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肖梅玲-工程力學(xué)-fxppt課件目錄CONTENCT工程力學(xué)概述靜力學(xué)基礎(chǔ)材料力學(xué)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)力學(xué)基礎(chǔ)彈性力學(xué)基礎(chǔ)塑性力學(xué)基礎(chǔ)工程實(shí)例分析與應(yīng)用探討01工程力學(xué)概述工程力學(xué)定義研究對(duì)象工程力學(xué)定義與研究對(duì)象工程力學(xué)是應(yīng)用數(shù)學(xué)和物理學(xué)原理,研究物質(zhì)宏觀運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)。它既是基礎(chǔ)學(xué)科,又是應(yīng)用學(xué)科,旨在解決工程實(shí)際問(wèn)題。工程力學(xué)的研究對(duì)象包括剛體、彈性體、塑性體以及它們的組合體,主要研究這些物體在外力作用下的平衡、穩(wěn)定性、振動(dòng)和變形等問(wèn)題。工程力學(xué)的發(fā)展可以追溯到古代,如阿基米德對(duì)浮力原理和杠桿原理的研究。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,工程力學(xué)逐漸形成了完整的學(xué)科體系。發(fā)展歷史目前,工程力學(xué)已經(jīng)發(fā)展成為一門綜合性強(qiáng)、應(yīng)用廣泛的學(xué)科。它不僅在土木工程、機(jī)械工程等傳統(tǒng)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用,還不斷拓展到航空航天、生物醫(yī)學(xué)等新興領(lǐng)域。現(xiàn)狀工程力學(xué)發(fā)展歷史及現(xiàn)狀01020304土木工程機(jī)械工程航空航天生物醫(yī)學(xué)工程力學(xué)在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用在航空航天領(lǐng)域,工程力學(xué)用于研究飛行器的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、氣動(dòng)彈性以及航天器的軌道動(dòng)力學(xué)等問(wèn)題。在機(jī)械工程中,工程力學(xué)用于研究機(jī)械設(shè)備的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)問(wèn)題,如發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)分析、機(jī)床的剛度設(shè)計(jì)等。在土木工程中,工程力學(xué)用于研究建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中的力學(xué)問(wèn)題,如橋梁的承載能力、地基的穩(wěn)定性等。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,工程力學(xué)用于研究生物體的力學(xué)行為,如骨骼的強(qiáng)度分析、血液的流動(dòng)特性等,為醫(yī)療器械設(shè)計(jì)和疾病治療提供理論支持。02靜力學(xué)基礎(chǔ)靜力學(xué)公理與基本概念靜力學(xué)公理闡述力系簡(jiǎn)化的基本規(guī)律,包括二力平衡公理、加減平衡力系公理、力的平行四邊形法則和力的可傳性原理?;靖拍罱榻B靜力學(xué)中涉及的基本概念,如力、力系、平衡、剛體等。VS討論工程實(shí)際中常見(jiàn)的約束類型,如柔索約束、光滑面約束、鉸鏈約束和固定端約束等。約束力分析分析不同類型約束對(duì)物體運(yùn)動(dòng)所施加的限制條件,進(jìn)而確定約束力的方向和性質(zhì)。約束類型約束與約束力分析介紹受力分析的基本步驟和方法,包括確定研究對(duì)象、畫出分離體圖、分析主動(dòng)力和約束力等。闡述如何根據(jù)受力分析的結(jié)果,按照一定的比例尺和規(guī)定的符號(hào)繪制受力圖,以便清晰地表達(dá)物體所受的力系。受力分析與受力圖繪制受力圖繪制受力分析方法03材料力學(xué)基礎(chǔ)拉伸與壓縮的基本概念應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系拉伸與壓縮的強(qiáng)度條件拉伸和壓縮是材料力學(xué)中最基本的變形形式,拉伸時(shí)材料受到拉力作用而伸長(zhǎng),壓縮時(shí)材料受到壓力作用而縮短。在拉伸或壓縮過(guò)程中,材料內(nèi)部的應(yīng)力與應(yīng)變呈線性關(guān)系,符合胡克定律。當(dāng)應(yīng)力超過(guò)材料的彈性極限時(shí),材料將發(fā)生塑性變形。