工程力學(xué)課件1教材

工程力學(xué)第一章靜力學(xué)基礎(chǔ)工程力學(xué)概論工程力學(xué)（或者應(yīng)用力學(xué)）是將力學(xué)原理應(yīng)用于有實際意義的工程系統(tǒng)的科學(xué)。機械、機構(gòu)、結(jié)構(gòu)如何受力，如何運動，如何變形，如何破壞？機構(gòu)可承受多大載荷，需多大尺寸，是否安全？工程師們需要制定合理的設(shè)計規(guī)則、規(guī)范、手冊，使機械、機構(gòu)、結(jié)構(gòu)等按設(shè)計要求實現(xiàn)運動、承受載荷，控制它們不發(fā)生影響使用功能的變形，更不能發(fā)生破壞。工程力學(xué)概論學(xué)科分類力學(xué)可一般地分為靜力學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)三部分。靜力學(xué)研究力系或物體的平衡問題，不涉及物體的運動；運動學(xué)研究物體如何運動，不討論運動與受力的關(guān)系；動力學(xué)則討論力與運動的關(guān)系。

工程力學(xué)概論根據(jù)研究的對象也可分為一般力學(xué)、固體力學(xué)和流體力學(xué)三個分支。一般力學(xué)研究力及其與運動的關(guān)系。屬于一般力學(xué)范疇的有理論力學(xué)（含靜力學(xué)、運動學(xué)、動力學(xué)）、分析力學(xué)、振動理論等。固體力學(xué)研究在外力作用下，可變形固體內(nèi)部各質(zhì)點所產(chǎn)生的位移、運動、應(yīng)力、應(yīng)變及破壞等的規(guī)律。屬于固體力學(xué)范疇的有材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué)和塑性力學(xué)、復(fù)合材料力學(xué)、斷裂力學(xué)等。流體力學(xué)的研究對象是氣體和液體。研究在力的作用下，流體本身的靜止?fàn)顟B(tài)、運動狀態(tài)及流體和固體間有相對運動時的相互作用和流動規(guī)律等。屬于流體力學(xué)的有水力學(xué)、空氣動力學(xué)、環(huán)境流體力學(xué)等。工程力學(xué)概論研究方法學(xué)習(xí)方法與要求學(xué)習(xí)方法：

積極參與教學(xué)過程，注重理解所學(xué)內(nèi)容獨立、認真思考，注意分析各章節(jié)學(xué)習(xí)內(nèi)容之間的內(nèi)在關(guān)系側(cè)重利用已經(jīng)研究、總結(jié)出的公式與結(jié)論，解決實際問題，主動訓(xùn)練獨立分析與解決問題的能力認真、及時完成課外作業(yè)充分使用學(xué)院圖書資源，在學(xué)習(xí)基本內(nèi)容的同時，根據(jù)自己的愛好和特長，進一步廣泛深入地研究工程力學(xué)相關(guān)的其它問題學(xué)習(xí)方法與要求學(xué)習(xí)要求：不可遲到、早退、曠課上課不允許睡覺、做與本課程無關(guān)的事、說與上課無關(guān)的話積極參與教學(xué)過程，認真完成課堂練習(xí)按教師要求及時、獨立完成課后作業(yè)上課帶教材、課堂筆記本、練習(xí)本、畫圖工具、計算器學(xué)習(xí)方法與要求用具：作圖工具(三角尺、量角器、圓規(guī))計算器二個課外作業(yè)本(白紙)課堂練習(xí)用本(白紙，可單頁)善于從錯綜復(fù)雜的自然現(xiàn)象、科學(xué)實驗結(jié)果和工程技術(shù)實踐中抓住事物的本質(zhì)，提煉成力學(xué)模型，采用合理的數(shù)學(xué)工具，分析掌握自然現(xiàn)象的規(guī)律，進而提出解決工程技術(shù)問題的方案，最后再和觀察或?qū)嶒灲Y(jié)果反復(fù)校核直到接近為止的科學(xué)研究方法。培養(yǎng)科學(xué)思維和研究方法，其重要性絕不亞于獲取知識本身。第1篇靜力學(xué)靜力學(xué)研究的是物體在力系作用下的平衡規(guī)律力系：兩個以上的力平衡：靜止或保持勻速運動第1章靜力學(xué)基礎(chǔ)一、基礎(chǔ)1、剛體與變形體受力后不產(chǎn)生變形的物體－－剛體受力后產(chǎn)生變形的物體－－變形體若在分析計算時暫時忽略物體受力后的變形，即可把該研究對象“視”為剛體靜力學(xué)部分（第一篇）均忽略研究對象的變形問題，即視所研究物體為剛體第1章靜力學(xué)基礎(chǔ)2、剛體的運動形式移動定軸轉(zhuǎn)動移動＋定軸轉(zhuǎn)動一、基礎(chǔ)第1章靜力學(xué)基礎(chǔ)3、剛體的自由度空間6個平面3個zxyO一、基礎(chǔ)第1章靜力學(xué)基礎(chǔ)4、載荷的種類及作用效應(yīng)力

