工程力学(1).pptx

工程力学（工程力学（1 1）直播课堂直播课堂教师：姚志刚教师：姚志刚4/10/20231工程力学（工程力学（1）（）（2）课程）课程一体化设计方案一体化设计方案介绍一、课程的性质和任务一、课程的性质和任务 工程力学电视大学开放教育“水利水电工程专业”学生必修的技术基础课。4/10/20232 它包含理论力学（静力学部分）、材料力学和结构力学三部分内容。通过本课程的学习，培养学生具有初步对工程问题的简化能力，一定的分析与计算能力，是学习有关后继课程和从事专业技术工作的基础。4/10/20233 本课程按两学期开设。工程力学（1）学习内容为该教材的前十章，并辅以“应用力学仿真试验”课件完成试验。工程力学（2）学习内容为教材的后五章。4/10/20234 通过本课程的学习，使学生掌握物体的受力分析、平衡条件及熟练掌握平衡方程的应用；掌握基本构件的强度、刚度和稳定性问题的分析和计算；掌握平面杆件结构内力和位移的计算方法。4/10/20235二、先修课要求二、先修课要求它以高等数学、线性代数为基础三、课程的教学基本要求三、课程的教学基本要求4/10/20236 工程力学（工程力学（1 1）1、掌握刚体平衡方程的应用。2、掌握基本构件的强度、刚度和稳定性问题的分析。3、了解杆件结构的基本组成规则。4、掌握静定结构的内力和位移的计算方法 4/10/20237 工程力学（工程力学（2 2）1、掌握静定结构的位移的计算方法。2、掌握简单超静定结构内力的计算方法。3、掌握基本构件稳定性问题的分析。4/10/202381、该课程实践性较强，需要学员多作练习。2、辅导教师需要有比较熟练的教学经验，多讲例题、习题。3、充分利用多种媒体（参见教学网页），重点复习。四、四、教学教学方法和教学形式建议方法和教学形式建议4/10/20239 按中央电大要求，课程教学总学时数为 144学 时，8学 分，其 中 工 程 力 学（1）72学时工程力学（2）72学时。工程力学（1）含实验4学时；具体安排时，课程教学总学时数为 72学时，4学分，其中课内学时68(面授辅导36学时，期中考试3学时，小组讨论12学时，习题课11学时网上答疑6学时)，实验学时4。五、学时分配五、学时分配4/10/202310 工程力学（2）具体安排时，课程教学总学时数为 72学时，4学分，其中课内学时72(面授辅导36学时，期中考试3学时，小组讨论12学时，习题课12学时，网上答疑9学时)。4/10/202311 面授、网上答疑、期末复习（共87学时）由省校统一实施，小组讨论、习题课、实验由分校或教学班实施。工程力学（1）、（2）录像各6学时可在小组讨论、习题课中播放。期中考试（各3学时）由省校命题（网上发布），分校阅卷（试题答案与省校联系）。4/10/202312 2002-2003年第一学期首先从工程力学（1）开始实施。全程直播。4/10/2023131、作业及实验：作业、期中考试及实验成绩作为形成性考核成绩，占课程总成绩的20%,形成性考核成绩不及格者不得参加考试。七、考核七、考核4/10/202314 2、考试形式：卷面100分，占课程总成绩的80%。（1）试题类型及结构：试题类型主要为计算题，选择题，填空题。（2）试题内容不超出中央电大复习提要的范围。（3）期末笔试：学生自带钢笔、铅笔、三角板、计算器等工具。4/10/202315八、责任教师八、责任教师1.中央电大课程主讲教师：涂令康2.中央电大课程主持教师：联系人：王 圻、郭 鸿 电话：010-66412233-0906 Email： 3.安徽电大课程责任教师：姚志刚 电话：0551-3638362 Email：4/10/202316九、学习资源（文字教材、CAI课件、音频视频、网上资源）文字教材：本课程的文字教材选用李前程、安学敏编著的建筑力学，由中国建筑工业出版社出版。音像媒体：工程力学（1）、（2）各6讲录像课。4/10/2023174/10/202318十、主要教学环节课堂教学分面授、习题课（作业辅导）及录像课三种形式。作业要求（每章结束布置作业或参见作业要求）。实验4学时。4/10/2023194/10/202320十一、学习方法、学习方法工程力学是水工类各专业必修的技术基础课。直播课堂只能讲解重点内容，并布置一些重点习题。同学们应在系统学习教材的基础上尽可能作较多习题，才能熟练掌握本课程的知识。