 力系的簡化 2.2.1 匯交力系的簡化 （1）匯交力系合成的幾何法 （2）匯交力系合成的解析法,第2章 力系的簡化與合成,工程力學,圖2.1,圖2.2,工程力學,圖2.3,工程力學,工程力學,圖2.4,工程力學,2.2.2 力偶系的簡化,圖2.5,工程力學,工程力學,2.2.3 任意力系的簡化 （1）空間任意力系的簡化,工程力學,圖2.7,工程力學,（2）空間任意力系的簡化結(jié)果,工程力學,圖2.8,工程力學,圖2.9,工程力學,圖2.10,圖2.11,工程力學,（3）平面任意力系的簡化結(jié)果 2.2.4 平行分布荷載的簡化,工程力學,圖2.12,圖2.13,工程力學,圖2.14,工程力學,圖2.15,工程力學,2.3 物體的重心 2.3.1 平行力系的中心,工程力學,圖2.16,工程力學,2.3.2 物體的重心,圖2.17,工程力學,工程力學,3.1 匯交力系的平衡方程 3.1.1 空間匯交力系,第3章 力系的平衡,工程力學,3.1.2 平面匯交力系 3.2 力偶系的平衡方程 3.2.1 空間力偶系,工程力學,3.2.2 平面力偶系 3.3 任意力系的平衡方程 3.3.1 空間任意力系,工程力學,3.3.2 空間平行力系 3.3.3 平面任意力系,工程力學,（1）二力矩式,圖3.1,工程力學,（2）三力矩式 （3）平面平行力系,工程力學,3.4 平衡方程的應用 3.4.1 單個物體平衡方程的應用 3.4.2 物體系平衡方程的應用 (1)靜定問題與靜不定問題 (2)物體系的平衡問題 1)首先判斷物體系統(tǒng)是否屬于靜定問題。 2)恰當?shù)剡x擇研究對象。 3)進行受力分析，畫隔離體的受力圖。 4)列平衡方程，求出全部未知力。,工程力學,圖3.9,圖3.10,工程力學,3.5 平面靜定桁架 在工程實際中，有很多結(jié)構(gòu)是由許多桿件在其端點處相互連接起來，而成為一幾何形狀不變的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)稱為桁架。,圖3.15,工程力學,(1)節(jié)點法 (2)截面法 3.6 考慮摩擦時的平衡問題,圖3.16,工程力學,兩個相互接觸的物體產(chǎn)生相對運動或具有相對運動的趨勢時，彼此在接觸部位會產(chǎn)生一種阻礙對方相對運動的作用。 3.6.1 滑動摩擦 (1)靜滑動摩擦力,圖3.20,工程力學,(2)靜滑動摩擦定律 (3)動滑動摩擦定律 (4)摩擦角與自鎖現(xiàn)象,工程力學,圖3.21,工程力學,圖3.22,工程力學,3.6.2 考慮滑動摩擦的平衡問題 3.6.3 滾動摩擦,圖3.26,工程力學,工程力學,4.1 材料力學的任務 （1）構(gòu)件應有足夠的強度 （2）構(gòu)件應有足夠的剛度 （3）構(gòu)件應有足夠的穩(wěn)定性 4.2 可變形固體及其基本假設(shè) （1）連續(xù)性假設(shè),第2篇 材料力學 第4章 材料力學的一般概念,工程力學,（2）均勻性假設(shè) （3）各向同性假設(shè) （4）小變形假設(shè) 4.3 桿件變形的基本形式 （1）拉伸和壓縮 （2）剪切 （3）扭轉(zhuǎn) （4）彎曲,工程力學,圖4.1,圖4.2,工程力學,圖4.3,圖4.4,工程力學,5.1 軸向拉伸和壓縮的概念,第5章 軸向拉伸和壓縮,圖5.1,工程力學,5.2 內(nèi)力和截面法軸力和軸力圖 構(gòu)件未受外力作用時，其內(nèi)部的各質(zhì)點之間存在著相互作用的力，一般稱為內(nèi)聚力。 （1）截 （2）棄 （3）代 （4）平 53 拉壓桿應力,工程力學,圖5.4,工程力學,工程力學,圖5.5,圖5.6,工程力學,5.3.1 圣維南原理 5.3.2 應力集中,圖57,工程力學,圖5.8,工程力學,工程力學,54 軸向拉伸或壓縮時的變形,工程力學,5.4.1 縱向變形線應變,圖5.9,工程力學,5.4.2 胡克定律,工程力學,5.4.3 橫向變形泊松比 55 材料在拉伸和壓縮時的力學性能 材料的力學性能主要是指材料受力后所表現(xiàn)出來的變形、破壞或失效方面的特性。,工程力學,工程力學,5.5.1 低碳鋼拉伸時的力學性能,圖5.12,工程力學,圖5.13,工程力學,（1）彈性階段（Oa段） （2）屈服階段（bc段） （3）強化階段(cd段) （4）局部變形階段(d段),圖5.14,工程力學,(5)延伸率和斷面收縮率,圖5.15,工程力學,5.5.2 其他塑性材料拉伸時的力學性能,圖5.16,圖5.17,工程力學,5.5.4 材料壓縮時的力學性能,圖5.18,圖5.19,工程力學,圖5.20,圖5.21,圖5.22,圖5.23,工程力學,工程力學,工程力學,5.5.5 溫度對材料力學性能的影響蠕變和應力松弛的概念,圖5.24,工程力學,5.6 軸向拉伸和壓縮時的強度計算 在介紹材料力學性能的基礎(chǔ)上，現(xiàn)在討論軸向拉伸或壓縮時桿件的強度計算問題。,工程力學,（1）強度校核 （2）設(shè)計截面 （3）確定許用載荷 5.7 拉伸和壓縮靜不定問題 5.7.1 靜不定概念及靜不定問題的一般解法,工程力學,圖5.28,工程力學,圖5.29,工程力學,（1）靜力學關(guān)系 （2）變形幾何關(guān)系 （3）物理關(guān)系,工程力學,（1）靜力學關(guān)系 （2）變形幾何關(guān)系 （3）物理關(guān)系,工程力學,工程力學,5.7.2 裝配應力 加工構(gòu)件時，尺寸上的一些微小誤差是難以避免的。 5.7.3 溫度應力 物體因溫度的變化會發(fā)生膨脹或收縮。,圖5.32,工程力學,圖5.33,工程力學,61 概述 在工程實際中，可以見到很多承受剪切的構(gòu)件。 6.2 剪切強度計算,第6章 剪切,工程力學,圖6.2,圖6.3,圖6.4,工程力學,6.3 擠壓強度計算,圖6.5,工程力學,圖6.6,工程力學,6.4 計算實例 工程中，構(gòu)件間的聯(lián)接方式雖然很多，但其強度計算方法都可采用前二節(jié)中的有關(guān)公式。,工程力學,71 概述 工程中的各種構(gòu)件，其橫截面都是具有一定幾何形狀的平面圖形，例如圓形、矩形、工字形等。 7.2 靜矩和形心,第7章 平面圖形的幾何性質(zhì),工程力學,73 慣性矩和慣性積,工程力學,圖7.1,圖7.5,工程力學,74 平行移軸公式 同一平面圖形對于平行的兩對直角坐標軸的慣性矩或慣性積，雖然不相同，但當其中一對坐標軸是圖形的形心軸時，它們之間卻存在著比較簡單的關(guān)系。,工程力學,工程力學,圖7.10,工程力學,8.1 扭轉(zhuǎn)的概念和實例,第8章 扭轉(zhuǎn),圖8.1,圖8.2,工程力學,8.2 外力偶矩的計算扭矩和扭矩圖,圖8.3,工程力學,圖8.4,工程力學,圖8.5,圖8.6,工程力學,83 純剪切 在研究圓軸扭轉(zhuǎn)的應力和變形之前，先介紹有關(guān)剪切的兩個基本定律。 8.3.1 圓軸扭轉(zhuǎn)的平面假設(shè) 8.3.2 剪應力互等定理 8.3.3剪切胡克定律,工程力學,圖8.7,工程力學,圖8.8,工程力學,84 圓軸扭轉(zhuǎn)時的應力和變形 8.4.1 橫截面上的應力 （1）變形幾何關(guān)系 （2）物理關(guān)系,工程力學,圖8.9,工程力學,（3）靜力學關(guān)系,圖8.10,圖8.11,圖8.12,工程力學,工程力學,8.4.2 扭轉(zhuǎn)變形,工程力學,圖8.14,工程力學,85 圓軸扭轉(zhuǎn)時的強度和剛度計算 8.5.1 強度條件,工程力學,8.5.2 剛度條件,工程力學,圖8.15,工程力學,86 扭轉(zhuǎn)靜不定問題 在前面所討論的扭轉(zhuǎn)問題中，軸的支座約束力偶矩或橫截面上的扭矩都可由靜力平衡方程確定，這類問題稱為扭轉(zhuǎn)的靜定問題，如圖819（a）所示。 