力產(chǎn)生移動效應(yīng)。單位：牛頓N力偶：一對大小相等，方向相反的力組成（平行且不共線）力偶產(chǎn)生轉(zhuǎn)動效應(yīng)。單位：牛頓米Nm

實例分析力矩：一個外力作用下產(chǎn)生的力偶大小。單位：牛頓米Nm一、基礎(chǔ)F1.在圓盤上作用一外力，將產(chǎn)生什么樣的運動效應(yīng)？為什么？F’hF2.在矩形塊上作用一外力，將產(chǎn)生什么樣的運動效應(yīng)？為什么？第1章靜力學(xué)基礎(chǔ)5、約束及約束力約束力是被動力，大小方向由外力（主動力）決定可通過約束能限制的自由度數(shù)分析約束力的類型可用約束力代替約束（解約束）實例：F一、基礎(chǔ)第1章靜力學(xué)基礎(chǔ)6、約束類型及約束力1）固定鉸接支座：FFAAFF一、基礎(chǔ)第1章靜力學(xué)基礎(chǔ)2）光滑圓柱鉸接：ACBC一、基礎(chǔ)6、約束類型及約束力一、基礎(chǔ)6、約束類型及約束力第1章靜力學(xué)基礎(chǔ)3）輥軸鉸鏈支座（活動鉸鏈支座）：A垂直支承面一、基礎(chǔ)一、基礎(chǔ)6、約束類型及約束力第1章靜力學(xué)基礎(chǔ)4）光滑接觸面：一、基礎(chǔ)6、約束類型及約束力光滑接觸面的約束力通過接觸點，方向沿著接觸面在該點的公法線，指向被約束物體內(nèi)部，即必為壓力。第1章靜力學(xué)基礎(chǔ)5）柔索：一、基礎(chǔ)6、約束類型及約束力第1章靜力學(xué)基礎(chǔ)6）固定端：平面：空間：一、基礎(chǔ)6、約束類型及約束力第1章靜力學(xué)基礎(chǔ)7）構(gòu)件各部分之間：平面：解除約束后，才能畫約束力?。?！一、基礎(chǔ)6、約束類型及約束力第1章靜力學(xué)基礎(chǔ)例題1－5、7、8：作業(yè)：第1章3、7一、基礎(chǔ)6、約束類型及約束力第1章靜力學(xué)基礎(chǔ)二、載荷的移動、合成與分解1.載荷的移動FF左段桿及墻體受拉力右段桿不受力全部桿及墻體受拉力MM左段桿及墻體上拉下壓右段桿不受力全部桿及墻體上拉下壓結(jié)論：若考慮變形，載荷不可移動結(jié)論：若不考慮變形，力可沿其作用線移動，移動后不改變移動區(qū)域外的受力狀況，不影響平衡狀態(tài)。例P221－4第1章靜力學(xué)基礎(chǔ)F二、載荷的移動、合成與分解1.力沿其作用線移動F左段桿及墻體受拉力右段桿不受力全部桿及墻體受拉力第1章靜力學(xué)基礎(chǔ)2.力平行移動ABFM＝FddM結(jié)論：作用在剛體上的力可向剛體上任一點平移，但必須附加一力偶，這個附加力偶的大小等于力對平移點的力矩。反過來呢？一個力加一力偶，用一個等效力代替？