工程力学完整版本电子教案.ppt

工 程 力 学第一页，共56页。工程力学概论(giln)工程工程(gngchng)力学（或者应用力学）是将力学原理应力学（或者应用力学）是将力学原理应用于有实际意义的工程用于有实际意义的工程(gngchng)系统的科学。系统的科学。机械、机构、结构如何受力，如何运动，如何变形，如何机械、机构、结构如何受力，如何运动，如何变形，如何破坏？破坏？机构可承受多大载荷，需多大尺寸，是否安全？机构可承受多大载荷，需多大尺寸，是否安全？工程工程(gngchng)师们需要制定合理的设计规则、规范、师们需要制定合理的设计规则、规范、手册，使机械、机构、结构等按设计要求实现运动、承受载荷，手册，使机械、机构、结构等按设计要求实现运动、承受载荷，控制它们不发生影响使用功能的变形，更不能发生破坏。控制它们不发生影响使用功能的变形，更不能发生破坏。第二页，共56页。工程力学概论(giln)n学科分类学科分类n力学力学(l xu)可一般地分为静力学可一般地分为静力学(l xu)、运动学和动力学、运动学和动力学(l xu)三部分。三部分。n静力学静力学(l xu)研究力系或物体的平衡问研究力系或物体的平衡问题，不涉及物体的运动；题，不涉及物体的运动；n运动学研究物体如何运动，不讨论运动与运动学研究物体如何运动，不讨论运动与受力的关系；受力的关系；n动力学动力学(l xu)则讨论力与运动的关系。则讨论力与运动的关系。n 第三页，共56页。工程力学概论(giln)根据研究的对象也可分为一般力学、固体力学和流体力学三个分支。一般力学研究力及其与运动的关系。属于一般力学范畴的有理论力学（含静力学、运动学、动力学）、分析力学、振动理论等。固体力学研究在外力作用下，可变形固体内部各质点所产生的位移、运动、应力、应变及破坏等的规律。属于固体力学范畴的有材料力学、结构力学、弹性力学和塑性力学、复合材料力学、断裂力学等。流体力学的研究对象是气体和液体。研究在力的作用下，流体本身的静止状态、运动状态及流体和固体间有相对运动时的相互作用和流动规律等。属于流体力学的有水力学、空气(kngq)动力学、环境流体力学等。第四页，共56页。工程力学概论(giln)n研究研究(ynji)方法方法第五页，共56页。学习(xux)方法与要求学习方法：学习方法：积极参与教学过程，注重理解所学内容积极参与教学过程，注重理解所学内容独立、认真思考，注意分析各章节学习内容之间独立、认真思考，注意分析各章节学习内容之间的内在关系的内在关系侧重利用已经研究、总结出的公式与结论，解决侧重利用已经研究、总结出的公式与结论，解决实际问题，主动训练独立分析与解决问题的能实际问题，主动训练独立分析与解决问题的能力力认真、及时完成认真、及时完成(wn chng)课外作业课外作业充分使用学院图书资源，在学习基本内容的同时，充分使用学院图书资源，在学习基本内容的同时，根据自己的爱好和特长，进一步广泛深入地研根据自己的爱好和特长，进一步广泛深入地研究工程力学相关的其它问题究工程力学相关的其它问题第六页，共56页。学习(xux)方法与要求学习要求：学习要求：不可迟到、早退、旷课不可迟到、早退、旷课上课不允许睡觉、做与本课程无关的事、说与上课无关的话上课不允许睡觉、做与本课程无关的事、说与上课无关的话积极参与教学过程，认真完成课堂练习积极参与教学过程，认真完成课堂练习按教师要求及时、独立完成课后作业按教师要求及时、独立完成课后作业上课带教材、课堂笔记本、练习本、画图上课带教材、课堂笔记本、练习本、画图(hu t)工具、计算器工具、计算器第七页，共56页。学习(xux)方法与要求用具：用具：作图工具作图工具(三角尺、量角器、圆规三角尺、量角器、圆规(yungu)计算器计算器二个课外作业本二个课外作业本(白纸白纸)课堂练习用本课堂练习用本(白纸，可单页白纸，可单页)第八页，共56页。善于从错综复杂的自然现象、科学实验结果和工程技术实践中抓住事物的本质，提炼成力学(l xu)模型，采用合理的数学工具，分析掌握自然现象的规律，进而提出解决工程技术问题的方案，最后再和观察或实验结果反复校核直到接近为止的科学研究方法。