為保證材料在拉伸或壓縮時(shí)不發(fā)生破壞,必須滿足一定的強(qiáng)度條件,如拉伸強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度等。材料拉伸壓縮時(shí)力學(xué)性能80%80%100%剪切與擠壓時(shí)力學(xué)性能剪切是材料沿某一截面受到相對(duì)錯(cuò)動(dòng)而發(fā)生的變形,擠壓是材料在受到垂直于其表面的壓力作用下發(fā)生的變形。在剪切或擠壓過(guò)程中,材料內(nèi)部的應(yīng)力分布較為復(fù)雜,需通過(guò)應(yīng)力分析確定危險(xiǎn)截面和最大應(yīng)力值。為保證材料在剪切或擠壓時(shí)不發(fā)生破壞,必須滿足一定的強(qiáng)度條件,如剪切強(qiáng)度、擠壓強(qiáng)度等。剪切與擠壓的基本概念剪切與擠壓的應(yīng)力分析剪切與擠壓的強(qiáng)度條件扭轉(zhuǎn)的基本概念01扭轉(zhuǎn)是材料受到扭矩作用而發(fā)生的變形,表現(xiàn)為截面的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。扭轉(zhuǎn)時(shí)的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系02在扭轉(zhuǎn)過(guò)程中,材料內(nèi)部的應(yīng)力與應(yīng)變呈非線性關(guān)系。當(dāng)扭矩較小時(shí),材料處于彈性變形階段;當(dāng)扭矩較大時(shí),材料將發(fā)生塑性變形或破壞。扭轉(zhuǎn)的強(qiáng)度條件03為保證材料在扭轉(zhuǎn)時(shí)不發(fā)生破壞,必須滿足一定的強(qiáng)度條件,如抗扭強(qiáng)度等。扭轉(zhuǎn)時(shí)力學(xué)性能04結(jié)構(gòu)力學(xué)基礎(chǔ)梁式結(jié)構(gòu)框架式結(jié)構(gòu)拱式結(jié)構(gòu)懸索結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)類型及特點(diǎn)分析主要承受彎矩和剪力,具有簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于橋梁、建筑等領(lǐng)域。由梁和柱組成,具有較好的整體性和抗震性能,常用于高層建筑和大跨度結(jié)構(gòu)。主要承受壓力,具有優(yōu)美的造型和良好的承載能力,常用于橋梁、隧道等工程。通過(guò)懸掛在兩端的鋼索或鋼鏈承受拉力,具有跨度大、自重輕的特點(diǎn),適用于大跨度橋梁和屋蓋結(jié)構(gòu)。截面法力矩分配法位移法結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算方法將結(jié)構(gòu)劃分為若干剛架,根據(jù)剛架的平衡條件建立力矩方程,通過(guò)迭代求解各剛架的內(nèi)力。以結(jié)構(gòu)位移作為基本未知量,通過(guò)建立位移與外荷載的關(guān)系式求解結(jié)構(gòu)內(nèi)力。通過(guò)截取結(jié)構(gòu)的一部分進(jìn)行分析,利用平衡條件求解截面上的內(nèi)力和應(yīng)力。03有限元法將結(jié)構(gòu)劃分為有限個(gè)單元,通過(guò)建立單元?jiǎng)偠染仃嚭驼w剛度矩陣求解結(jié)構(gòu)位移。01圖乘法利用圖形面積與結(jié)構(gòu)位移之間的關(guān)系進(jìn)行計(jì)算,適用于簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的位移分析。02能量法根據(jù)能量守恒原理,通過(guò)計(jì)算結(jié)構(gòu)的應(yīng)變能和外力功求解結(jié)構(gòu)位移。結(jié)構(gòu)位移計(jì)算方法05彈性力學(xué)基礎(chǔ)研究彈性體在外力作用下產(chǎn)生變形和內(nèi)力分布規(guī)律的學(xué)科。彈性力學(xué)定義基本假設(shè)基本原理連續(xù)性假設(shè)、完全彈性假設(shè)、小變形假設(shè)、無(wú)初始應(yīng)力假設(shè)。平衡原理、幾何原理、物理原理。030201彈性力學(xué)基本概念及原理適用于薄板受力分析,板內(nèi)平行于中面的各層應(yīng)力可簡(jiǎn)化為平面應(yīng)力問(wèn)題。平面應(yīng)力問(wèn)題適用于長(zhǎng)柱體受力分析,柱體內(nèi)平行于橫截面的各層應(yīng)變可簡(jiǎn)化為平面應(yīng)變問(wèn)題。平面應(yīng)變問(wèn)題建立坐標(biāo)系、列出平衡微分方程、幾何方程和物理方程,通過(guò)邊界條件和初始條件求解。求解步驟平面問(wèn)題求解方法適用于三維實(shí)體受力分析,需考慮三個(gè)方向的正應(yīng)力和剪應(yīng)力。空間應(yīng)力問(wèn)題適用于三維實(shí)體變形分析,需考慮三個(gè)方向的正應(yīng)變和剪應(yīng)變。空間應(yīng)變問(wèn)題建立坐標(biāo)系、列出平衡微分方程、幾何方程和物理方程,通過(guò)邊界條件和初始條件求解。