二、載荷的移動、合成與分解第1章靜力學(xué)基礎(chǔ)3.力偶的移動MM左段桿及墻體上拉下壓右段桿不受力全部桿及墻體上拉下壓結(jié)論：若考慮變形，力偶不可移動若不考慮變形，力偶可在其作用面及與作用面平行的平面內(nèi)移動，移動后不改變移動區(qū)域外的受力狀況，不影響平衡狀態(tài)。二、載荷的移動、合成與分解第1章靜力學(xué)基礎(chǔ)4.力的合成與分解——圖解法平行四邊形法則作用在一點上的平面力系的合成矢量多邊形法則二、載荷的移動、合成與分解第1章靜力學(xué)基礎(chǔ)4.力的合成與分解——圖解法討論1作用在同一點的多個力的合成(a)二、載荷的移動、合成與分解將各力矢按任意選定的順序首尾相接地畫出，則連接第一個力矢始端與最后一個力矢末端的矢量，就是合力矢第1章靜力學(xué)基礎(chǔ)4.力的合成與分解——圖解法討論2不作用在同一點的多個力的合成（不考慮變形）先移動，后合成二、載荷的移動、合成與分解第1章靜力學(xué)基礎(chǔ)4.力的合成與分解——圖解法分解：兩分力間任意夾角兩分力間成直角可由合力末端向分力方向作垂線，投影即是兩分力根據(jù)兩分力方向，作平行四邊行二、載荷的移動、合成與分解第1章靜力學(xué)基礎(chǔ)4.力的合成與分解——解析法分解：兩分力間任意夾角兩分力間成直角不能使用投影法?。。±谜叶ɡ恚ú灰笳莆眨┒?、載荷的移動、合成與分解第1章靜力學(xué)基礎(chǔ)4.力的合成與分解——解析法合成：兩分力間任意夾角先分解，再合成兩分力間成直角二、載荷的移動、合成與分解第1章靜力學(xué)基礎(chǔ)5.力偶的合成作用在同一平面（或平行平面）內(nèi)的力偶代數(shù)相加即可二、載荷的移動、合成與分解第1章靜力學(xué)基礎(chǔ)例1：將C點載荷移至B點二、載荷的移動、合成與分解FABC？移動后，對哪部分、有什么影響例2：P61－1第1章靜力學(xué)基礎(chǔ)二、載荷的移動、合成與分解6.空間力系的合成與分解方法1方法2第1章靜力學(xué)基礎(chǔ)二、載荷的移動、合成與分解6.空間力偶系的合成與分解xyzoFyFzFxabc空間力偶系為矢量，遵循矢量合成與分解規(guī)則第1章靜力學(xué)基礎(chǔ)二、載荷的移動、合成與分解7.兩個重要的推論二點受力桿（二力桿）的平衡條件二力桿：構(gòu)件上只有兩點受力（無力偶）平衡條件：這兩點所受的力的合力大小相等，方向相反，且作用在兩點的連線上第1章靜力學(xué)基礎(chǔ)二、載荷的移動、合成與分解例P191－6P211－8

找到二力桿并分析受力情況第1章靜力學(xué)基礎(chǔ)二、載荷的移動、合成與分解7.兩個重要的推論三點受力構(gòu)件（無力偶）的平衡條件平衡條件：三點所受的力的合力必共面且匯交于一點1-1-2

