理論力學第一章11

1、理論力學理論力學 靜力學靜力學+ +運動學運動學+ +動力學動力學成績考核（成績考核（平時成績期末考試平時成績期末考試）：）：1. 1. 平時成績平時成績 20 20 分，其中作業(yè)分，其中作業(yè) 10 10 分，測驗分，測驗 5 5 分，出勤分，出勤 10 10 分分2. 2. 期末考試卷面期末考試卷面 80 80 分分 教材：教材：哈工大理論力學教研室哈工大理論力學教研室 編編, ,理論力學理論力學第第7 7版版, ,高教出版社高教出版社,2009,2009考試：考試：2020周周 周四周四(5(5月月6 6日日) 13:45-15:45 ) 13:45-15:45 正心正心1414、1212

2、、1111緒緒 論論力學的研究內容力學的研究內容牛頓運動三定律牛頓運動三定律速度、加速度速度、加速度 物體運動物體運動物體相互作用物體相互作用力力 力學的地位與作用力學的地位與作用技術科學技術科學自然科學自然科學工程技術工程技術牛頓三定律牛頓三定律 復雜工程結構復雜工程結構 力學力學 力學的地位與作用力學的地位與作用 趙州橋又名安濟橋，建于隋趙州橋又名安濟橋，建于隋大業(yè)大業(yè)(公元公元605-618)年間，是著年間，是著名匠師李春建造。橋長名匠師李春建造。橋長64.40米，跨徑米，跨徑37.02米，是當今世米，是當今世界上跨徑最大、建造最早的單界上跨徑最大、建造最早的單孔敞肩型石拱橋。因橋兩端肩

3、孔敞肩型石拱橋。因橋兩端肩部各有二個小孔，不是實的，部各有二個小孔，不是實的，故稱敞肩型，這是世界造橋史故稱敞肩型，這是世界造橋史的一個創(chuàng)造。的一個創(chuàng)造。 力學的地位與作用力學的地位與作用倫敦塔橋倫敦塔橋原名迪拜塔，是原名迪拜塔，是位于迪拜的一棟位于迪拜的一棟已經建成的摩天已經建成的摩天大樓，有大樓，有160層，層，總高總高828米，比臺米，比臺北北101足足高出足足高出320米。迪拜塔由米。迪拜塔由韓國三星公司負韓國三星公司負責營造，責營造，2004年年9月月21日開始動工，日開始動工，2010年年1月月4日竣日竣工啟用，同時正工啟用，同時正式更名哈利法塔。式更名哈利法塔。 高速鐵路機車高速

4、鐵路機車( (流線型車頭流線型車頭玻璃鋼；車體玻璃鋼；車體結構結構玻璃鋼、耐水膠合板、鋁板夾層玻璃鋼、耐水膠合板、鋁板夾層) )u航空航天技術航空航天技術材材 料料力力 學學信信 息息制制 造造Aerospace新能源新能源 大飛機大飛機C919 殲殲10應用實例應用實例 衛(wèi)星主承力筒與太陽帆板基板衛(wèi)星主承力筒與太陽帆板基板 模態(tài)響應模態(tài)響應 屈曲失穩(wěn)屈曲失穩(wěn) 損傷容限損傷容限 連接強度連接強度應用實例應用實例 固體火箭發(fā)動機固體火箭發(fā)動機 殼體殼體 幾何非線性幾何非線性 界面界面 檢驗規(guī)范檢驗規(guī)范 破壞準則破壞準則 噴管噴管 性能表征性能表征 結構完整性結構完整性 可靠性可靠性應用實例應用實

5、例 可膨脹展開大型空間結構可膨脹展開大型空間結構 幾何非線性幾何非線性 剛化與展開動力學剛化與展開動力學 穩(wěn)定性穩(wěn)定性 防泄露防泄露 沖擊沖擊應用實例應用實例航空發(fā)動機航空發(fā)動機-蠕變：高溫復雜載荷蠕變：高溫復雜載荷-疲勞：循環(huán)載荷疲勞：循環(huán)載荷-氧化氧化/ /腐蝕腐蝕/ /沖刷：燃沖刷：燃氣介質氣介質-微結構演化微結構演化 飛船對接飛船對接 對接位置控制：軌道動力學對接位置控制：軌道動力學 對接姿態(tài)控制：多體動力學對接姿態(tài)控制：多體動力學 對接過程控制：碰撞動力學對接過程控制：碰撞動力學應用實例應用實例力學概念的延伸力學概念的延伸 力學系統(tǒng)力學系統(tǒng) 機械相互作用機械相互作用 = 經典力學經典

