lllx第一章-靜力學(xué)的基本概念-受力圖6

工程力學(xué)東北大學(xué)理學(xué)院力學(xué)系張英杰PAG2工程力學(xué)《工程力學(xué)》(靜力學(xué))、《工程力學(xué)》(材料力學(xué))出版社：高等教育編者：北京科技大學(xué),東北大學(xué)一、教材PAG3工程力學(xué)1、按時(shí)上下課〔遲到3次或無(wú)故缺課2次不可參加考試〕二、課堂要求2、有事請(qǐng)假〔上課前上交學(xué)生所在學(xué)院出具的請(qǐng)假條〕三、期末考核說(shuō)明平時(shí)成績(jī)30%，期末測(cè)試〔閉卷〕70%。PAG4工程力學(xué)是力學(xué)學(xué)科的根底課程，也是各工程學(xué)科的技術(shù)根底課程。涵蓋了原有“理論力學(xué)”和“材料力學(xué)”兩門課程的主要經(jīng)典內(nèi)容，并適當(dāng)增加了面向21世紀(jì)的新內(nèi)容。工程力學(xué)課程總論P(yáng)AG520世紀(jì)以前，推動(dòng)近代科學(xué)技術(shù)與社會(huì)進(jìn)步的蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、鐵路、橋梁、船舶、兵器等，均是在力學(xué)知識(shí)的累積、應(yīng)用和完善的根底上逐漸形成和開展起來(lái)的。一、工程與工程力學(xué)十八世紀(jì)老式蒸汽機(jī)火車機(jī)頭工程力學(xué)課程總論P(yáng)AG6一、工程與工程力學(xué)20世紀(jì)產(chǎn)生的高新技術(shù)，如高層建筑、大型橋梁、海洋石油鉆井平臺(tái)、精密儀器、航空航天器、機(jī)器人、高速列車以及大型水利工程等許多重要工程的開展是離不開工程力學(xué)的，而這些工程的開展也促進(jìn)了工程力學(xué)的不斷開展與完善。工程力學(xué)課程總論P(yáng)AG7一、工程與工程力學(xué)工程力學(xué)課程總論風(fēng)在經(jīng)過(guò)城市高層建筑之后，風(fēng)力將成倍加大：平地上3-4級(jí)的風(fēng)，可達(dá)10級(jí)以上；平地上5-6級(jí)的風(fēng)，可達(dá)12級(jí)颶風(fēng)〔32.6米/秒〕。

高層建筑的峽谷效應(yīng)不僅會(huì)惡化局部環(huán)境，而且會(huì)引起建筑物的振動(dòng)，嚴(yán)重影響建筑物的壽命。PAG8一、工程與工程力學(xué)工程力學(xué)課程總論

塔科馬橋——位于美國(guó)華盛頓州，橫穿普吉特海灣，是當(dāng)時(shí)世界上第三長(zhǎng)的懸索橋。1940年11月11日，大橋僅啟用幾個(gè)月，即在19m/s的大風(fēng)〔可折毀樹枝〕下顫振破壞。

引發(fā)了對(duì)橋梁風(fēng)致振動(dòng)問(wèn)題的研究，形成“橋梁風(fēng)工程”的新學(xué)科。1949年新建的塔科馬橋，經(jīng)典的懸索橋根本定型。PAG9一、工程與工程力學(xué)工程力學(xué)課程總論江蘇蘇通大橋——全長(zhǎng)32.4公里、主跨1088米、最長(zhǎng)拉索長(zhǎng)達(dá)577米，為世界最大跨徑斜拉橋，創(chuàng)造了最深橋梁樁根底、最高索塔、最大跨徑、最長(zhǎng)斜拉索等4項(xiàng)斜拉橋世界紀(jì)錄。