4/10/202321希望同学们应以学习教材为主，作简单笔记，在学习理论、概念的同时，一定要作相当数量的习题，通过手算的方法和技巧来掌握力学的概念以及分析和计算的方法。4/10/202322第一章第一章 绪论绪论 本章讨论了建筑力学的主要任务、内容和一些基本概念。一、本章知一、本章知识识点：点：1 1杆系杆系结结构构 杆系结构建筑物中的骨架主要由杆件组成，工程（建筑）力学主要研究平面杆件结构，在计算简同中用其轴线表示；4/10/2023232 2计计算模型：算模型：刚刚体、体、变变形体形体 计算模型刚体、变形体其中刚体是受力不变形的物体，当我们讨论的问题与变形无关或影响很小时可以使问题简化；4/10/2023243.3.变变形基本形式形基本形式变形体是物体变形不可忽略时的讨论，但也要有连续、均匀及各向同性的假设。包括拉压、剪切、扭转、弯曲，这四种基本的变形形式是日常生活中常见的，在本课程的学习中，应注意产生变形的力和力偶与相应的变形的对应关系。4/10/2023254 4建筑力学的内容和任建筑力学的内容和任务务（1）结构由杆件组成，如何组成才能成为一个结构是我们首先要研究的问题；（2）结构是要承受荷载的，这里讨论最简单的结构（静定结构）在荷载作用下的内力计算（杆件视为刚体）4/10/202326（3）结构稳定性要求（4）研究单个杆件在基本变形形式下的受力情况，及其相应的变形以及受力与变形之间关系（变形体）（5）静定结构在荷载作用下的变形与位移4/10/202327（6）超定结构的内力（位移）三个经典方法（7）直杆受压的稳定问题5 5集中荷集中荷载载、均布荷、均布荷载载 主要讨论集中荷载、均布荷载问题，其它荷载在其他课程讨论。4/10/2023281 1结结构与构件构与构件 （P1P1）（1）理解结构的概念；（2）了解结构按其几何特征的三种分类。二、基本内容及要求二、基本内容及要求4/10/2023292 2刚刚体、体、变变形体及其基本假形体及其基本假设设(P1-2)(P1-2)（1）了解建筑力学中物体的概念；（2）掌握在建筑力学中将物体抽象化为两种计算模型，以及刚体、理想变形固体的概念及其主要区别。（3）掌握弹性变形与塑性变形的概念。4/10/2023303 3杆件杆件变变形的基本形式形的基本形式(P2-3)(P2-3)掌握轴向变形或压缩、剪切、扭转、弯曲四种基本变形的变形特点。4/10/2023314 4建筑力学的任建筑力学的任务务和内容和内容(P3-4)(P3-4)（1）了解建筑力学的任务、目的，结构正常工作必须满足的要求；（2）掌握强度、刚度、稳定性的概念；（3）了解建筑力学的内容。4/10/2023325 5荷荷载载的分的分类类(P4-5)(P4-5)（1）掌握荷载的概念；（2）了解按荷载作用范围的分类及分布荷载、集中荷载的概念；4/10/202333（3）了解按荷载作用时间的分类及恒荷载、活荷载的概念；（4）了解按荷载作用性质的分类及静荷载、动荷载的概念及动荷载作用的基本特点。4/10/202334第二章第二章 计计算算简图简图、受力分析、受力分析本章知识点：1约束与约束反力2结构计算简图3平面杆系结构分类4物体受力分析4/10/202335本章的几个重点问题：1约束与约束反力2结构计算简图3物体受力分析4/10/202336一般所说的支座或支承；约束是相对的，a对b有一方向的约束，则b对a就有同一方向相反的约束与约束相对应的约束力也是相对的。一物体（例为一刚性杆件）在平面内确定其位置需要两个垂直方向的坐标（一般取水平x，竖直y）和杆件的转角。因此对应的约束力是两个力与一个力偶。一一约约束与束与约约束反力束反力4/10/202337根据约束（限制）的位移与相应的约束力可以将7种约束形式归纳为以下4类：（1）一个位移的约束及约束反力（2）两个位移的约束及约束反力（3）三个位移的约束及约束反力（4）一个位移及一个转角的约束及约束反力4/10/2023384/10/202339柔索约束：由软绳构成的约束。绳索悬挂重物，物体只能受绳子对其向上的拉力；P6光滑面约束：由两个物体光滑接触构成的约束。物体在光滑地面上，只受地面对其向上的压力；1一个位移的约束及约束反力4/10/202340滚动铰支座：将杆件用铰链约束连接在支座上，支座用滚轴支持在光滑面上，这样的支座称为滚动铰支座。表示物体在竖直方向受到约束。4/10/202341链杆约束：链杆是两端用光滑铰链与其它物体连接，不计自重且中间不受力作用的杆件。