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1、前 言 工程力學(xué)是土建類專業(yè)一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課。是巖土工程,工程地質(zhì),勘查工程等專業(yè)必修的一門課程,它包括理論力學(xué)中的靜力學(xué)和材料力學(xué)兩部分內(nèi)容。 本課程主要以吉林大學(xué)建設(shè)工程學(xué)院力學(xué)教研室蘇明主編的工程力學(xué)教材為主,參考教材,教育部高等教育組編工程力學(xué)高等教育出版社出版;盧萬年主編工程力學(xué),西安工業(yè)大學(xué)出版社出版;吳代華主編材料力學(xué),武漢工業(yè)大學(xué)出版社出版;梁治明主編材料力學(xué)高等教育出版社出版。 第1頁,共39頁。 為學(xué)好工程力學(xué)這門課程,充分考慮成人教育的特點(diǎn),方便于自學(xué),本人在制作課件時(shí),精選教學(xué)內(nèi)容,突出重點(diǎn)、強(qiáng)化應(yīng)用、抓好基本概念、基本理論和基本方法;每章都做了小結(jié),提出知識(shí)要點(diǎn),
2、習(xí)題和考核要求。 本課件教學(xué)內(nèi)容共分十一章,第一章靜力學(xué)的基本概念,第二章平面力系,第三章滑動(dòng)摩擦,第四章材料力學(xué)的基本概念,第五章軸向拉伸和壓縮,第六章應(yīng)力狀態(tài),第七章強(qiáng)度理論,第八章剪切與擠壓,第九章扭轉(zhuǎn),第十章彎曲,第十一章組合變形的強(qiáng)度計(jì)算。第2頁,共39頁。 第一部分 靜力學(xué) 第3頁,共39頁。1-1 靜力學(xué)的任務(wù) 一、靜力學(xué)研究什么:物體在力系作用下的平衡問題 二、平衡的概念:物體相對(duì)于地球處于靜止或勻速 直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 三、任務(wù):物體的受力分析力系的等效替換 (或簡(jiǎn)化)建立各種力系的平衡條件1、物體的受力分析:分析物體(包括物體系)受哪些力,每個(gè)力的作用位置和方向,并畫出物體的受
3、力圖第一章 靜力學(xué)的基本概念第4頁,共39頁。3、建立各種力系的平衡條件:建立各種力系的平衡條件,并應(yīng)用這些條件解決靜力學(xué)實(shí)際問題 四、剛體的概念:在任何外力作用下,不發(fā)生大小和形狀改變的物體。2、力系的等效替換(或簡(jiǎn)化):用一個(gè)簡(jiǎn)單力系等效代替一個(gè)復(fù)雜力系第5頁,共39頁。1-2 力的概念一、定義:物體之間的相互機(jī)械作用,作用效果使物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變二、力的三要素:大小、方向、作用點(diǎn). 三、力的分類: 1、體積力:作用在物體內(nèi)部各個(gè)點(diǎn)上,如重力、慣性力 2、表面力:作用在物體表面上的力()分布力:連續(xù)作用于物體某個(gè)或某段長(zhǎng)度上的力,如水壓力(如右)。第6頁,共39頁。(2)集中力:作
4、用在某一極小面積上的力,如火車輪作用在鋼軌上的力。四、力的單位: 牛頓(N)或千牛頓(KN) 1KN=1000N第7頁,共39頁。1-3 靜力學(xué)公理 公理:就是被人們公認(rèn)的,客觀事實(shí)存在的規(guī)律,換言之就是人們通過實(shí)驗(yàn)總結(jié)出來的基本規(guī)律公理1 二力平衡公理 使剛體平衡的充分必要條件最簡(jiǎn)單力系的平衡條件作用在剛體上的兩個(gè)力,使剛體保持平衡的必要和充分條件是:這兩個(gè)力的大小相等,方向相反,且作用在同一直線上。第8頁,共39頁。公理2 加減平衡力系公理推論 力的可傳性原理作用在剛體上的力是滑動(dòng)矢量,力的三要素為大小、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?cè)ο祵?duì)剛體的作用。 作