6、力學系統(tǒng)演化發(fā)展系統(tǒng)演化發(fā)展 周圍環(huán)境的相互作用周圍環(huán)境的相互作用 熱系統(tǒng)熱系統(tǒng) 熱交換與傳遞熱交換與傳遞 = 熱力學熱力學電磁系統(tǒng)電磁系統(tǒng) 電磁相互作用電磁相互作用 = 電動力學電動力學經典力學的分類經典力學的分類 力學力學理論力學：研究質點與剛體系統(tǒng)，離散系統(tǒng)理論力學：研究質點與剛體系統(tǒng)，離散系統(tǒng)連續(xù)介質力學：研究變形體系統(tǒng)，連續(xù)系統(tǒng)連續(xù)介質力學：研究變形體系統(tǒng)，連續(xù)系統(tǒng)理論力學理論力學靜力學，研究力系的簡化與平衡靜力學，研究力系的簡化與平衡運動學，研究運動的幾何性質運動學，研究運動的幾何性質動力學，研究力與運動的關系動力學，研究力與運動的關系研究物體的受力分析、力系的等效替換（或簡化）、

7、建立各研究物體的受力分析、力系的等效替換（或簡化）、建立各種力系的平衡條件的科學種力系的平衡條件的科學靜力學靜力學1 1、物體的受力分析物體的受力分析：分析物體（包括物體系）受哪些：分析物體（包括物體系）受哪些力，每個力的作用位置和方向，并畫出物體的受力圖力，每個力的作用位置和方向，并畫出物體的受力圖2 2、力系的等效替換（或簡化）力系的等效替換（或簡化）：用一個簡單力系等效代替：用一個簡單力系等效代替一個復雜力系一個復雜力系3 3、各種力系的平衡條件各種力系的平衡條件：建立各種力系的平衡條件，并：建立各種力系的平衡條件，并應用這些條件解決靜力學實際問題應用這些條件解決靜力學實際問題 力力：一

8、個物體對另一個物體的作用，作用效果使物體的運動狀態(tài)發(fā)生改變或者使物體發(fā)生變形 力系力系：作用在物體上的一群力，力的集合. 幾個基本概念幾個基本概念力的三要素：大小、方向、作用點 力是矢量平面共點力系平面匯交力系平面平行力系平面任意力系平面力偶系空間共點力系空間匯交力系空間平行力系空間任意力系空間力偶系外效應：使物體的運動狀態(tài)發(fā)生改變內效應：使物體發(fā)生變形 靜力學主要任務之一靜力學主要任務之一：建立起這些力系的平衡條件：建立起這些力系的平衡條件. 出版教材上用黑斜體出版教材上用黑斜體F表示，手寫體一般寫成表示，手寫體一般寫成F 平衡平衡：物體相對慣性參考系（如地面）靜止或作勻速直線運動 剛體：剛

9、體：在力的作用下，其內部任意兩點間的距離始終保持不變的物體，或者說是絕對不變形的物體.（理想的、抽象的力學模型） 變形體：變形體：任何物體在力的作用下要產生變形，稱為變形體。 例：例：一列火車可依據(jù)研究目的不同，分別作為點、質點、剛體、剛體系和變形體來考慮。幾個基本概念幾個基本概念 等效力系等效力系：如果一個力系作用于物體的效果與另一個力系作用于該物體的效果相同，這兩個力系互為等效力系。 平衡力系平衡力系：不受外力作用的物體可稱其為受零力系作用。一個力系如果與零力系等效，則該力系稱為平衡力系。第一章第一章 靜力學公理和物體的受力分析靜力學公理和物體的受力分析1-1 1-1 靜力學公理靜力學公理

