工程力學(xué)基礎(chǔ)

第一篇工程力學(xué)根底構(gòu)件必需滿足以下三方面要求:構(gòu)件要足夠抵抗外力破壞的才干．即要有足夠的強(qiáng)度。構(gòu)件在外力作用下不發(fā)生超出答應(yīng)的變形，即要有—定的剛度。構(gòu)件在外力作用下能堅(jiān)持它原有的幾何外形而不致忽然失去原形,即要有—定的穩(wěn)定性，2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>工程力學(xué)的義務(wù):研討構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性問(wèn)題。主要內(nèi)容研討構(gòu)件的受力情況及平衡條件，進(jìn)展受力大小的計(jì)算。研討構(gòu)件的受力變形與破壞的規(guī)律，進(jìn)展構(gòu)件的強(qiáng)度，剛度和穩(wěn)定性的計(jì)算。以強(qiáng)度問(wèn)題為重點(diǎn)，著重討論構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算。第一篇工程力學(xué)根底2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>第一章構(gòu)件的受力分析構(gòu)件的受力分析：構(gòu)件上遭到哪些外力作用．其大小、方向或方位如何?平衡形狀：構(gòu)件在外力作用下，相對(duì)于地面堅(jiān)持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)形狀。因此，構(gòu)件的受力分析是指構(gòu)件處在平衡形狀的受力分析。2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>1-1力的概念及性質(zhì)一、力的概念力是物體之間的相互機(jī)械作用。兩種效應(yīng)：1、使物體的運(yùn)動(dòng)形狀發(fā)生改動(dòng)—外效應(yīng)。2、使物體產(chǎn)生變形—內(nèi)效應(yīng)。剛體：在外力作用下不變形的物體。剛體只思索力的外效應(yīng)，是實(shí)踐物體的—種籠統(tǒng)化模型，它表示在外力作用下，物體堅(jiān)持原有外形及尺寸不變的性質(zhì)。但不能把剛體絕對(duì)化。2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>力的三要素:力的大小、方向和作用點(diǎn)〔線〕1-1力的概念及性質(zhì)2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>力的表示：力是一個(gè)矢量，矢量用黑體字或在白字體上加一箭頭F單位：按照國(guó)際單位制，力的單位用“牛頓〞(N)圖示表示：有向線段表示1-1力的概念及性質(zhì)2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>力系:作用在同一物體上的兩個(gè)或兩個(gè)以上的力。 平衡力系:使物體處于平衡形狀的力系。 平衡力系中的各力對(duì)物體作用的外效應(yīng)彼此抵消，因此平衡力系是對(duì)物體作用的外效應(yīng)等于零的力系。二、力的根本性質(zhì)2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>二、力的根本性質(zhì)力系:作用在同一物體上的兩個(gè)或兩個(gè)以上的力。平衡力系:使物體處于平衡形狀的力系。平衡力系中的各力對(duì)物體作用的外效應(yīng)彼此抵消，因此平衡力系是對(duì)物體作用的外效應(yīng)等于零的力系。2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>等效能系：假設(shè)兩個(gè)力系分別作用于同—物體．它們所產(chǎn)生的外效應(yīng)一樣，那么這兩個(gè)力系互為等效能系。合成與分解：假設(shè)一個(gè)力與一個(gè)力系等效，那么這個(gè)力是該力系的合力，而該力系中的各個(gè)力為其合力的分力。合成：由力系求合力的過(guò)程。分解：將合力轉(zhuǎn)化成幾個(gè)分力的過(guò)程二、力的根本性質(zhì)2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>二、力的根本性質(zhì)力的成對(duì)性：分別作用在兩個(gè)物體上二力平衡條件：剛體只受兩個(gè)力作用而處于平衡形狀，那么該二力必大小相等、方向相反，且作用在同不斷線上。

ABFAFB2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>二、力的根本性質(zhì)力的可傳性：作用于剛體上的一個(gè)力，可沿其作用線挪動(dòng)到剛體的恣意一點(diǎn)，而不改動(dòng)它對(duì)剛體的作用。加減平衡原理：在剛體上加上或減去一個(gè)或幾個(gè)平衡力系，不改動(dòng)原力系的作用。ABFF1F22021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>力的可合性與可分性二、力的根本性質(zhì)2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>二、力的根本性質(zhì)三力平衡匯交定理：某剛體受三個(gè)力作用而處于平衡形狀．假設(shè)其中兩個(gè)力的作用線相交于一點(diǎn)，那么第三個(gè)力的作用線必交于同一點(diǎn)。2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>1-2約束與約束反力自在體：在空間能沿任何方向、不受限制的自在運(yùn)動(dòng)的物體。非自在體或被約束體：在某些方向上遭到限制而不能完全自在運(yùn)動(dòng)的物體。約束：限制非自在體運(yùn)動(dòng)的物體。2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>1.柔軟體約束柔軟體約束:由繩索、膠帶、鋼絲繩等柔性物體產(chǎn)生的約束。