物体在竖直方向受到约束，约束力可向上，可向下。4/10/202342这部分重点要求：根据约束形式、熟练确定其约束性质，并正确画出约束力。约束力的方向可根据判断确定一个正方向；不易判断的可以任意确定一个正方向。4/10/2023432两个位移的约束及约束反力（固定）铰支座：分为固定铰支座和滚动铰支座。固定铰支座是将铰链约束与地面相连接的支座；固定铰支座是将杆件用铰链约束连接在支座上，支座用滚轴支持在光滑面上。4/10/2023443三个位移的约束及约束反力固定端：使杆件既不能发生移动也不能发生转动的约束；4/10/2023454一个位移及一个转角的约束及约束反力定向支座：将杆件用两根相邻的等长、平行链杆与地面相连接的支座。4/10/202346二、二、结结构构计计算算简图简图计算简图是实际结构的简化模型。选用原则是：反映实际结构的主要性能；同时便于分析和计算。计算简图的选用需要较深厚的力学概念，并与工程实践相结合，以及实践的检验。本课程只讨论（典型）计算简图。4/10/2023471支座形式及反力：支座的形式有：链杆支座、铰支座、固定支座及定向支座。4/10/2023484/10/202349支座约束要注意：（1）链杆支座的约束反力必定沿着两铰链中心的连线作用在物体上。准确地说应为约束的位移方向。如：表示为滚轴支座和可动铰支座形式，则约束反力应为竖直方向，4/10/202350 二力杆的杆件只通过两端铰链受力作用，链杆只在两端铰链外受力作用，因此又称二杆。4/10/202351（2）铰支座及反力，这里的铰支座是固定铰支座：约束杆端的轴向、切向位移；相应的约束反力是一个轴力和一个剪力。可以用两个垂直分力表示。4/10/202352（3）固定支座：约束杆端的轴向、切向位移及转动；相应的固定端约束反力是一个轴力、一个剪力和一个力偶。4/10/202353（4）定向支座：约束杆端的轴向位移及转动；相应的约束反力是沿链杆方向的力和定向支座：约束杆端的轴向位移及转动；相应的约束反力是沿链杆方向的力和一个力偶。4/10/2023542结点形式及作用力 结构中杆件的交点称为结点。结构计算简图中的结点有：铰结点、刚结点、组合结点等三种。4/10/202355（1）铰结点 铰结点上的各杆用铰链相连接。相互约束杆端的水平及竖向位移；其约束反力用两对垂直的，互为作用与反作用的分力表示。杆件受荷载作用产生变形时，铰结点上各杆件端部的夹角发生改变，即可以有相对转动。4/10/202356（2）刚结点刚结点上各杆件刚性连接。杆件受荷载作用产生变形时，结点上各杆件端部的夹角不发生改变。相互约束杆端的水平及竖向位移及转动；其相互的约束力用互为作用与反作用的两对垂直的分力及一对力偶表示。4/10/202357（3）组合结点如果结点上的一些杆件用铰链连接，另一些杆件刚性连接，这种结点称为组合结点。4/10/202358三、物体受力分析三、物体受力分析 物体受力分析包含两个步骤：取分离体，画受力图。P12 1取分离体：是把所要研究的物体解除约束，即解除研究对象与其它部分的联系；4/10/2023592画受力图：用相应的约束力代替解除的约束，画出其简图受力图。受力图是画出分离体上所受的全部力，即主动力与约束力的作用点、作用线及其作用方向。主动力是荷载产生的力，实际作用的力；约束力是解除联系的作用力。例题2-1、2-2、2-34/10/202360受力分析步骤：1取研究对象；画分离体图2在分离体上画所有主动力3在分离体上解除约束处按约束性质 画出全部约束力，假设一个正方向4/10/202361（1）分离体要彻底分离。（2）约束力、外力一个不能少。（3）约束力要符合约束力的性质。（4）未知力先假设方向，计算结果定实际方向。（5）分离体内力不能画。（6）作用力与反作用力方向相反，分别画在不同的隔离体上。分离体图不能错，否则从头错。画分离体图注意：4/10/202362习题21（d），指出受力图中的错误和不妥之处。受力图见教材15页。4/10/202363受力图中的错误和不妥之处：（1）如整体受力图所示，xc、yc应视为作用于c点的集中力（主动力）。但如本图分析，xc、yc表示的是内力，所以原图中不应画出4/10/202364（2）本图中yc、yc为作用力与反作用力，应设为相反方向；xc、xc所设方向正确，但xc画在杆右侧更准确。4/10/202365习题22(a)作ab杆的受力图。