5、用于剛體上某點(diǎn)的力,可以沿著它的作用線移到剛體內(nèi)任意一點(diǎn),并不改變?cè)摿?duì)剛體的作用。第9頁,共39頁。亦可用力三角形求得合力矢公理3 力的平行四邊形公理 作用在物體上某點(diǎn)的兩個(gè)力,其合力的大小和方向可由這兩力所組成的平行四邊形的對(duì)角線來表示。合力的作用點(diǎn)與這兩力的作用點(diǎn)相同。合力(合力的大小與) (矢量的和)合力的大小第10頁,共39頁。推論 三力平衡匯交原理 作用在剛體上三個(gè)互不平行的力,若處于平衡狀態(tài),則此三力必在同一平面內(nèi),匯交于一點(diǎn).第11頁,共39頁。公理4 作用與反作用公理作用力和反作用力總是同時(shí)存在,同時(shí)消失,等值、反向、共線,作用在相互作用的兩個(gè)物體上注意;公理一和公理四的區(qū)別
6、,在畫物體受力圖時(shí)要注意此公理的應(yīng)用第12頁,共39頁。5、剛化原理 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,其平衡狀態(tài)保持不變。 柔性體(受拉力平衡) 剛化為剛體(仍平衡) 第13頁,共39頁。二、約束:對(duì)非自由體的位移起限制作用的物體. 約束反力:約束作用在物體上的力一、自由體:在空中不受限制在任何方向運(yùn)動(dòng)的物體 非自由體:物體在進(jìn)行某些位移往往受到周圍物體的限制約束力大小待定方向與該約束所能阻礙的位移方向相反作用點(diǎn)接觸處1-4 約束和約束反力 幾個(gè)基本概念第14頁,共39頁。(一)柔性約束1、柔軟的繩索、皮帶或鏈條等構(gòu)成的約束三、工程中常見的幾種約束力和約束反力的確定2、
7、特點(diǎn)(1)只能承受拉力,不能承受壓力(2)不能伸長(zhǎng)(3)約束反力沿著柔性約束,而背離物體用 T 表示第15頁,共39頁。第16頁,共39頁。(二)、剛性約束1、光滑面約束(1)具有光滑接觸面(點(diǎn)、線)的約束,忽略摩擦力(2)特點(diǎn) 1)約束不能限制物體,沿約束表面切線的位移 2)約束反力作用在接觸點(diǎn)處,方向沿接觸表面垂直于公切線并指向受力物體,用 N 表示。第17頁,共39頁。2 、鉸鏈約束鉸鏈包括圓柱形和球形鉸鏈,其中圓柱形還包括固定鉸鏈支座和活動(dòng)鉸鏈支座鉸鏈:是由一銷釘將兩個(gè)鉆有同樣大小孔的構(gòu)件連接在一起,如右圖XY第18頁,共39頁。特點(diǎn):構(gòu)件與地面或機(jī)架固定而成;約束反力在平面內(nèi)用待定X
8、、Y表示。(1) 固定鉸鏈支座圓柱型鉸鏈:第19頁,共39頁。 (2)活動(dòng)鉸鏈支座特點(diǎn):在上述固定鉸支座與光滑固定平面之間裝有光滑輥軸而成約束反力YA通過鉸鏈中心并垂直于支撐面YAA第20頁,共39頁。3、固定端約束將構(gòu)件和固定物體連在一起特點(diǎn):不允許構(gòu)件繞此端轉(zhuǎn)動(dòng),也不允許構(gòu)件此端沿任何方向移動(dòng)。約束反力:用兩個(gè)相互垂直的分力XA、YA和力偶MA表示。第21頁,共39頁。球型鉸鏈特點(diǎn):通過球與球殼將構(gòu)件連接,構(gòu)件可以繞球心任意轉(zhuǎn)動(dòng),但構(gòu)件與球心不能有任何移動(dòng)約束力:當(dāng)忽略摩擦?xí)r,球與球座亦是光滑約束問題約束力通過接觸點(diǎn),并指向球心,是一個(gè)不能預(yù)先確定的空間力.可用三個(gè)正交分力表示第22頁,共