培养科学思维和研究方法，其重要性绝不亚于获取知识本身。第九页，共56页。第1篇 静力学 静力学研究的是物体在力系作用下的静力学研究的是物体在力系作用下的平衡规律平衡规律力系：两个以上的力力系：两个以上的力平衡：静止或保持平衡：静止或保持(boch)匀速运动匀速运动第十页，共56页。第1章 静力学基础(jch)一、基础1、刚体与变形体受力后不产生变形的物体刚体受力后产生变形的物体变形体若在分析计算时暂时忽略物体受力后的变形，即可把该研究对象“视”为刚体静力学部分(b fen)（第一篇）均忽略研究对象的变形问题，即视所研究物体为刚体第十一页，共56页。第1章 静力学基础(jch)2、刚体的运动、刚体的运动(yndng)形式形式移动移动定轴转动定轴转动移动定轴转动移动定轴转动一、基础一、基础(jch)第十二页，共56页。第1章 静力学基础(jch)3、刚体、刚体(gngt)的自由度的自由度空间空间6个个平面平面3个个zxyO一、基础一、基础(jch)第十三页，共56页。第1章 静力学基础(jch)4、载荷的种类及作用效应、载荷的种类及作用效应力力 力产生力产生(chnshng)移动效应。单位：牛顿移动效应。单位：牛顿 N力偶：力偶：一对大小相等，方向相反的力组成（平行且不共一对大小相等，方向相反的力组成（平行且不共线）线）力偶产生力偶产生(chnshng)转动效应。单位：牛顿米转动效应。单位：牛顿米 Nm 实例分析实例分析力矩：力矩：一个外力作用下产生一个外力作用下产生(chnshng)的力偶大小。的力偶大小。单位：牛顿米单位：牛顿米 Nm一、基础一、基础(jch)第十四页，共56页。F1.在圆盘上作用在圆盘上作用(zuyng)一外力，将产生什么样的运动效应？为什么？一外力，将产生什么样的运动效应？为什么？Fh第十五页，共56页。F2.在矩形块上作用在矩形块上作用(zuyng)一外力，将产生什么样的运动效应？为什么？一外力，将产生什么样的运动效应？为什么？第十六页，共56页。第1章 静力学基础(jch)5、约束(yush)及约束(yush)力约束力是被动力，大小方向由外力（主动力）决定约束力是被动力，大小方向由外力（主动力）决定可通过可通过(tnggu)约束能限制的自由度数分析约束力的类型约束能限制的自由度数分析约束力的类型可用约束力代替约束（解约束）可用约束力代替约束（解约束）实例：实例：F一、基础一、基础第十七页，共56页。第1章 静力学基础(jch)6、约束(yush)类型及约束(yush)力1）固定）固定(gdng)铰接支座：铰接支座：FFAAF F一、基础一、基础第十八页，共56页。第1章 静力学基础(jch)2）光滑圆柱）光滑圆柱(yunzh)铰接：铰接：ACBC一、基础一、基础(jch)6、约束类型及约束力、约束类型及约束力一、基础一、基础6、约束类型及约束力、约束类型及约束力第十九页，共56页。第1章 静力学基础(jch)3）辊轴）辊轴(n zhu)铰链支座（活动铰链支座）：铰链支座（活动铰链支座）：A垂直(chuzh)支承面一、基础一、基础一、基础一、基础6、约束类型及约束力、约束类型及约束力第二十页，共56页。第1章 静力学基础(jch)4）光滑）光滑(gung hu)接触面：接触面：一、基础一、基础(jch)6、约束类型及约束力、约束类型及约束力 光滑接触面的约束力通过接触点，方向沿着接触面光滑接触面的约束力通过接触点，方向沿着接触面在该点的公法线，指向被约束物体内部，即必为压力。在该点的公法线，指向被约束物体内部，即必为压力。第二十一页，共56页。第1章 静力学基础(jch)5）柔索：）柔索：一、基础一、基础(jch)6、约束、约束(yush)类型及约束类型及约束(yush)力力第二十二页，共56页。第1章 静力学基础(jch)6）固定）固定(gdng)端：端：平面平面(pngmin)：空间：空间：一、基础一、基础6、约束类型及约束力、约束类型及约束力第二十三页，共56页。第1章 静力学基础(jch)7）构件）构件(gujin)各部分之间：各部分之间：平面平面(pngmin)：解除约束后，才能画约束力！解除约束后，才能画约束力！