10、 剛化原理剛化原理 力的平行四邊形法則力的平行四邊形法則 二力平衡條件二力平衡條件 加減平衡力系原理加減平衡力系原理 作用和反作用定律作用和反作用定律1-1 1-1 靜力學公理靜力學公理公理公理1 1 力的平行四邊形法則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。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，由這兩個力為邊構成的平行四邊形的對角線確定。力為邊構成的平行四邊形的對角線確定。合力合力( (合力的大小與方向合力的大小與方向) () (矢量和矢量和) )21RFFF亦可用力三

11、角形求得合力矢亦可用力三角形求得合力矢 公理公理2 2 二力平衡條件二力平衡條件 使剛體平衡的充分必要條件使剛體平衡的充分必要條件21FF-最簡單力系的平衡條件最簡單力系的平衡條件作用在剛體上的兩個力，使剛體保持平衡的必要和充分條件是：作用在剛體上的兩個力，使剛體保持平衡的必要和充分條件是：這兩個力的大小相等，方向相反，且作用在同一直線上。這兩個力的大小相等，方向相反，且作用在同一直線上。變形體呢？變形體呢？使變形體平衡的必要條件使變形體平衡的必要條件二力桿判別依據(jù)二力桿判別依據(jù)公理公理3 3 加減平衡力系原理加減平衡力系原理推理推理1 作用在剛體上的力是滑動矢量，力的三要素為作用在剛體上的力

12、是滑動矢量，力的三要素為大小、方向和作用線大小、方向和作用線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。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。 作用于剛體上某點的力，可以沿著它的作用線移到剛體內任意一點，作用于剛體上某點的力，可以沿著它的作用線移到剛體內任意一點，并不改變該力對剛體的作用。并不改變該力對剛體的作用。力的可傳性力的可傳性（注意：公理3和推理1 不適用變形體，定位矢量）推理推理2 2 作用于剛體上三個相互平衡的力，若其中兩個力的作作用于剛體上三個相互平衡的力，若其中兩個力的作用線匯交于一點，則此三力必在同一平面內，且第三個力用線匯交

13、于一點，則此三力必在同一平面內，且第三個力的作用線通過匯交點。的作用線通過匯交點。三力平衡匯交定理三力平衡匯交定理應用：應用：剛體只受同平面三個匯交力作用而平衡，有時稱剛體只受同平面三個匯交力作用而平衡，有時稱三力構件。若知道其中兩個力的交點和第三個力的作用點，三力構件。若知道其中兩個力的交點和第三個力的作用點，可判定第三個力作用線的方位?？膳卸ǖ谌齻€力作用線的方位。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總是同時存在，同時消失，兩力等值、作用力和反作用力總是同時存在，同時消失，兩力等值、反向、共線，作用在相互作用的兩個物體上反向、共線，作用在相互作用的兩個物體上 在畫

14、物體受力圖時要注意此公理的應用在畫物體受力圖時要注意此公理的應用 注意：與二力平衡條件的區(qū)別注意：與二力平衡條件的區(qū)別公理公理5 5 剛化原理剛化原理柔性體（受拉力平衡）柔性體（受拉力平衡）剛化為剛體（仍平衡）剛化為剛體（仍平衡）反之不一定成立反之不一定成立剛體（受壓平衡）剛體（受壓平衡）柔性體（受壓不能平衡）柔性體（受壓不能平衡）變形體變形體在某一力系作用下處于平衡，如將此變形體剛化為剛體，其平在某一力系作用下處于平衡，如將此變形體剛化為剛體，其平衡狀態(tài)保持不變衡狀態(tài)保持不變.剛體平衡條件是變形體平衡的必要條件剛體平衡條件是變形體平衡的必要條件約束約束：約束反力約束反力：約束反力約束反力大小

15、大小待定待定方向方向與該約束所能阻礙的位移方向相反與該約束所能阻礙的位移方向相反作用點作用點接觸處接觸處1-2 1-2 約束和約束反力約束和約束反力對非自由體的某些位移起限制作用的周圍物體。對非自由體的某些位移起限制作用的周圍物體。約束對非自由體的作用力。約束對非自由體的作用力。也可稱為也可稱為被動力被動力。主動力主動力：使物體產生運動或運動趨勢的力。使物體產生運動或運動趨勢的力。重力、風力、載荷力等重力、風力、載荷力等自由體自由體：位移不受限制的物體。位移不受限制的物體。非自由體非自由體：位移受到限制的物體。位移受到限制的物體。工程中常見的約束工程中常見的約束1 1、具有光滑接觸面（線、點）

