現(xiàn)代力學(xué)課件

一、

什么是力學(xué)二、力學(xué)與工程三、現(xiàn)代力學(xué)的發(fā)展及其特點(diǎn)七、工程靜力學(xué)研究主線五、最基本概念--力和運(yùn)動四、學(xué)科分類六、一般研究方法1一、什么是力學(xué)?是各技術(shù)工程學(xué)科的重要理論基礎(chǔ)，是溝通自然科學(xué)基礎(chǔ)理論與工程實(shí)踐的橋梁。所闡述的規(guī)律帶有普遍性，是一門基礎(chǔ)科學(xué)。直接服務(wù)于工程,又是一門技術(shù)科學(xué)。力學(xué)是研究物質(zhì)機(jī)械運(yùn)動規(guī)律的科學(xué)。墨子：“力，形之所以奮也”。（公元前4世紀(jì)）

力是物體為什么改變其狀態(tài)的原因。

2機(jī)械、結(jié)構(gòu)等受力如何？如何運(yùn)動？如何變形？破壞？如何控制設(shè)計？其目的是：

了解工程系統(tǒng)的性態(tài)并為其設(shè)計提供合理的規(guī)則。工程力學(xué)（或者應(yīng)用力學(xué)）是:將力學(xué)原理應(yīng)用實(shí)際工程系統(tǒng)的科學(xué)。性態(tài)規(guī)則3實(shí)驗(yàn)探索：風(fēng)箏、火箭、模擬鳥類滑翔等。問題一、如何飛起來？5到19世紀(jì)末，經(jīng)典流體力學(xué)基礎(chǔ)已經(jīng)形成。1783年6月，法蒙高兄弟布袋式熱氣球飛行。1875年，氫氣球載人飛行到萬米高空。19世紀(jì)后，出現(xiàn)了飛艇。充填氫、氦、熱空氣等產(chǎn)生升力，用動力裝置輔助控制,可以向任意方向飛行。空氣靜力飛行：（氣球、飛艇）

到20世紀(jì)，人們從理論和實(shí)踐二方面研究飛行器與空氣相對運(yùn)動時作用力(升力，阻力)的產(chǎn)生及其規(guī)律?？諝鈩恿W(xué)

發(fā)展并形成新分枝。空氣動力飛行：61949年，第一架噴氣式客機(jī)“彗星號”,可載客80名，最大起飛重量達(dá)70噸，跨音速。1903年，萊特兄弟（美國）的木制機(jī)身、雙層帆布機(jī)翼螺旋槳飛機(jī)第一次飛行。7問題二如何飛？作為剛體，研究運(yùn)動規(guī)律和控制。飛行力學(xué)問題三如何保證結(jié)構(gòu)的安全？

無缺陷均勻材料，變形體。研究對象材料力學(xué)性能、結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析、失效判據(jù)、設(shè)計規(guī)范。研究內(nèi)容

材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué)、計算力學(xué)等。

屬于靜強(qiáng)度設(shè)計。相應(yīng)學(xué)科9飛機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)機(jī)翼破壞實(shí)驗(yàn)10機(jī)身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)11

振動、噪聲控制；穩(wěn)定性和可操縱性力學(xué)與工程緊密結(jié)合。是一門既古老又年輕的學(xué)科，它對于近、現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，有重要的影響。問題四、如何更加舒適？飛起來?跨、超音速空氣動力學(xué)噴氣機(jī)、后掠翼、復(fù)合材料快速理論力學(xué)飛行力學(xué)如何飛？安全振動噪聲；穩(wěn)定性舒適材料力學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)彈性力學(xué)計算力學(xué)疲勞力學(xué)斷裂力學(xué)空氣動力學(xué)雙、單翼機(jī)氣球、飛艇流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)力學(xué)13大型汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的破壞例：14

軸葉輪

疲勞斷裂破壞15葉片擊穿廠房17臺南高屏大橋斷裂2000年8月27日下午3時20分，臺灣南部高屏大橋斷裂，大橋中間下陷部分長達(dá)100米。17輛車墜河，22人受傷。采沙過度，河面沉降10余米，橋墩先斷裂。182000年７月25日，法航協(xié)和式客機(jī)墜毀，113人死亡。地面鐵條使輪胎爆裂，碎片侵入發(fā)動機(jī)。19建筑物控制爆破21上海東方電視塔高300m球徑45m22抗震模型試驗(yàn)（破壞部位、破壞形式、抗震能力）23靜強(qiáng)度、斷裂控制設(shè)計、抗疲勞設(shè)計、剛度設(shè)計損傷容限設(shè)計、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、耐久性設(shè)計和可靠性設(shè)計等。保證結(jié)構(gòu)與構(gòu)件的安全和功能

設(shè)計-制造-使用-維護(hù)的綜合分析與控制，功能—安全—經(jīng)濟(jì)的綜合性評價，自感知、自激勵、自適應(yīng)（甚至自診斷、自修復(fù)）的智能結(jié)構(gòu)。設(shè)計目標(biāo)：設(shè)計準(zhǔn)則：253.2現(xiàn)代力學(xué)的特點(diǎn)應(yīng)用現(xiàn)代計算機(jī)、信息技術(shù)，

