工程力學(xué)第一章課件

1、工程力學(xué)主講 王延遐工程力學(xué)主講 王延遐歡迎同學(xué)們參加工程力學(xué)課程的學(xué)習(xí)歡迎同學(xué)們參加工程力學(xué)課程的學(xué)習(xí)老師的心愿.你們能得一個高分??？我們的心愿是共同的，關(guān)鍵在于平時的點點滴滴老師的心愿.你們能得一個高分！？我們的心愿是共同工程力學(xué)緒論一、工程力學(xué)的研究對象和內(nèi)容二、工程力學(xué)的研究方法三、工程力學(xué)的任務(wù)工程力學(xué)緒論一、工程力學(xué)的研究對象和內(nèi)容二、工程力學(xué)的研究方一、工程力學(xué)的研究對象和內(nèi)容工程力學(xué)理論力學(xué)材料力學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)課運動、平衡（外效應(yīng)）變形、內(nèi)力（內(nèi)效應(yīng)）剛體變形固體研究物體受力后的效應(yīng)一、工程力學(xué)的研究對象和內(nèi)容工理論力學(xué)材料力學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)課運動工程問題力學(xué)知識工程經(jīng)驗力學(xué)模型力學(xué)知識

2、數(shù)學(xué)模型力學(xué)知識數(shù)學(xué)工具分析計算符合實際 ？ 結(jié)束是否二、工程力學(xué)的研究方法工程問題力學(xué)知識力學(xué)模型力學(xué)知識數(shù)學(xué)模型力學(xué)知識分析計算符合力學(xué)模型研究飛機的運動軌跡問題時，飛機可視為質(zhì)點。但研究飛機姿態(tài)控制問題時，則要視為剛體。力學(xué)模型研究飛機的運動軌跡問題時，飛機可視為質(zhì)點。但研究飛機力學(xué)模型研究衛(wèi)星運動軌道問題時，衛(wèi)星可視為質(zhì)點。但研究衛(wèi)星姿態(tài)控制問題時，則要視為剛體。力學(xué)模型研究衛(wèi)星運動軌道問題時，衛(wèi)星可視為質(zhì)點。但研究衛(wèi)星姿剛體力學(xué)模型汽車車身剛體力學(xué)模型汽車車身變形體力學(xué)模型汽車碰撞變形體力學(xué)模型汽車碰撞1. 工程力學(xué)是一門理論性較強的技術(shù)基礎(chǔ)課政治 專 業(yè) 課技 術(shù) 基 礎(chǔ) 課基 礎(chǔ)

3、 課外語緒 論 三、工程力學(xué)的任務(wù)2. 工程力學(xué)是很多專業(yè)課程的重要基礎(chǔ) 例如：機械原理、機械零件、結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué) 、流體力學(xué) 、機械振動等一系列后續(xù)課程的重要基礎(chǔ)。1. 工程力學(xué)是一門理論性較強的技術(shù)基礎(chǔ)課政治 專 業(yè) 3、力學(xué)的應(yīng)用航天工程 核反應(yīng)堆工程 航空工程 石油工程 機械工程 電子工程 土木工程 計算機工程 水利工程 精密儀器其它工程 領(lǐng)域3、力學(xué)的應(yīng)用航天工程 核反應(yīng)堆工程 力學(xué)的應(yīng)用 航天工程 力學(xué)的應(yīng)用 航天工程 力學(xué)的應(yīng)用 航天工程微小衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)號航天飛機力學(xué)的應(yīng)用 航天工程微小衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)力學(xué)的應(yīng)用 航空工程力學(xué)的應(yīng)用 航空工程力學(xué)的應(yīng)用 機械工程力學(xué)的應(yīng)用 機械工程力學(xué)的