一、基础一、基础6、约束类型及约束力、约束类型及约束力第二十四页，共56页。第1章 静力学基础(jch)例题例题(lt)15、7、8：作业：第作业：第1章章 3、7一、基础一、基础(jch)6、约束类型及约束力、约束类型及约束力第二十五页，共56页。第1章 静力学基础(jch)二、载荷的移动二、载荷的移动(ydng)、合成与分、合成与分解解1.载荷(zi h)的移动FF左段杆及墙体受拉力右段杆不受力全部杆及墙体受拉力MM左段杆及墙体上拉下压右段杆不受力全部杆及墙体上拉下压n结论：若考虑变形，载荷不可移动若考虑变形，载荷不可移动 第二十六页，共56页。结论：若不考虑变形，力可沿其作用线移动，移动后不改变移动区域(qy)外的受力状况，不影响平衡状态。例P22 14第1章 静力学基础(jch)F二、载荷二、载荷(zi h)的移动、合成与的移动、合成与分解分解1.力沿其作用线移动F左段杆及墙体受拉力右段杆不受力全部杆及墙体受拉力第二十七页，共56页。第1章 静力学基础(jch)2.力平行(pngxng)移动ABFMFddM结论：作用在刚体上的力可向刚体上任一点平移，但必须附加一力偶，这个附加力偶的大小等于(dngy)力对平移点的力矩。反过来呢？一个力加一力偶，反过来呢？一个力加一力偶，用一个等效力代替？用一个等效力代替？二、载荷的移动、合成与分解二、载荷的移动、合成与分解第二十八页，共56页。第1章 静力学基础(jch)3.力偶(l u)的移动MM左段杆及墙体上拉下压右段杆不受力全部(qunb)杆及墙体上拉下压结论：若若考虑考虑变形，力偶变形，力偶不不可移动可移动 若若不考虑不考虑变形，力偶变形，力偶可在其作用面及与作用面平行的平面内移动可在其作用面及与作用面平行的平面内移动，移动，移动后不改变移动区域外的受力状况，不影响平衡状态。后不改变移动区域外的受力状况，不影响平衡状态。二、载荷的移动、合成与分解二、载荷的移动、合成与分解第二十九页，共56页。第1章 静力学基础(jch)4.力的合成(hchng)与分解图解法平行四边形法则(fz)作用在一点上的平面力系的合成作用在一点上的平面力系的合成矢量多边形法则二、载荷的移动、合成与分解二、载荷的移动、合成与分解第三十页，共56页。第1章 静力学基础(jch)4.力的合成(hchng)与分解图解法讨论讨论(toln)1作用在同一点的多个力的合成作用在同一点的多个力的合成(a)二、载荷的移动、合成与分解二、载荷的移动、合成与分解 将各力矢按任意选定的顺序首尾相接地画出，将各力矢按任意选定的顺序首尾相接地画出，则连接第一个力矢始端与最后一个力矢末端的矢量，则连接第一个力矢始端与最后一个力矢末端的矢量，就是合力矢就是合力矢第三十一页，共56页。第1章 静力学基础(jch)4.力的合成(hchng)与分解图解法讨论讨论(toln)2不不作用在同一点的多个力的合成（不考虑变形）作用在同一点的多个力的合成（不考虑变形）先移动，后合成先移动，后合成二、载荷的移动、合成与分解二、载荷的移动、合成与分解第三十二页，共56页。第1章 静力学基础(jch)4.力的合成(hchng)与分解图解法分解分解(fnji)：两分力间任意夹角两分力间任意夹角两分力间成直角两分力间成直角可由合力末端向分力方向可由合力末端向分力方向作垂线，投影即是两分力作垂线，投影即是两分力 根据两分力方向，作根据两分力方向，作平行四边行平行四边行二、载荷的移动、合成与分解二、载荷的移动、合成与分解第三十三页，共56页。第1章 静力学基础(jch)4.力的合成(hchng)与分解解析法分解分解(fnji)：两分力间任意夹角两分力间任意夹角两分力间成直角两分力间成直角不能使用投影法！利用正弦定理（不要利用正弦定理（不要求掌握）求掌握）二、载荷的移动、合成与分解二、载荷的移动、合成与分解第三十四页，共56页。第1章 静力学基础(jch)4.力的合成(hchng)与分解解析法合成合成(hchng)：两分力间任意夹角两分力间任意夹角 先分解，再合成先分解，再合成两分力间成直角两分力间成直角二、载荷的移动、合成与分解二、载荷的移动、合成与分解第三十五页，共56页。第1章 静力学基础(jch)5.