大跨度斜拉橋拉索的角度要求？PAG10緒論斜拉橋

俄羅斯島跨海大橋中央跨度1104米，總長(zhǎng)度3.1公里，是目前世界上最長(zhǎng)的斜拉橋。斜拉橋由梁、斜拉索和塔柱三局部組成，梁除了支承在墩臺(tái)上外，還支承在由塔柱引出的斜拉索上。塔柱有獨(dú)塔、雙塔和三塔式，索塔型式有A型、倒Y型、H型、獨(dú)柱，材料有鋼和混凝土。PAG11世界大跨度斜拉橋橋名國(guó)家主跨建成時(shí)間1俄羅斯島大橋俄羅斯1104m20122蘇通大橋中國(guó)1088m20083香港昂船洲大橋中國(guó)1018m20084鄂東長(zhǎng)江大橋中國(guó)926m20105多多羅大橋日本890m19996諾曼底大橋法國(guó)856m19957南京長(zhǎng)江三橋南汊橋中國(guó)648m20058南京長(zhǎng)江二橋南汊橋中國(guó)628m20019武漢白沙洲長(zhǎng)江大橋中國(guó)620m200810福州青洲閩江大橋中國(guó)605m200011上海楊浦大橋中國(guó)602m199312上海徐浦大橋中國(guó)590m1997緒論在適宜跨徑(300～1000m)內(nèi),斜拉橋比同等跨徑懸索橋使用的高強(qiáng)鋼絲更少,造價(jià)更低。

斜拉橋是復(fù)雜的高次超靜定結(jié)構(gòu),其具有明顯的非線性行為,且有抗風(fēng)、抗震的要求,因此,如何建立符合實(shí)際的計(jì)算模型成為首要問(wèn)題。PAG12一、工程與工程力學(xué)工程力學(xué)課程總論大型橋梁

重慶彩虹橋——1994年11月5日始建，1996年2月16日竣工，1999年1月4日垮塌。PAG13一、工程與工程力學(xué)工程力學(xué)課程總論設(shè)計(jì)、建造、管理不標(biāo)準(zhǔn)PAG14一、工程與工程力學(xué)工程力學(xué)課程總論1、沖擊載荷2、損傷積累與結(jié)構(gòu)壽命高等力學(xué)問(wèn)題：人運(yùn)動(dòng)時(shí)腳上的力量（假設(shè)人體重量為750N）運(yùn)動(dòng)形式中長(zhǎng)跑短跑跳遠(yuǎn)跳高打籃球腳上的力量3000N3500N4500N6000N12500N多人、屢次跑步大部隊(duì)過(guò)橋時(shí)不能齊步走PAG15一、工程與工程力學(xué)工程力學(xué)課程總論

歐洲因平原較多，動(dòng)車組列車多設(shè)計(jì)為較為明顯的流線型車頭，以突破空氣阻力，如法國(guó)的TGV。

日本高速列車因多在山區(qū)行駛，為降低新干線進(jìn)入隧道時(shí)的噪音，有些車頭被設(shè)計(jì)為鴨嘴形狀，如E4型

。PAG16一、工程與工程力學(xué)工程力學(xué)課程總論承受軸向壓力的工程構(gòu)件，如翻斗貨車、導(dǎo)彈發(fā)射車等的液壓機(jī)構(gòu)中的頂桿，假設(shè)承受的壓力過(guò)大，或者過(guò)于細(xì)長(zhǎng)，就有可能突然由直變彎，發(fā)生穩(wěn)定失效。PAG17一、工程與工程力學(xué)工程力學(xué)課程總論20世紀(jì)產(chǎn)生的另一些高新技術(shù)雖然是在其他學(xué)科指導(dǎo)下產(chǎn)生和開展起來(lái)的，但也都對(duì)工程力學(xué)提出了各式各樣，大大小小的問(wèn)題。PAG18計(jì)算機(jī)硬盤驅(qū)動(dòng)器轉(zhuǎn)臺(tái)的質(zhì)量及其分布，當(dāng)驅(qū)動(dòng)器到達(dá)正常運(yùn)行所需的角速度時(shí)，可確定驅(qū)動(dòng)馬達(dá)所需要的功率工程力學(xué)課程總論一、工程與工程力學(xué)