對(duì)于復(fù)雜問(wèn)題,可采用有限元法、有限差分法等數(shù)值方法進(jìn)行求解。求解步驟空間問(wèn)題求解方法06塑性力學(xué)基礎(chǔ)塑性變形是不可逆的,卸載后不能恢復(fù)原來(lái)的形狀和尺寸,且伴隨著加工硬化現(xiàn)象。塑性變形特點(diǎn)根據(jù)變形的性質(zhì),塑性變形可分為彈性變形、塑性變形和蠕變。其中,彈性變形是可逆的,卸載后能恢復(fù)原來(lái)的形狀和尺寸;塑性變形是不可逆的,卸載后不能恢復(fù)原來(lái)的形狀和尺寸;蠕變是在恒定應(yīng)力作用下,材料隨時(shí)間緩慢產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象。塑性變形分類塑性變形特點(diǎn)及分類屈服條件材料開(kāi)始發(fā)生屈服的條件,即應(yīng)力達(dá)到某一臨界值時(shí),材料由彈性狀態(tài)進(jìn)入塑性狀態(tài)。對(duì)于金屬材料,常用的屈服條件有Tresca屈服條件和Mises屈服條件。塑性本構(gòu)關(guān)系描述材料在塑性變形過(guò)程中應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系。與彈性力學(xué)中的Hooke定律不同,塑性力學(xué)中的本構(gòu)關(guān)系是非線性的,且與加載歷史有關(guān)。常用的塑性本構(gòu)模型有Levy-Mises模型、Prandtl-Reuss模型和Drucker-Prager模型等。屈服條件與塑性本構(gòu)關(guān)系應(yīng)力應(yīng)變曲線在拉伸或壓縮試驗(yàn)中,可以得到材料在塑性變形過(guò)程中的應(yīng)力應(yīng)變曲線。該曲線反映了材料在不同應(yīng)變階段的力學(xué)性能,如彈性模量、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等。加工硬化現(xiàn)象在塑性變形過(guò)程中,隨著應(yīng)變的增加,材料的強(qiáng)度逐漸提高,而塑性逐漸降低。這種現(xiàn)象稱為加工硬化或應(yīng)變硬化。加工硬化是由于晶粒內(nèi)部的位錯(cuò)密度增加和晶界強(qiáng)化等因素引起的。Bauschinger效應(yīng)當(dāng)材料在某一方向發(fā)生塑性變形后,若在該方向施加反向應(yīng)力,則材料的屈服強(qiáng)度會(huì)降低。這種現(xiàn)象稱為Bauschinger效應(yīng)或包辛格效應(yīng)。該效應(yīng)是由于材料內(nèi)部的殘余應(yīng)力引起的。塑性變形過(guò)程中應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系07工程實(shí)例分析與應(yīng)用探討123介紹梁橋、拱橋、懸索橋、斜拉橋等不同類型的橋梁結(jié)構(gòu),并分析其受力特點(diǎn)和適用場(chǎng)景。橋梁結(jié)構(gòu)類型與特點(diǎn)闡述橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則和方法,包括荷載分析、結(jié)構(gòu)分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)等,并結(jié)合實(shí)例進(jìn)行講解。橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法介紹橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的方法和加固技術(shù),如粘貼鋼板、碳纖維加固等,以提高橋梁的承載能力和安全性。橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與加固技術(shù)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化實(shí)例分析高層建筑抗震設(shè)計(jì)原則與方法闡述高層建筑抗震設(shè)計(jì)的基本原則和方法,包括場(chǎng)地選擇、結(jié)構(gòu)選型、抗震措施等,并結(jié)合實(shí)例進(jìn)行講解。高層建筑抗震性能評(píng)估與加固技術(shù)介紹高層建筑抗震性能評(píng)估的方法和加固技術(shù),如增設(shè)阻尼器、隔震支座等,以提高建筑的抗震能力。高層建筑結(jié)構(gòu)類型與特點(diǎn)介紹框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)等高層建筑結(jié)構(gòu)類型,并分析其抗震性能和適用場(chǎng)景。高層建筑抗震設(shè)計(jì)實(shí)例分析航空航天器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核方法闡述航空

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