約束反力的方向：沿著柔軟體的中心線且背叛被約束的物體。2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>2．光滑面約束光滑面約束：一些光滑支承外表(如導(dǎo)軌、托輪等)產(chǎn)生的約束稱為光滑面約束。光滑面約束反力的方向：沿著接觸點(diǎn)的公法線，并指向被約束的物體。G2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>3、圓柱鉸鏈約束2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>3、圓柱鉸鏈約束活動(dòng)鉸鏈支座：在支座下裝一棍軸，使其能沿支撐面挪動(dòng)。只能阻止物體沿著垂直于支撐面的方向運(yùn)動(dòng)。2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>3、圓柱鉸鏈約束軸承2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>4、固定端約束2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>1-3受力圖分別體:把所分析的構(gòu)件(即研討對(duì)象)從與它們聯(lián)絡(luò)的周圍約束物體中分別出來(lái)，單獨(dú)畫出。受力圖：表示分別體及其所受的全部外力圖。2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>例1-1例1-1圖所示為兩個(gè)油桶堆放在地下槽中．桶I、Ⅱ的重力分別為G1，G2,試作出每個(gè)桶的受力圖。2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>例1-1例1-1圖所示為兩個(gè)油桶堆放在地下槽中．桶I、Ⅱ的重力分別為G1，G2,試作出每個(gè)桶的受力圖。2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>例1-2例1-2程度梁AB用斜杠CD支撐，A、D、C三處均為圓柱鉸鏈聯(lián)接(圖)。程度梁的重力為G，其上放置一個(gè)重為Q的電動(dòng)機(jī)。如不計(jì)斜桿CD的重力，試畫出斜桿CD和程度梁AB的受力圖。2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>例1-2例1-2程度梁AB用斜杠CD支撐，A、D、C三處均為圓柱鉸鏈聯(lián)接(圖)。程度梁的重力為G，其上放置一個(gè)重為Q的電動(dòng)機(jī)。如不計(jì)斜桿CD的重力，試畫出斜桿CD和程度梁AB的受力圖。2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>畫受力圖時(shí)留意的問(wèn)題：確定研討對(duì)象，即首先明確畫哪個(gè)構(gòu)件。解除約束，即將研討對(duì)象單獨(dú)畫出。先畫自動(dòng)力，再畫出約束反力。畫約束反力時(shí)要充分思索約束的性質(zhì)。固定圓柱鉸鏈約束二力構(gòu)件柔軟體約束。在畫相互制約的各構(gòu)件的受力圖時(shí)，要利用相鄰構(gòu)件作用力與反作用力之間的關(guān)系。2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>1-4平面匯交力系的合成與平衡條件平面匯交力系：作用于物體上的各力的作用線位于同一平面內(nèi)，且匯交于一點(diǎn)的力系。一、平面匯交力系的幾何法與平衡條件2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>一、平面匯交力系的幾何法與平衡條件2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>1、力在坐標(biāo)軸上的投影式中α是力F與x軸正向間的夾角α一、平面匯交力系的幾何法與平衡條件2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>2、合力投影定理2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>3、平面匯交力系的合成2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>4、平面匯交力系的平衡條件2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>例1-3例1-3圖中所示的球重G＝80N，用繩子懸掛在光滑墻壁上，繩子與墻壁之間的夾角為30。試求繩子和墻壁對(duì)球的約束反力。(a)(b)2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>1-5平面力偶系的合成與平衡條件力矩單位是牛頓米〔Nm〕或千牛頓米〔kNm〕2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>1-5平面力偶系的合成與平衡條件矩心可以恣意取力矩正負(fù)規(guī)定：逆時(shí)針為正，順時(shí)針為負(fù)2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>二、力偶與力偶矩力偶：由兩個(gè)大小相等、方向相反，作用線不重合的力組成的力系2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>二、力偶與力偶矩力偶臂：兩力之間的垂直間隔力偶矩：?jiǎn)挝皇桥ｎD米〔Nm〕或千牛頓米〔kNm〕2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>三、力偶的性質(zhì)力偶無(wú)合力力偶的轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)與矩心的位置無(wú)關(guān)2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>三、力偶的性質(zhì)力偶的等效性等效能偶：力偶矩的大小相等、轉(zhuǎn)向一樣，那么產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)必相等。