4、應(yīng)用 土木工程上海南浦大橋力學(xué)的應(yīng)用 土木工程上海南浦大橋力學(xué)的應(yīng)用 土木工程浦東開發(fā)區(qū)高層建筑力學(xué)的應(yīng)用 土木工程浦東開發(fā)區(qū)高層力學(xué)的應(yīng)用 水利工程美國胡佛大壩力學(xué)的應(yīng)用 水利工程美國胡佛大壩力學(xué)的應(yīng)用 水利工程長江三峽工程力學(xué)的應(yīng)用 水利工程長江三峽工程力學(xué)的應(yīng)用 核反應(yīng)堆工程力學(xué)的應(yīng)用 核反應(yīng)堆工程力學(xué)的應(yīng)用 石油工程力學(xué)的應(yīng)用 石油工程力學(xué)的應(yīng)用 計算機工程力學(xué)的應(yīng)用 計算機工程陀飛輪名表陀飛輪結(jié)構(gòu)圖 陀飛輪手表代表了機械表制造工藝中的最高水平，整個擒縱調(diào)速機構(gòu)組合在一起以一定的速度不斷的旋轉(zhuǎn)，使其把地心引力對機械表中“擒縱系統(tǒng)”的影響減至最低程度，提高走時精度。陀飛輪名表陀飛輪結(jié)構(gòu)圖

5、 陀飛輪手表代表了機械表力學(xué)的應(yīng)用 其它領(lǐng)域星系力學(xué)的應(yīng)用 其它領(lǐng)域星系力學(xué)的應(yīng)用 其它領(lǐng)域大氣海洋力學(xué)的應(yīng)用 其它領(lǐng)域大氣海洋力學(xué)的應(yīng)用 其它領(lǐng)域大型射電望遠鏡力學(xué)的應(yīng)用 其它領(lǐng)域大型射電望遠鏡“工程力學(xué)走過了從工程設(shè)計的輔助手段到中心主要手段的過程，不是唱配角而是唱主角了” 錢學(xué)森 1997年9月 “工程力學(xué)走過了從工程設(shè)計的輔助手段到中心主要手段的過程，不汽油機活塞失效部位汽油機活塞等效應(yīng)力云圖汽油機活塞失效部位汽油機活塞等效應(yīng)力云圖195柴油機活塞、連桿、曲軸裝配體最大壓縮載荷下的平均等效應(yīng)力圖 195柴油機活塞、連桿、曲軸裝配體最大壓縮載荷下的平均等效應(yīng) 優(yōu)化后，最大應(yīng)力由221MP

6、a變?yōu)?89MPa，最大變形量由0.0142mm 變?yōu)?.0136mm QT300船用發(fā)動機活塞優(yōu)化前后的應(yīng)力分布圖 優(yōu)化后，最大應(yīng)力由221MPa變?yōu)?89MP汽車節(jié)油單向齒合器裝配圖 汽車節(jié)油單向齒合器應(yīng)力云圖 汽車節(jié)油單向齒合器裝配圖 汽車節(jié)油單向齒合器應(yīng)力云圖 第一篇剛體靜力學(xué)第一篇靜力學(xué)引言 靜力學(xué)所研究的基本問題： 物體的受力分析； 力系的簡化； 力系的平衡條件及其應(yīng)用。力學(xué)是研究物體機械運動的科學(xué)。 機械運動是指物體在空間的位置隨時間的變化。靜力學(xué)研究物體在力系作用下的平衡規(guī)律。靜力學(xué)引言 靜力學(xué)所研究的基本問題：力學(xué)是研究物體剛體靜力學(xué)基礎(chǔ)剛體靜力學(xué)基礎(chǔ)1.1 靜力學(xué)的基本概念

7、 1.2 靜力學(xué)公理1.3 約束與約束反力1.4 受力分析與受力圖本章主要內(nèi)容 1.1 靜力學(xué)的基本概念 本章主要內(nèi)容 剛體是一個理想化的力學(xué)模型。 由于靜力學(xué)研究的力學(xué)模型是剛體和剛體系統(tǒng)，故靜力學(xué)又稱剛體靜力學(xué)。1. 剛體的概念1.1 靜力學(xué)的基本概念 剛體是指在力的作用下不變形的物體，即其內(nèi)部任意兩點之間的距離始終保持不變。2. 平衡的概念平衡物體相對慣性參考系靜止或作勻速直線運動。 剛體是一個理想化的力學(xué)模型。1. 剛體的概念1. 力是物體之間相互的機械作用，這種作用的效果是使物體的運動狀態(tài)發(fā)生變化，同時使物體的形狀發(fā)生改變。 力使物體運動狀態(tài)發(fā)生變化的效應(yīng)稱為力的外效應(yīng)或運動效應(yīng)；