16、的約束（光滑接觸約束）、具有光滑接觸面（線、點）的約束（光滑接觸約束）接觸處（面、線、點）的摩擦力可以忽略不計光滑接觸面約束 光滑支承接觸對物體的約束力，光滑支承接觸對物體的約束力，作用在接觸處作用在接觸處；方向方向沿接觸處的公法線并指向受力物體沿接觸處的公法線并指向受力物體，故稱為法向約束，故稱為法向約束力，用力，用 表示表示NF2 2、由柔軟的繩索、皮帶或鏈條等構成的約束、由柔軟的繩索、皮帶或鏈條等構成的約束柔索只能受拉力，又稱張力柔索只能受拉力，又稱張力. .用用 表示表示TF柔索對物體的約束力沿著柔索背向被約束物體柔索對物體的約束力沿著柔索背向被約束物體皮帶（鏈條）對輪的約束力沿輪緣的

17、切線方向，為拉力皮帶（鏈條）對輪的約束力沿輪緣的切線方向，為拉力3 3 、光滑鉸鏈約束（徑向軸承、圓柱鉸鏈、固定鉸鏈支座等）、光滑鉸鏈約束（徑向軸承、圓柱鉸鏈、固定鉸鏈支座等） （1 1） 徑向軸承（向心軸承）徑向軸承（向心軸承） 約束特點：約束特點：約束力約束力： 當不計摩擦時，軸與孔在接觸處為光滑接觸約束當不計摩擦時，軸與孔在接觸處為光滑接觸約束法向約束力約束力作用在接觸處，沿徑向指向軸心法向約束力約束力作用在接觸處，沿徑向指向軸心軸在軸承孔內，軸為被約束體、軸在軸承孔內，軸為被約束體、 軸承孔為約束軸承孔為約束當外界載荷不同時，接觸點會變，則約束力的大小當外界載荷不同時，接觸點會變，則約

18、束力的大小與方向均有改變與方向均有改變可用二個通過軸心的正交分力可用二個通過軸心的正交分力 表示表示yxFF,（2 2）光滑圓柱鉸鏈）光滑圓柱鉸鏈約束特點：約束特點：由兩個各穿孔的構件及圓柱銷釘組成，如剪刀由兩個各穿孔的構件及圓柱銷釘組成，如剪刀光滑圓柱鉸鏈約束約束力：約束力：光滑圓柱鉸鏈：亦為孔與軸的配合問題，與軸承一樣，可用光滑圓柱鉸鏈：亦為孔與軸的配合問題，與軸承一樣，可用兩個正交分力表示兩個正交分力表示兩組約束力間有作用力和反作用力的關系兩組約束力間有作用力和反作用力的關系 一般不必分析銷釘受力，當要分一般不必分析銷釘受力，當要分析時，必須把銷釘單獨取出析時，必須把銷釘單獨取出yCyC

19、xCxCFFFF-,（3 3） 固定鉸鏈支座固定鉸鏈支座約束特點：約束特點：由上面構件由上面構件1 1或或2 2 之一與地面或機架固定而成之一與地面或機架固定而成 約束力：與圓柱鉸鏈相同約束力：與圓柱鉸鏈相同 以上三種約束（徑向軸承、光滑圓柱鉸鏈、固定鉸鏈以上三種約束（徑向軸承、光滑圓柱鉸鏈、固定鉸鏈支座）其約束特性相同，均為軸與孔的配合問題，都可稱支座）其約束特性相同，均為軸與孔的配合問題，都可稱作光滑圓柱鉸鏈約束作光滑圓柱鉸鏈約束4 4、其它類型約束、其它類型約束 （1 1）滾動支座）滾動支座 約束特點：約束特點： 在上述固定鉸支座與光滑固定平面之間裝有光滑滾軸而成在上述固定鉸支座與光滑固定平面之間裝有光滑滾軸而成 約束力：約束力：構件受到垂直于光滑面的約束力構件受到垂直于光滑面的約束力(2) (2) 球