87 非圓截面桿扭轉(zhuǎn)簡介 前面所述為圓截面桿的扭轉(zhuǎn)問題。,工程力學,圖819,圖8.20,工程力學,圖8.21,工程力學,工程力學,91 平面彎曲的概念,第9章 彎曲內(nèi)力,圖9.1,工程力學,圖9.2,圖9.3,工程力學,圖9.4,圖9.5,工程力學,92 梁的計算簡圖 梁的支座和載荷有各種不同的情況，對梁進行分析計算，首先對梁應進行必要的簡化。 9.2.1 支座的基本形式 （1）可動鉸支座 （2）固定鉸支座 （3）固定端 9.2.2 荷載的簡化,工程力學,圖9.6,工程力學,（1）集中力 （2）分布荷載 （3）集中力偶 9.2.3 靜定梁及其分類 （1）簡支梁 （2）外伸梁 （3）懸臂梁 93 剪力和彎矩,工程力學,圖9.7,工程力學,94 剪力圖和彎矩圖,圖9.8,工程力學,95 用疊加法作彎矩圖,圖9.15,工程力學,96 剪力、彎矩和荷載集度間的關(guān)系,工程力學,圖9.17,工程力學,圖9.18,工程力學,101 梁彎曲時的正應力 10.1.1 變形幾何關(guān)系,第10章 彎曲應力,工程力學,圖10.1,圖10.2,工程力學,圖10.3,工程力學,圖10.4,工程力學,10.1.2 物理關(guān)系 10.1.3 靜力學關(guān)系,工程力學,工程力學,工程力學,圖10.5,工程力學,102 彎曲正應力強度計算 103 非對稱梁的彎曲,工程力學,圖10.11,工程力學,工程力學,104 梁彎曲時的剪應力 10.4.1 矩形截面梁,圖10.12,圖10.13,工程力學,工程力學,圖10.14,工程力學,工程力學,10.4.2 工字形截面梁,圖10.15,工程力學,10.4.3 圓形截面梁,圖10.16,圖10.17,工程力學,105 提高梁彎曲強度的措施,工程力學,10.5.1 選用合理的截面形狀,工程力學,10.5.2 適當布置荷載和支座位置,圖10.21,圖10.22,工程力學,圖10.23,圖10.24,圖10.25,工程力學,10.5.3 采用變截面梁,圖10.26,工程力學,圖10.27,工程力學,11.1 工程中的彎曲變形問題,第11章 彎曲變形,圖11.1,工程力學,11.2 梁的撓曲線近似微分方程,圖11.2,圖11.3,工程力學,工程力學,圖11.4,工程力學,11.3 用積分法求梁的彎曲變形,圖11.5,圖11.6,工程力學,工程力學,工程力學,11.4 用疊加法求彎曲變形 由前面的計算中可以看出，在彎曲變形很小，且材料服從胡克定律的情況下，所求得的梁的轉(zhuǎn)角和撓度都與梁上的荷載成線性關(guān)系。 11.5 梁的剛度計算 工程中的某些梁，為保證其能正常工作，對梁的撓度或轉(zhuǎn)角要加以限制。