力的性質(zhì)(a)F1F2(b)F1F2F3例1：分別用平行四邊形和三角形法則(矢量多邊形法則)求合力1-1-2

力的性質(zhì)(a)Fxy(b)FxyO例2：分別用平行四邊形和三角形法則（矢量多邊形法則）求力F在指定方向上的分力O1-1-2

力的性質(zhì)例3：用圖解法求合力(a)1-1-2

力的性質(zhì)zxyFxFzFyO例4：用圖解法求Fx，F(xiàn)y,Fz的合力1-1-2

力的性質(zhì)例4：已知系統(tǒng)平衡，畫出B、C兩點的受力方向1-1-2

力的性質(zhì)例5：已知構(gòu)件處于平衡狀態(tài)，求Fc的方向(a)(b)Fc1-1-3

力在坐標(biāo)軸上的投影例6：用解析法求力F在坐標(biāo)軸上的投影(分力)FxyO1-1-3

力在坐標(biāo)軸上的投影二次投影法例7：求力F在坐標(biāo)軸上的投影1-1-3

力在坐標(biāo)軸上的投影例8：用解析法求合力xyFxFyO包括大小、方向和作用點1-1-3

力在坐標(biāo)軸上的投影例9：用解析法求合力zxyFxFzFyO1-1-3

力在坐標(biāo)軸上的投影例10：重點：載荷在剛體上才可以移動力的合成與分解方法二力與三力構(gòu)件平衡的條件力的合成與分解或增減平衡力系對剛體的平衡沒有影響練習(xí)題1.力的三要素是指力的（大?。⒘Φ姆较蚝土Φ淖饔命c，它們決定了力對物體的作用效果。2.如果將研究對象的約束解除，可以用（約束反力）等效原來的約束作用。3.一個物體的運動受到周圍物體的限制時，這些周圍物體就稱為（約束）。4.力矩的大小等于力和力臂的乘積，通常規(guī)定力使物體繞矩心（順時針方向）轉(zhuǎn)動時力矩為負。5．力對物體的作用效果取決于力的（大小）、（方向）和作用點（作用線）三要素。6．力是既有大小，又有方向的（矢量），常用帶有箭頭的線段畫出。7．作用力和反作用力是兩物體間的相互作用，它們必然（大小相等）、方向相反、作用線在同一直線上8．柔性約束限制物體繩索伸長方向的運動，而（背離）被約束物體，恒為拉力。9．將單獨表示物體簡單輪廓并在其上畫有全部外力的圖形稱為物體的（受力圖）。在受力圖上只畫受力，不畫施力；在畫多個物體組成的系統(tǒng)受力圖時，只畫（外力）力，不畫內(nèi)力。10．若力對某剛體的作用效果與一個力系對該剛體的作用效果相同，則稱為該力系的（合力），力系中的每個力都是的分力。11．剛體是理想化的力學(xué)模型，指受力后大小和（形狀）始終保持不變的物體。12．約束力的方向總是與該約束所能（限制運動）的方向相反。13.一個物體的運動受到周圍物體的限制時，這些周圍物體就稱為（約束）。14.力的三要素是指力的（大小）、力的方向和力的作用點，它們決定了力對物體的作用效果。判斷題1.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)（√）2.力的三要素中只有一個要素不改變，則力對物體的作用效果不變。（×）3.剛體是客觀存在的，無論施加多大的力，它的形狀和大小始終保持不變。（×）4.凡是處于平衡狀態(tài)的物體，相對于地球都是靜止的。（×）5.二力平衡公理、加減平衡力系公理、力的可傳性原理只適用于剛體。（√）6.同一平面內(nèi)作用線匯交于一點的三個力一定平衡。（×）7.兩個大小相等的力對物體的作用效應(yīng)是相等的。（×）8.在作受力圖時，只要在分離體上畫出所有約束反力就可以了。（×）9.凡阻止物體運動的一切限制條件均稱為約束。（×）10.平行四邊形公理和三角形法則均可將作用于物體上同一點的兩個力合成為一個合力。（√）11.受力物體與施力物體是相對于研究對象而言的。（√）12.二力等值、反向、共線，是剛體平衡的充分和必要條件。（