在不同的時(shí)間間隔內(nèi)，通過(guò)測(cè)量目標(biāo)與雷達(dá)間的距離和雷達(dá)方位角，準(zhǔn)確測(cè)定目標(biāo)的速度和加速度.雷達(dá)確定目標(biāo)方位PAG19一、工程與工程力學(xué)工程力學(xué)課程總論彈射器的推力和跑道的可能長(zhǎng)度，飛機(jī)初速度多大，或飛機(jī)初速度，彈射器的推力多大或跑道多長(zhǎng)，才能在一定的時(shí)間隔后到達(dá)飛離甲板時(shí)的速度。航空母艦PAG20二、工程力學(xué)的研究對(duì)象與研究?jī)?nèi)容研究對(duì)象：自然界及工程中的機(jī)械運(yùn)動(dòng)的最普遍、最根本的規(guī)律。二者聯(lián)系緊密◆研究運(yùn)動(dòng)物體的變形時(shí)，先分析運(yùn)動(dòng)；◆研究某些運(yùn)動(dòng)時(shí)〔如振動(dòng)〕，須考慮變形。研究?jī)?nèi)容：物體的運(yùn)動(dòng)〔理力〕，物體的受力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系；物體的變形〔材力〕，物體的受力與變形的關(guān)系。機(jī)械運(yùn)動(dòng)：物體在空間的位置隨時(shí)間而改變。工程力學(xué)課程總論P(yáng)AG21三、工程力學(xué)中的兩種主要模型工程力學(xué)課程總論

實(shí)際工程構(gòu)件受力后，幾何形狀和幾何尺寸都會(huì)發(fā)生改變，這種改變稱為變形，這些構(gòu)件都稱為變形體?！簟皠傮w”模型當(dāng)物體在力的作用下，雖有變形，但變形極小或不影響其整體運(yùn)動(dòng)時(shí)，構(gòu)件可簡(jiǎn)化為剛體。◆“變形體”模型當(dāng)研究作用在物體上的力所產(chǎn)生的變形，以及由于變形而在物體內(nèi)部產(chǎn)生的相互作用力時(shí)，構(gòu)件可簡(jiǎn)化為變形體。PAG22

塔式吊車起吊重物時(shí)，組成塔吊的各個(gè)桿件都要發(fā)生變形，塔吊是“變形體”。

但是，如果僅研究塔吊保持平衡時(shí)起吊重物重量與塔吊配重間的關(guān)系時(shí)，又可以將塔吊整體視為“剛體”。工程力學(xué)課程總論三、工程力學(xué)中的兩種主要模型塔式吊車PAG23四、工程力學(xué)的研究方法1、理論方法2、實(shí)驗(yàn)方法疲勞實(shí)驗(yàn)互為補(bǔ)充工程力學(xué)課程總論P(yáng)AG243、計(jì)算機(jī)分析方法

計(jì)算機(jī)分析方法是“理論分析”和“實(shí)驗(yàn)分析”的得力工具，使大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、計(jì)算成為可能，逐漸成為力學(xué)分析的主要方法。飛鳥與機(jī)翼相撞四、工程力學(xué)的研究方法工程力學(xué)課程總論汽車碰撞氣囊與人的相互作用PAG25靜力學(xué)

工程力學(xué)PAG26靜力學(xué)：研究物體在力系作用下的平衡規(guī)律的科學(xué)。靜力學(xué)引言平衡：物體相對(duì)于慣性參考系〔如地面〕靜止或作勻速直線運(yùn)動(dòng)。PAG27靜力學(xué)研究的問(wèn)題1、物體的受力分析2、力系的等效替換分析物體〔包括物體系〕受哪些力，每個(gè)力的作用位置和方向，并畫出物體的受力圖。力系的簡(jiǎn)化：用簡(jiǎn)單力系等效替換復(fù)雜力系。將作用在物體上的一個(gè)力系用與它等效的另一個(gè)力系替換，稱為力系的等效替換。這兩個(gè)力系互為等效力系〔對(duì)物體的作用效果相同的力系〕。靜力學(xué)引言PAG28