,工程力學,（1）改善結(jié)構(gòu)形式，減小彎矩的數(shù)值,圖11.14,工程力學,（2）選擇合理的截面形狀 （3）選用彈性模量較大的材料 11.6 靜不定梁,圖11.15,圖11.16,工程力學,圖11.17,圖11.18,工程力學,工程力學,圖11.19,工程力學,11.7 用莫爾定理計算梁的彎曲變形 11.7.1 虛功原理,圖11.20,工程力學,圖11.22,工程力學,圖11.23,圖11.24,工程力學,11.7.2 莫爾定理,工程力學,11.7.3 圖形互乘法,工程力學,圖11.26,工程力學,圖11.27,工程力學,12.1 應力狀態(tài)概述,第12章 應力狀態(tài)分析和強度理論,圖12.1,工程力學,圖12.2,圖12.3,工程力學,12.2 二向應力狀態(tài)分析解析法,圖12.4,工程力學,工程力學,工程力學,工程力學,123 二向應力狀態(tài)分析圖解法,圖12.6,工程力學,圖12.7,工程力學,（1）純剪切應力狀態(tài),圖12.9,工程力學,（2）單向應力狀態(tài),圖12.10,工程力學,12.4 三向應力狀態(tài) （1）斜截面上的應力,圖12.11,工程力學,（2）三向應力狀態(tài)的應力圓,圖12.12,圖12.13,工程力學,（3）應力極值 12.5 廣義胡克定律體積應變 12.5.1 廣義胡克定律,工程力學,圖12.15,工程力學,工程力學,12.5.2 體積應變,圖12.16,圖12.17,工程力學,12.6 三向應力狀態(tài)下的彈性比能,工程力學,圖12.19,工程力學,圖12.20,工程力學,12.7 強度理論的概念,圖12.21,圖12.22,工程力學,12.8 4個常用的強度理論 12.8.1 最大拉應力理論(第一強度理論) 12.8.2 最大伸長線應變理論(第二強度理論),工程力學,12.8.3 最大剪應力理論(第三強度理論),工程力學,12.8.4 形狀改變比能理論(第四強度理論),工程力學,12.8.5 相當應力 12.9 莫爾強度理論 前面所述四個強度理論，主要是采用科學假設(shè)的方法建立的，它們是對決定材料強度失效或破壞的主要因素，根據(jù)一定的實,工程力學,驗基礎(chǔ)，進行假設(shè)，然后驗證。,圖12.24,圖12.25,工程力學,工程力學,13.1 組合變形概念和應力疊加法 在實際工程結(jié)構(gòu)中，桿件受力時，往往同時發(fā)生幾種基本變形。 13.2 斜彎曲 前面研究梁的彎曲正應力時，僅限于討論構(gòu)件具有縱向?qū)ΨQ面，且橫向載荷均作用在縱向?qū)ΨQ面內(nèi)，因而彎曲變形后橫截面的中性軸與縱向?qū)ΨQ面垂直，撓曲線為縱向?qū)ΨQ面內(nèi)的一條平面曲線，這就是平面彎曲的情況。,第13章 組合變形,工程力學,圖13.1,工程力學,圖13.2,工程力學,工程力學,圖13.3,工程力學,工程力學,圖13.4,圖13.5,工程力學,13.3 拉伸(壓縮)與彎曲的組合,工程力學,圖13.8,工程力學,13.4 彎曲與扭轉(zhuǎn)的組合,圖13.11,工程力學,工程力學,圖13.12,工程力學,14.1 壓桿穩(wěn)定的概念,第14章 壓桿的穩(wěn)定性,圖14.1,工程力學,圖14.2,圖14.3,工程力學,圖14.4,圖14.5,圖14.6,工程力學,14.2 細長壓桿的臨界力歐拉公式,工程力學,工程力學,圖14.7,圖14.8,圖14.9,工程力學,14.3 其他約束條件下細長壓桿的臨界力 14.3.1 一端固定、一端自由的細長壓桿 14.3.2 兩端固定的細長壓桿,工程力學,圖14.10,工程力學,14.3.3 一端固定，一端鉸支的細長壓桿,工程力學,14.3.4 幾種常見約束的簡化 （1）柱形鉸約束 （2）焊接或鉚接 （3）螺母和絲桿連接 （4）工作臺,工程力學,圖14.11,工程力學,圖14.12,圖14.13,圖14.14,工程力學,（5）彈性支承 14.4 歐拉公式適用范圍中、小柔度桿的臨界應力,圖14.15,工程力學,14.4.1 臨界應力和柔度,工程力學,14.4.2 歐拉公式適用范圍,工程力學,圖14.16,工程力學,工程力學,14.4.3 中、小柔度桿的臨界應力,工程力學,14.4.4 壓桿的臨界應