力偶(l u)的合成 作用在同一平面作用在同一平面（或平行（或平行(pngxng)平面）内的力偶代数平面）内的力偶代数相加即可相加即可二、载荷的移动、合成与分解二、载荷的移动、合成与分解第三十六页，共56页。第1章 静力学基础(jch)例1：将C点载荷(zi h)移至B点二、载荷的移动二、载荷的移动(ydng)、合成与分、合成与分解解FABC？移动后，对哪部分、有什么影响？移动后，对哪部分、有什么影响例2：P6 11第三十七页，共56页。第1章 静力学基础(jch)二、载荷的移动、合成二、载荷的移动、合成(hchng)与分解与分解6.空间(kngjin)力系的合成与分解方法方法1方法方法2第三十八页，共56页。第1章 静力学基础(jch)二、载荷二、载荷(zi h)的移动、合成与的移动、合成与分解分解6.空间(kngjin)力偶系的合成与分解xyzoFyFzFxabc 空间力偶系为矢量，空间力偶系为矢量，遵循矢量合成与分解规则遵循矢量合成与分解规则第三十九页，共56页。第1章 静力学基础(jch)二、载荷二、载荷(zi h)的移动、合成与的移动、合成与分解分解7.两个重要(zhngyo)的推论二点受力杆（二力杆）的平衡条件二点受力杆（二力杆）的平衡条件二力杆：构件上只有两点受力（无力偶）二力杆：构件上只有两点受力（无力偶）平衡条件平衡条件：这两点所受的力的合力大小相等，方向相反，：这两点所受的力的合力大小相等，方向相反，且作用在两点的连线上且作用在两点的连线上第四十页，共56页。第1章 静力学基础(jch)二、载荷的移动二、载荷的移动(ydng)、合成与分、合成与分解解例例P19 16 P21 18 找到二力杆并分析找到二力杆并分析(fnx)受力情况受力情况第四十一页，共56页。第1章 静力学基础(jch)二、载荷的移动二、载荷的移动(ydng)、合成与、合成与分解分解7.两个重要(zhngyo)的推论三点受力构件（无力偶）的平衡条件三点受力构件（无力偶）的平衡条件平衡条件平衡条件：三点所受的力的合力必共面且汇交于一点：三点所受的力的合力必共面且汇交于一点第四十二页，共56页。1-1-2 力的性质(xngzh)(a)F1F2(b)F1F2F3例1：分别用平行四边形和三角形法则(fz)(矢量多边形法则(fz)求合力第四十三页，共56页。1-1-2 力的性质(xngzh)(a)Fxy(b)FxyO例2：分别用平行四边形和三角形法则（矢量多边形法则）求力F在指定方向(fngxing)上的分力O第四十四页，共56页。1-1-2 力的性质(xngzh)例3：用图解法求合力(hl)(a)第四十五页，共56页。1-1-2 力的性质(xngzh)zxyFxFzFyO例4：用图解法求Fx，Fy,Fz的合力(hl)第四十六页，共56页。1-1-2 力的性质(xngzh)例4：已知系统(xtng)平衡，画出B、C两点的受力方向第四十七页，共56页。1-1-2 力的性质(xngzh)例5：已知构件处于(chy)平衡状态，求Fc的方向(a)(b)Fc第四十八页，共56页。1-1-3 力在坐标轴上的投影(tuyng)例6：用解析(ji x)法求力F在坐标轴上的投影(分力)FxyO第四十九页，共56页。1-1-3 力在坐标轴上的投影(tuyng)二次投影(tuyng)法例7：求力F在坐标轴上的投影(tuyng)第五十页，共56页。1-1-3 力在坐标轴上的投影(tuyng)例8：用解析(ji x)法求合力xyFxFyO包括(boku)大小、方向和作用点第五十一页，共56页。1-1-3 力在坐标轴上的投影(tuyng)例9：用解析(ji x)法求合力zxyFxFzFyO第五十二页，共56页。1-1-3 力在坐标轴上的投影(tuyng)例10：第五十三页，共56页。重点载荷在刚体上才可以移动力的合成与分解(fnji)方法二力与三力构件平衡的条件力的合成与分解(fnji)或增减平衡力系对刚体的平衡没有影响 第五十四页，共56页。n作业(zuy)n思考题1-1至1-6n习题1-1至1-2 第五十五页，共56页。n作业(zuy)：思考题1-7、1-8n 习题1-3至1-7.n 谢谢观赏，再见！第五十六页，共56页。