8、力使物體形狀發(fā)生改變的效應(yīng)稱為力的內(nèi)效應(yīng)或變形效應(yīng)。3. 力和力系的概念（1） 力的概念 力是物體之間相互的機械作用，這種作用的效果是使物體的1、力的大小。表示物體間相互機械作用的強弱程度。單位：牛頓(N)或千牛頓(kN)。2、力的方向。表示力的作用線在空間的方位和指向。3、力的作用點。表示力的作用位置。以上稱為力的三要素。（2）決定力的作用效果的因素1、力的大小。表示物體間相互機械作用的強弱程度。單位：牛力可以用一個矢量表示。（3）力的矢量表示ABF矢量的方位和指向表示力的方向；矢量的起點(或終點)表示力的作用點。矢量的模按一定的比例尺表示力的大??；力可以用一個矢量表示。（3）力的矢量表示A

9、BF矢量的方位和指 若兩力系對同一物體作用效果相同等效力系； 把一個力系用與之等效的另一個力系代替力系的等效替換。 一個復(fù)雜力系用一個簡單力系等效替換的過程力系的簡化。 若一個力系可用一個力等效替換，則該力叫合力；力系中的各力叫分力。（4）力系 力系作用于物體上的一群力。 若作用于物體上的力系使物體保持平衡，則該力系稱為平衡力系。此時力系所滿足的條件稱平衡條件。 若兩力系對同一物體作用效果相同等效力系；（4）力系 按力的作用線關(guān)系： 按力的作用線分布：平面力系和空間力系；匯交力系、平行力系和任意力系。（5）力系的分類 按力的作用線關(guān)系： 按力的作用線分布：平面力系和空 作用于剛體上的兩個力，使

10、剛體平衡的必要與充分條件是：這兩個力大小相等、方向相反、且作用在同一直線。此公理提供了一種最簡單的平衡力系。對于剛體，此條件是充要條件，但對變形體只是必要條件而不是充分條件。公理一 二力平衡公理FFAB只受兩個力作用而平衡的構(gòu)件，叫二力構(gòu)件（二力桿）。1.2 靜力學(xué)公理 作用于剛體上的兩個力，使剛體平衡的必要與充分條件是： 在已知力系上加上或減去任意的平衡力系，不改變原力系對剛體的作用效果。該公理是力系簡化的理論依據(jù)。公理二 加減平衡力系公理 在已知力系上加上或減去任意的平衡力系，不改變原力系對 作用在剛體上的力可沿其作用線移到剛體內(nèi)任意一點，而不改變該力對剛體的作用。作用于剛體上的力的三要素

11、為：大小、方向、作用線。作用于剛體上的力是：滑移矢量。推論1 力的可傳性原理AFBABFF1F2ABF2= 作用在剛體上的力可沿其作用線移到剛體內(nèi)任意一點，而不公理三 力的平行四邊形規(guī)則作用在物體上同一點的兩個力，可以合成為作用于該點的一個合力。合力的大小和方向，由以這兩個力為鄰邊所構(gòu)成的平行四邊形的對角線確定?；蛘哒f，合力矢等于這兩個力矢的幾何和，即 A它是力系簡化的基礎(chǔ)。F1FRF2亦可用力三角形求得合力矢公理三 力的平行四邊形規(guī)則作用在物體上同一點的兩個力， 作用在剛體上三個相互平衡的力，若其中兩力的作用線匯交于一點，則此三力必在同一平面內(nèi)，且第三力的作用線通過匯交點。F1F3R1F2A

12、=證明：A3F1F2F3A3AA2A1推論2 三力平衡匯交原理注意：三力平衡必匯交。三力匯交不一定平衡。 作用在剛體上三個相互平衡的力，若其中兩力的作用線匯交 作用力和反作用力總是同時存在，大小相等、方向相反，沿同一直線，分別作用在兩個相互作用的物體上。 它是受力分析必需遵循的原則。公理四 作用與反作用公理 作用力和反作用力總是同時存在，大小相等、方向相反，沿 變形體在已知力系作用下處于平衡，如果把該變形體剛化為剛體，則平衡狀態(tài)保持不變。 它建立了剛體力學(xué)與變形體力學(xué)的聯(lián)系。公理五 剛化原理 變形體在已知力系作用下處于平衡，如果把該變形體剛化 1、靜力學(xué)公理及推論為：（1）力的平行四邊形法則；