研究作用在物體上的各種力系所需滿足的平衡條件，并應(yīng)用這些條件解決靜力學(xué)實(shí)際問(wèn)題。3、建立各種力系的平衡條件靜力學(xué)引言靜力學(xué)研究的問(wèn)題PAG29312力的概念剛體的概念靜力學(xué)公理第一章靜力學(xué)的根本概念受力圖4約束與約束反力5物體的受力分析受力圖PAG30力：物體間相互的機(jī)械作用?！?-1

力的概念力對(duì)物體的作用效果：◆

力的外效應(yīng)，改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這是靜力學(xué)研究的問(wèn)題?！?/p>

力的內(nèi)效應(yīng)，使物體產(chǎn)生變形，這是材料力學(xué)研究的問(wèn)題。力的兩種作用方式：接觸作用如人推車，兩物體碰撞場(chǎng)作用如重力場(chǎng)，萬(wàn)有引力場(chǎng)PAG31力的三要素大小方向作用點(diǎn)力的表示：

用一帶箭頭的線段(矢量)表示力的單位：常見(jiàn)力牛頓〔N〕或千?！瞜N〕F

表示力的大小。

表示力的矢量；集中力分布力§1-1

力的概念PAG32力系：作用在物體上的一群力。按力的作用線位置平面力系空間力系按力作用線的相互關(guān)系共線力系平行力系匯交力系任意力系§1-1

力的概念PAG33§1-2

剛體的概念剛體：在力的作用下，其內(nèi)部任意兩點(diǎn)間的距離始終保持不變的物體。

靜力學(xué)主要研究物體的平衡問(wèn)題，其變形可忽略，故把研究對(duì)象均看作剛體，因此靜力學(xué)一般稱為“剛體靜力學(xué)”。

剛體或在力的作用下體積和形狀都不發(fā)生改變的物體，它是一個(gè)理想化的力學(xué)模型。PAG34

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，指向相反，且作用在同一直線上?！?/p>

最簡(jiǎn)單力系的平衡條件公理1二力平衡公理§1-3

靜力學(xué)公理受拉平衡受壓不能平衡PAG35§1-3

靜力學(xué)公理二力桿：只在兩個(gè)力作用下處于平衡的構(gòu)件，所受兩力必沿作用點(diǎn)的連線。公理1二力平衡公理ABABABABPAG36A

在作用于剛體上的任一力系上，加上或減去任一平衡力系，并不改變?cè)ο祵?duì)剛體的作用。推論力的可傳性原理

作用于剛體上的力，可以沿其作用線移到剛體內(nèi)任意一點(diǎn)，而不改變?cè)摿?duì)剛體的作用效應(yīng)?；瑒?dòng)矢量公理2加減平衡力系公理§1-3

靜力學(xué)公理B力的三要素大小方向作用線PAG37§1-3

靜力學(xué)公理可變形鋼桿在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。推論力的可傳性原理

作用于剛體上某點(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。公理2加減平衡力系公理PAG38第一章靜力學(xué)公理和物體的受力分析一、根本概念力的單位：牛頓〔N〕或千?！瞜N〕常見(jiàn)力

表示力的矢量；

F

表示力的大小。

集中力分布力力系：作用在物體上的一群力。力：物體間相互的機(jī)械作用。剛體：在力的作用下內(nèi)部任意兩點(diǎn)間的距離始終保持不變(或體積和形狀都不變)的物體。PAG39公理1二力平衡條件