此二力偶為等效能偶。2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>由力偶的等效性，還可以推出力偶兩個(gè)重要特性；力偶可在其作用平面內(nèi)恣意轉(zhuǎn)移(包括挪動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng))，而不改動(dòng)該力偶對(duì)物體的作用在堅(jiān)持力偶矩大小和轉(zhuǎn)向不變的條件下，可以恣意改動(dòng)力偶中的力和力偶臂的大小不影響它們對(duì)物體的作用。三、力偶的性質(zhì)2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>四、平面力偶系的合成與平衡條件2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>平面力偶系平衡條件假設(shè)物體在平面力偶系作用下處于平衡形狀，那么合力偶矩必等于零即2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>例1-4例1—4用多軸鉆床在一個(gè)程度工件上同時(shí)加工三個(gè)孔。每個(gè)鉆頭對(duì)工件施加一壓力和一力偶。知三個(gè)力偶矩的大小分別為20Nm、20Nm、40Nm，兩固定螺柱之間的間隔l=250mm。求加工時(shí)兩個(gè)固定螺柱所受的程度力。2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>1-6平面普通力系的合成與平衡條件一、力的平移定理力的平移：把作用在物體上的力從其原位置平移到物體的另外位置。2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>一、力的平移定理力的平移定理：作用在物體上某點(diǎn)的力可以平行挪動(dòng)到該物體上的恣意—點(diǎn)，但必需同時(shí)附加一個(gè)力偶，這個(gè)附加力偶的力偶矩等于原力對(duì)新作用點(diǎn)之矩。2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>二、平面普通力系向任一點(diǎn)簡(jiǎn)化2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>二、平面普通力系向任一點(diǎn)簡(jiǎn)化2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>三、平面普通力系簡(jiǎn)化結(jié)果分析即主矢和主矩都不等于零。合成為一合力，2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>三、平面普通力系簡(jiǎn)化結(jié)果分析合力矩定理：平面普通力系對(duì)某點(diǎn)取矩等于分力對(duì)某點(diǎn)取矩的代數(shù)和。2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>即主矢等于零，但主矩不等于零。平面內(nèi)對(duì)任一點(diǎn)取矩所得結(jié)果都是一樣的，恒等于力偶矩。因此，在主矢等于零時(shí)，平面力系的主矩與簡(jiǎn)化中心的位置無(wú)關(guān)。即主矢不等于零，但主矩等于零。這闡明原力系可合成為一個(gè)合力，其就是作用在簡(jiǎn)化中心的主矢。三、平面普通力系簡(jiǎn)化結(jié)果分析2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>三、平面普通力系簡(jiǎn)化結(jié)果分析即主矢和主矩都等于零這表示該力系既不能使物體挪動(dòng)，也不能使物體轉(zhuǎn)動(dòng)，即物體在該力系作用下處于平衡形狀。2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>四、平面普通力系的平衡條件平面普通力系平衡的必要與充分條件是：力系的主矢和力系對(duì)其作用面任一點(diǎn)的主矩都等于零，即：2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>四、平面普通力系的平衡條件二矩式平衡方程式中A和B是平面內(nèi)恣意的兩個(gè)點(diǎn)，但A、B兩點(diǎn)的連線不能垂直于x軸。2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>四、平面普通力系的平衡條件三矩式平衡方程式中A、B、C是平面內(nèi)不共線的三個(gè)恣意點(diǎn)。2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>例1-5例1-5圖所示為一塔設(shè)備，塔重G＝450kN。塔高h(yuǎn)=30m，塔底螺栓與根底緊固聯(lián)接。塔體所受的風(fēng)力可簡(jiǎn)化為兩段均布載荷q1和q2。在離地面h1＝15m高度以下,均布載荷的載荷集度為＝380N／m，在h1以上高度，其載荷集度為=700N／m。試求塔設(shè)備在支座A處所受的約束反力。2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>例1-5由，得：由得：由得：2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>例1-6例1-6如下圖為一‘簡(jiǎn)易起重機(jī)，橫梁AB的A端用鉸鏈聯(lián)接在墻上，B端用鋼絲繩拉住。知橫梁長(zhǎng)度l＝2m，粱重G＝400N，小車及吊掛重物的重力w＝1000N，α＝30。試求小車在距梁左端x＝1.5m處時(shí)，繩BC的拉力和A處的約束反力。2021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>由鄭州大學(xué)化工學(xué)院例1-62021.9～2021.1<化工設(shè)備設(shè)計(jì)根底>鄭州大學(xué)化