13、 （2）二力平衡條件; （3）加減平衡力系原理； （4）作用與反作用定律；（5）剛化原理； （6）力的可傳性原理； （7）三力平衡匯交定理. 思考題對任何物體都適用的有： 只適用于剛體的有：2、剛體靜力學(xué)平衡理論用于變形體的條件是： 1,4,52,3,6,7變形體處于平衡狀態(tài) 1、靜力學(xué)公理及推論為：（1）力的平行四邊形法則； （2）3、大小相等，方向相反且共線的兩個力，可能是 ：思考題 一對平衡力；一個力偶；作用與反作用力。 、 3、大小相等，方向相反且共線的兩個力，可能是 ：思考題 一自由體位移不受限制的物體。非自由體位移受到限制而不能作任意運動的物體。約束對非自由體的某些位移起限制作用的

14、周圍物體。約束反力約束作用于非自由體的力。 除約束力外，非自由體上所受到的所有促使物體運動或有運動趨勢的力，稱為主動力。 約束力是由主動力引起的，故它是一種被動力。1.3 約束和約束反力 一、基本概念：(簡稱：約束力或支反力)自由體位移不受限制的物體。約束對非自由體的某些位移起 約束反力取決于約束本身的性質(zhì)、主動力和物體的運動狀態(tài)。 約束反力阻止物體運動的作用是通過約束與物體相互接觸來實現(xiàn)的，因此它的作用點在相互接觸處；它的方向必與該約束所能阻礙的位移方向相反。約束反力的確定 約束反力取決于約束本身的性質(zhì)、主動力和物體的運動狀態(tài)光滑接觸面對物體的反約束力，作用點在接觸點處，方向沿接觸表面的公法

15、線，并且指向受力物體。1、 具有光滑接觸表面的約束 FN法線切線FN二、常見的幾種類型的約束光滑接觸面對物體的反約束力，作用點在接觸點處，方向沿接觸表面光滑接觸面約束實例光滑接觸面約束實例光滑接觸面約束實例光滑接觸面約束實例A繩索對物體的約束反力，作用點在接觸點，方向沿著繩索背離物體。2、 由柔軟的繩索、鏈條或膠帶等構(gòu)成的約束 A繩索對物體的約束反力，作用點在接觸點，方向沿著繩索背離物體當(dāng)鏈條纏繞在輪子上，對輪子的約束反力沿著輪緣的切線方向。約束反力為拉力，作用線沿柔索背離物體。當(dāng)鏈條纏繞在輪子上，對輪子的約束反力沿著輪緣的切線方向。約束膠帶約束實例膠帶約束實例FAyFAxFAxFAyFA3、

16、 光滑鉸鏈約束(1) 向心軸承(徑向軸承)FAyFAxFAxFAyFA3、 光滑鉸鏈約束(1) 向心軸(2) 圓柱鉸鏈和固定鉸鏈支座(2) 圓柱鉸鏈和固定鉸鏈支座 約束反力過銷中心，大小和方向不能確定，通常用正交的兩個分力表示。FxFy圓柱鉸鏈FN 約束反力過銷中心，大小和方向不能確定，通常用正交的兩圓柱鉸鏈ABNAB計算簡圖:約束反力:oFXFY圓柱鉸鏈ABNAB計算簡圖:約束反力:oFXFY固定鉸鏈支座 （固定鉸支）計算簡圖:A約束反力:AFXAFYAAA固定鉸鏈支座 （固定鉸支）計算簡圖:A約束反力:AFXAFY4、可動鉸鏈支座（輥軸支座、滾動支座）計算簡圖:約束反力:AAAFAFA4、