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。第一章靜力學(xué)公理和物體的受力分析二、靜力學(xué)公理公理2加減平衡力系原理在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。推論1力的可傳性作用在剛體上某點(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。PAG40A§1-3

靜力學(xué)公理

作用在物體上同一點(diǎn)的兩個(gè)力，可以合成為一個(gè)合力。合力的作用點(diǎn)仍在該點(diǎn)，合力的大小和方向由這兩個(gè)力為邊構(gòu)成的平行四邊形的對(duì)角線確定。矢量和公理3力的平行四邊形法那么AA合力也可用力三角形求得：PAG41BAC推論三力平衡匯交定理剛體受不平行的三個(gè)力作用而平衡，那么此三力作用線必匯交于一點(diǎn)且位于同一平面內(nèi)。平衡§1-3

靜力學(xué)公理O三力必匯交于O點(diǎn),且三力共面公理3力的平行四邊形法那么PAG42

兩個(gè)物體間的作用力和反作用力總是同時(shí)存在，同時(shí)消失，大小相等、指向相反、作用在同一直線，分別作用在相互作用的兩個(gè)物體上。公理4作用和反作用定律§1-3

靜力學(xué)公理作用力與反作用力不是互相平衡的兩個(gè)力。PAG43公理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(受拉平衡)剛化為剛體(仍平衡)§1-3

靜力學(xué)公理PAG44約束:約束反力:大小方向作用線對(duì)非自由體的位移起限制作用的周圍物體約束對(duì)非自由體的作用力未知與該約束所能阻礙的運(yùn)動(dòng)方向相反過(guò)接觸點(diǎn)自由體:非自由體:位移受到限制的物體。〔火車、汽車〕位移不受限制的物體。〔飛機(jī)、炮彈〕§1-4

約束和約束反力一、根本概念PAG451、柔性體約束〔柔軟的繩索、膠帶或鏈條〕二、工程常見(jiàn)約束約束特點(diǎn)：繩索約束力只能沿著繩索的方向，且只能是拉力，不能是壓力。約束反力：作用在接觸點(diǎn)，方向沿繩索背向被約束物體。繩索§1-4

約束和約束反力PAG46二、工程常見(jiàn)約束膠帶1、柔性體約束〔柔軟的繩索、膠帶或鏈條〕§1-4

約束和約束反力PAG47二、工程常見(jiàn)約束膠帶

皮帶對(duì)輪子的約束力沿輪緣的切線方向，且為拉力。1、柔性體約束〔柔軟的繩索、膠帶或鏈條〕§1-4

約束和約束反力PAG48二、工程常見(jiàn)約束鏈條1、柔性體約束〔柔軟的繩索、膠帶或鏈條〕§1-4

約束和約束反力PAG492、光滑面約束〔具有光滑接觸外表〕法向約束力二、工程常見(jiàn)約束約束特點(diǎn)：限制物體沿接觸外表法線并向約束內(nèi)部的位移，而不限制物體沿約束外表切線的位移。約束反力：過(guò)接觸點(diǎn)，方向沿接觸外表的公法線，指向被約束物體?！?-4

約束和約束反力PAG50二、工程常見(jiàn)約束推力滾針軸承O公法線推力球軸承2、光滑面約束〔具有光滑接觸外表〕§1-4

約束和約束反力PAG51二、工程常見(jiàn)約束向心滾子軸承

O切線公法線2、光滑面約束〔具有光滑接觸外表〕§1-4

約束和約束反力PAG52二、工程常見(jiàn)約束嚙合齒輪的齒面約束2、光滑面約束〔具有光滑接觸外表〕§1-4

約束和約束反力PAG533、光滑鉸鏈約束二、工程常見(jiàn)約束⑴向心軸承(徑向軸承)約束特點(diǎn)：軸在軸承孔內(nèi),軸為非自由體,軸承孔為約束約束反力：不計(jì)摩擦?xí)r，軸與孔的接觸為光滑接觸約