9、39頁。1-5 受力圖受力圖:受力分析過程用圖形表示出來計(jì)算簡(jiǎn)圖怎樣畫受力圖:4、先畫主動(dòng)力,再畫被動(dòng)力1、確定研究對(duì)象3、受力分析、找出主動(dòng)力、被動(dòng)力2、解除約束(取分離體)第23頁,共39頁。注意事項(xiàng):1、凡是作用在研究對(duì)象上的力全部畫出2、凡是不直接作用在研究對(duì)象上的力一律不畫第24頁,共39頁。例1-1解:畫出簡(jiǎn)圖畫出主動(dòng)力畫出約束力碾子重為 P ,拉力為F ,A 、B 處光滑接觸,畫出碾子的受力圖第25頁,共39頁。例1-2 解:取 桿,其為二力構(gòu)件,簡(jiǎn)稱二力桿,其受力圖如圖(b)水平均質(zhì)梁 AB重為P1,電動(dòng)機(jī)重為P2,不計(jì)桿CD的自重,畫出桿 CD 和梁AB的受力圖圖(a)CD第
10、26頁,共39頁。取AB梁,其受力圖如圖 (c)若這樣畫,梁CD的受力圖又如何改動(dòng)? CD桿的受力圖能否畫為圖(d)所示?第27頁,共39頁。例1-3 不計(jì)三鉸拱橋的自重與摩擦,畫出左、右拱 AC,CB的受力圖與系統(tǒng)整體受力圖解:右拱CB 為二力構(gòu)件,其受力圖如圖(b)所示第28頁,共39頁。系統(tǒng)整體受力圖如圖(d)所示取左拱 ,其受力圖如圖(c)所示第29頁,共39頁??紤]到左拱AC三個(gè)力作用下平衡,也可按三力平衡匯交定理畫出左拱AC的受力圖,如圖(e)所示此時(shí)整體受力圖如圖(f)所示第30頁,共39頁。討論:若左、右兩拱都考慮自重,如何畫出各受力圖?如圖(g)(h)(i)第31頁,共39頁
11、。例1-4 防水閘門用木支柱AB頂柱,其結(jié)構(gòu)如圖所示,試畫閘門的受力圖第32頁,共39頁。例1-5 分別作出下圖中AD、AB和DE桿的受力圖。第33頁,共39頁。受力圖習(xí)題課1、畫出下列物體的受力圖。假設(shè)接觸面都是光滑的,且桿和繩的重力不計(jì)。第34頁,共39頁。2、物體重Q,由AB、BC、CE所組成的剛架和滑輪E所支撐,如圖所示不計(jì)桿、滑輪和繩的重量,試畫桿 和滑輪的受力圖。第35頁,共39頁。3、簡(jiǎn)易起重構(gòu)架如圖所示,不計(jì)梁、桿、滑輪的重力,試畫梁、桿、滑輪的受力圖。第36頁,共39頁。知 識(shí) 要 點(diǎn)一、力是矢量,具有大小、方向、作用點(diǎn)三個(gè)要素。二、靜力學(xué)公理是靜力學(xué)的理論基礎(chǔ),它們是二力平
12、衡公理,加減平衡力系公理,力的平行四邊形法則和作用反作用定律。三、約束與約束反力:限制物體運(yùn)動(dòng)的限制物稱為約束。約束對(duì)物體的作用力稱為約束力,作用在約束與被約束的接觸處,方向與被限制的運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向相反。工程中常見的約束類型:柔性約束、光滑面約束、鉸鏈約束和固定端約束。四、受力圖:是通過受力分析在研究對(duì)象上畫出所有主動(dòng)力,約束反力的力學(xué)簡(jiǎn)圖,是解決工程力學(xué)問題的重要手段第37頁,共39頁。解題指南1、當(dāng)力臂不是很明確時(shí),可利用合力矩定理計(jì)算力對(duì)點(diǎn)之矩。2、作受力圖的步驟:(1)、取研究對(duì)象(解除約束后的自由體)(2)、在研究對(duì)象上,按照已知條件畫出受力圖。(3)、在去掉約束處,按照約束類型畫約束反力。(4)、檢查力是否多畫、漏畫和錯(cuò)畫。 畫受力圖時(shí),只畫外力而不畫內(nèi)力,先檢查是否有二
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