17、可動鉸鏈支座（輥軸支座、滾動支座）計算簡圖:約束反力:A滾動支座FN滾動支座FN5、 二力桿只在兩端受力而平衡的構(gòu)件5、 二力桿只在兩端受力而平衡的構(gòu)件FAyFAxFAz6、 球鉸鏈FAyFAxFAz6、 球鉸鏈工程力學(xué)第一章課件7、 止推軸承 FByFBxFBz7、 止推軸承 FByFBxFBz（1）光滑接觸面約束法向約束力（2）柔索約束張力（3）光滑鉸鏈（6）球鉸鏈空間三正交分力（7）止推軸承空間三正交分力（4）滾動支座 光滑面各種約束小結(jié)（5）二力桿件（1）光滑接觸面約束法向約束力（2）柔索約束張力（3 解決力學(xué)問題時，首先要選定需要進行研究的物體，即確定研究對象； 分離體解除約束，把研

18、究對象從周圍物體中分離出來，畫出簡圖。 受力圖將分離體所受的主動力和約束反力以力矢表示在分離體上所得到的圖形。1.4 受力分析與受力圖 解除約束原理：當(dāng)受約束的物體在某些主動力的作用下處于平衡，若將其部分或全部約束解除，代之以相應(yīng)的約束反力，則物體的平衡不受影響。 然后考查和分析它的受力情況，這個過程稱為進行受力分析。 解決力學(xué)問題時，首先要選定需要進行研究的物體，即確定1、確定研究對象，取分離體；注意：受力分析的步驟(1)受力圖只畫研究對象的簡圖和所受的全部力；(2)每畫一力都要有依據(jù)，不多不漏；(3)不要畫錯力的方向，反力要和約束性質(zhì)相符，物體間的相互約束力要符合作用與反作用公理。2、畫出

19、所有主動力3、按約束性質(zhì)畫出所有約束（被動）力1、確定研究對象，取分離體；注意：受力分析的步驟(1)受力圖例：作圖示軋路機軋輪的受力圖。FPBABAPFFAFB解：1、取分離體2、畫主動力3、畫約束反力例：作圖示軋路機軋輪的受力圖。FPBABAPFFAFB解：1例屋架受均布風(fēng)力q ，屋架重為P ，畫出屋架的受力圖。解：取屋架畫出主動力畫出約束力畫出簡圖例屋架受均布風(fēng)力q ，屋架重為P ，畫出屋架的受力圖。解：例解：右拱 為二力構(gòu)件，其受力圖如圖（b）所示不計三鉸拱橋的自重與摩擦，畫出左、右拱 的受力圖與系統(tǒng)整體受力圖。例解：不計三鉸拱橋的自重與摩擦，畫出左、右拱 取左拱AC ,其受力圖如圖（c

20、）所示系統(tǒng)整體受力圖如圖（d）所示取左拱AC ,其受力圖如圖（c）所示系統(tǒng)整體受力圖如圖（d）考慮到左拱 在三個力作用下平衡，也可按三力平衡匯交定理畫出左拱 的受力圖，如圖（e）所示此時整體受力圖如圖（f）所示考慮到左拱 在三個力作用下平衡，也可按三力平衡匯交討論：若左、右兩拱都考慮自重，如何畫出各受力圖？如圖（g）（h）（i）討論：若左、右兩拱都考慮自重，如何畫出各受力圖？如圖（g）（例不計自重的梯子放在光滑水平地面上，畫出繩子、梯子左右兩部分與整個系統(tǒng)受力圖。圖(a)解：繩子受力圖如圖（b）所示例不計自重的梯子放在光滑水平地面上，畫出繩子、梯子左右兩部分梯子左邊部分受力圖如圖（c）所示梯子

21、右邊部分受力圖如圖（d）所示梯子左邊部分受力圖如圖（c）所示梯子右邊部分受力圖如圖（d）整體受力圖如圖（e）所示提問：左右兩部分梯子在A處，繩子對左右兩部分梯子均有力作用，為什么在整體受力圖沒有畫出？整體受力圖如圖（e）所示提問：左右兩部分梯子在A處，繩子對左例：如圖所示結(jié)構(gòu)，畫AD、BC的受力圖。DCBAPFAyFAxACDFCPFCDCAPFABCFBFC1、BC桿受力2、AD桿受力例：如圖所示結(jié)構(gòu)，畫AD、BC的受力圖。DCBAPFAyFA 例：由水平桿AB和斜桿BC構(gòu)成的管道支架如圖所示。在AB桿上放一重為P的管道， A 、B、C處都是鉸鏈連接，不計各桿的自重，各接觸面都是光滑的。試分