與其他基礎(chǔ)或技術(shù)學(xué)科相互結(jié)合與滲透。材料設(shè)計：按所要求的性能設(shè)計材料。(90年代)計算機(jī)應(yīng)用：計算力學(xué)+計算機(jī)應(yīng)用(60年代)解決復(fù)雜、困難的工程實(shí)際問題。使工程結(jié)構(gòu)分析技術(shù)；（結(jié)合CAD技術(shù)）監(jiān)測、控制技術(shù)（如振動監(jiān)測、故障診斷）；工程系統(tǒng)動態(tài)過程的計算機(jī)數(shù)值仿真技術(shù)；廣泛應(yīng)用至各工程領(lǐng)域。26按研究對象分：一般力學(xué)：對象是剛體。研究力及其與運(yùn)動的關(guān)系。有理論力學(xué)，分析力學(xué)等。流體力學(xué)：對象是氣體和液體。有水力學(xué)、空氣動力學(xué)等。固體力學(xué)：對象是可變形固體。研究強(qiáng)度、變形、破壞等。有材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué)、塑性力學(xué)、斷裂、疲勞等。

(理論分析、實(shí)驗(yàn)和數(shù)值計算)有實(shí)驗(yàn)力學(xué)、計算力學(xué)二個方面的分支。按研究手段分：

有飛行力學(xué)、船舶結(jié)構(gòu)力學(xué)、巖土力學(xué)等。按應(yīng)用領(lǐng)域分：29五、最基本概念--力和運(yùn)動力學(xué)既要研究力，又要研究運(yùn)動，還要將力和運(yùn)動二者聯(lián)系起來。力是物體間的相互作用。1.力：直接接觸的物體，通過接觸表面的相互作用。如物體間壓力等。表面力分布作用在接觸面上。表面力非直接接觸物體間的相互作用。如物體重力、慣性力、電場力、磁場力等。體積力分布作用在物體整個體積內(nèi)，與質(zhì)量有關(guān)。體積力302.運(yùn)動：是力(力系)作用的結(jié)果。有二種效應(yīng)：物體空間位置隨時間的變化。如飛機(jī)在空中飛行，復(fù)雜的運(yùn)動。運(yùn)動—（外效應(yīng)）物體自身形狀的局部畸變。如機(jī)翼、機(jī)身結(jié)構(gòu)的變形。變形—（內(nèi)效應(yīng)）313.力與運(yùn)動之關(guān)系的研究，屬于動力學(xué)。是動力學(xué)基本方程。注意F、a

是矢量。牛頓第二定律:物體運(yùn)動狀態(tài)的改變(dv/dt=a)與作用于其上的力成正比，并發(fā)生于該力的作用線上。力與變形之關(guān)系，是與材料有關(guān)的物理行為。4.力與固體的變形之關(guān)系的研究,屬固體力學(xué)。特別地，若物體的運(yùn)動狀態(tài)不發(fā)生改變（a=0）,則稱物體處于平衡。32提出問題，選擇有關(guān)的研究系統(tǒng)。對系統(tǒng)進(jìn)行抽象與簡化，建立力學(xué)模型。利用力學(xué)原理進(jìn)行分析、推理，得出結(jié)論與已知結(jié)論相比較，或由實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。確認(rèn)或進(jìn)一步改善模型，深化認(rèn)識六、一般研究方法工程力學(xué)解決問題的一般方法，類似于一般科學(xué)研究的普遍方法，可歸納為：建立力學(xué)模型是最關(guān)鍵的。(需要知識和經(jīng)驗(yàn))模型包括材料性能、載荷、約束、幾何形狀等真實(shí)情況的理想化和簡化。33材料模型變形體模型剛體模型34汽車通過輪胎作用在橋面上的集中力模型載荷模型橋面板作用在鋼梁的分布力模型35例如，研究工程構(gòu)件（如桿、梁、軸等）時，先將其理想化為剛體，研究其上的受力和運(yùn)動；建立力學(xué)模型是最關(guān)鍵的。(需要知識和經(jīng)驗(yàn))研究不同的問題，采用不同的模型。好的模型，既能使問題的求解簡化，又能使結(jié)果基本符合實(shí)際情況，滿足精度。若進(jìn)一步考慮材料的塑性，可研究其彈—塑性行為。就會得到更進(jìn)一步的啟發(fā)。再將其視為變形體，并假定變形是彈性的，研究在載荷作用下構(gòu)件的彈性變形；36七、工程靜力學(xué)研究主線工程力學(xué)問題的分析，一般都需要進(jìn)行----力的研究。----運(yùn)動和變形的研究。----聯(lián)系力與運(yùn)動、力與變形之關(guān)系的研究。若構(gòu)件處于靜止或平衡狀態(tài)，則不必考慮其運(yùn)動。平衡狀態(tài)的力學(xué)問題——稱為靜力學(xué)問題。力的平衡關(guān)系、變形的幾何協(xié)調(diào)關(guān)系和力與變形間的物理關(guān)系。研究工程靜力學(xué)問題的主線和核心是：37(1)受力分析及靜力平衡條件(力的分析)物體受什么力作用？處于平衡狀態(tài)的物體，應(yīng)當(dāng)滿足什么條件？（靜力平衡條件）(2)變形的幾何協(xié)調(diào)條件(幾何分析)材料是均勻連續(xù)的，受力變形后仍然應(yīng)連續(xù)，固體內(nèi)既不引起“空隙”，也不產(chǎn)生“重疊”。發(fā)生破壞前，材料的變形應(yīng)是幾何可能的。(3)力與變形間的物理關(guān)系(材料模型)力與變形(如伸長)成正比，如虎克定律，是反映材料線彈性性能的最簡單的物理關(guān)系。不同材料、不同的變形形式，有不同的模型。38小結(jié)：4)運(yùn)動分二類。運(yùn)動是物體位置隨時間的變化；

變形是物體形狀的局部畸變。3)力是物體間的相互作用。有直接接觸物