22、別畫出管道O、水平桿AB、斜桿BC及整體的受力圖。ACBDOP 例：由水平桿AB和斜桿BC構(gòu)成的管道支架如圖所示。在解:(1) 管道O受力.O(2) 斜桿BC受力.CBFCFBACBDOP解:(1) 管道O受力.O(2) 斜桿BC受力.CBFCFBABDNDFBFAxFAy(4) 整體受力.ACBDOPFC FAxFAy(3) 水平桿AB受力.ACBDOPABDNDFBFAxFAy(4) 整體受力.ACBDOP例：畫出下列各構(gòu)件的受力圖QAOBCDE例：畫出下列各構(gòu)件的受力圖QAOBCDEQAOBCDEQAOBCDEQAOBCDEQAOBCDE例 畫出下列各構(gòu)件的受力圖說明：三力平衡必匯交當(dāng)三

23、力平行時，在無限遠處匯交，它是一種特殊情況。例 畫出下列各構(gòu)件的受力圖說明：三力平衡必匯交當(dāng)三力平例 尖點問題(摩擦忽略不計)例 尖點問題(摩擦忽略不計)FACBFCAFAxFAyFEDFCxFCyFDEDEFBBCFCxFCyDEDEFEDFDE例FACBFCAFAxFAyFEDFCxFCyFDEDEFAPBQABCPPQNAxNAyNByNCNBPNBNAAPBQABCPPQNAxNAyNByNCNBPNBNAAPNFTECGBEPAFD解：(1) 物體B 受兩個力作用：(2) 球A 受三個力作用：(3) 作用于滑輪C 的力： CNGTGTGTDQB 例 在圖示的平面系統(tǒng)中，勻質(zhì)球A重為P

24、，借本身重量和摩擦不計的理想滑輪C 和柔繩維持在仰角是 的光滑斜面上，繩的一端掛著重為Q 的物體B。試分析物體B、球A 和滑輪C 的受力情況，并分別畫出平衡時各物體的受力圖。APNFTECGBEPAFD解：(1) 物體B 受兩個力ECABFDBCFBFC解：1、桿BC 所受的力：2、桿AB 所受的力：表示法一：表示法二：BDAFFAxFAyFBBAFDFAHFB 例 等腰三角形構(gòu)架ABC 的頂點A、B、C 都用鉸鏈連接，底邊AC 固定，而AB 邊的中點D 作用有平行于固定邊AC 的力F，如圖113(a)所示。不計各桿自重，試畫出AB 和BC 的受力圖。ECABFDBCFBFC解：1、桿BC 所

25、受的力：2、桿AB例 如圖所示壓榨機中，桿AB 和BC 的長度相等，自重忽略不計。A ，B，C ，E 處為鉸鏈連接。已知活塞D上受到油缸內(nèi)的總壓力為F = 3kN，h = 200 mm，l =1500 mm。試畫出桿AB ，活塞和連桿以及壓塊C 的受力圖。DEABCllh例 如圖所示壓榨機中，桿AB 和BC 的長度相等，自重忽FABA解：1.桿AB 的受力圖。2. 活塞和連桿的受力圖。3. 壓塊 C 的受力圖。CBxyFCxFCyFCByxFFBCFABDEABCllhFABA解：1.桿AB 的受力圖。2. 活塞和連桿的受力圖。練習(xí)1 畫出AB桿的受力圖(b)CBAD(a)ABCD練習(xí)1 畫出AB桿的受力圖(b)CBAD(a)ABCD練習(xí)2 畫出下列各構(gòu)件及整體的受力圖練習(xí)2 畫出下列各構(gòu)件及整體的受力圖練習(xí)3 畫出滑輪、CD桿、AB桿和整體受力圖WWWABCD1、研究滑輪2、研究CD桿練習(xí)3 畫出滑輪、CD桿、AB桿和整體受力圖WWWABABC3、研究AB桿4、研究整體WABCDWWWWCBA研究整體時，不畫物體間的內(nèi)力ABC3、研究AB桿4、研究整體WABCDWWWWCBA研究練習(xí)4 圖示構(gòu)架中C, D和E為鉸鏈，A為鉸鏈支