图中接触面均为光滑面。习题22解答如图。a点受拉力t，沿柔索方向；b点受支撑反力n，指向圆心c。4/10/202366受力分析应注意柔索、光滑面约束性质。注意约束力的方向：柔索约束力为沿索线方向的拉力；光滑面约束力为压力，方向为光滑面的法线方向，即指向圆心c。注意这里不是沿杆轴方向。4/10/2023671约束四种形式的性质及对应的约束力；2受力分析的步骤：取分离体画受力图本章要点：4/10/202368第二章作业习题21a、b、d，23a、b，a、b，4/10/202369第三章 力系简化的基础知识一、本章知识点：汇交力系力对点之矩（力矩）力偶与力偶矩力偶系及平衡条件力的等效平衡4/10/202370二、重点内容介绍（一）汇交力系 1、二力的合成P18 平行四边形法则（三角形法则）：力的合成与分解，实质上是同一个问题。作用在一个点上的二个任意力可以合成一个力；4/10/202371反之，一个力可以分解成任意二个方向的力。只要知道一个分力的大小、方向，即可根据平形四边形法则确定另一个分力的大小方向。4/10/202372 三角形法则：平边四边形法则可以实用一个力三角形表示，将分力按其方向及大小首尾相连，则始点到终点的连线即为合力，也称为三角形法则。4/10/202373图116平行四边形法则图117三角形法则YXRF1F24/10/2023742、汇交力系的合成力多边形法则这种力的合成称为矢量和，有大小和方向，不同于代数和。4/10/202375汇交力系合成力多边形法则，可以依次由三角形法则两两合成得到：即连接第一个分力始点到最末一个分力终点的连线为合力。其长度为合力的大小，由始点到终点为合力的方向。4/10/2023763、力的分解力在轴上的投影（一般在X、Y方向）力的投影，来源于平行光照射下物体影子的概念。为了便于代数运算，一般选择正交的坐标轴X、Y方向投影。力的投影是代数量，与坐标轴正方向相同为正。4/10/202377合力投影定理：力系的合力在任一轴上的投影等于力系中各力在同一轴上的投影的代数和。这个定理可以由力的多边形法则直接导出（教材图37）可证：F1、F2、F3、F4的矢量和为AE，分别的投影为ab、bc、cd、de，其代数和为AE的投影ae。4/10/202378平面汇交力系平衡的充分必要条件：P22 该条件在力多边形上的表现，为各力首尾相连构成的力多边形是自行封闭的力多边形。等价于是平衡条件的解析表达式。4/10/202379平面汇交力系有两个独立的平衡方程，可以求解两个未知量。平衡的几何条件：力系的力多边形是自身封闭的力多边形例题3-1、3-2P22-234/10/202380（二）力对点之矩（力矩）力F对O点的矩，h为O点到力F作用线的（垂直）距离如教材图313所示：其值 mO（F）=FLcos，单位：Nm（牛顿米）；其中，为F方向与OA连线l的垂直方向的夹角，即L与h之间的夹角；P25FOaLh4/10/202381（1）计算力矩应指明哪一个力（F）对哪一点（O）之矩，写作Mo（F）；FOaLh4/10/202382（2）力F与矩心O点之矩的计算：力F作用点A与矩心O的连线为L，L与h（矩心O到F作用线AF的距离）的夹角为，即F与L的垂线的夹角。则m=FLCos 或m=FCosL是等价的。FOaLh4/10/202383（三）力偶与力偶矩 力偶由大小相等、方向相反且不共线的两个平行力组成如司机两手转动方向盘，产生转动的作用。P264/10/202384 性质1 无合力，故不能与一个力等效在任一轴上投影的代数和均为零；非平衡力系，不共线的相反平行力产生转动效果。4/10/202385所以，力偶与力分别是力学中的两个基本要素。力偶矩一度量力偶对物体转动效果，它是一个代数量，其绝对值等于力与力偶臂的乘积；其正负号表示力偶的转向，规定逆时针转向为正，反之为负。4/10/202386力偶的作用效果取决于三个因素：构成力偶的力、力偶臂的大小、力偶的转向。对应式中的：F、d（二力作用线的矩）、号（定义逆时针为正）4/10/202387性质2.：力偶作用的转动效果与矩心位置无关，完全由力偶矩确定。推理1：力偶可以在其作用面内任意移动，不会改变它对刚体的作用效果。力偶矩的大小及转向：大小等于组成力偶的两个力对任一点之矩的代数和；转向由代数植的符号确定，逆时针为正。4/10/202388推论2：力偶矩大小只与乘积Fd有关，按 比 例 任 意 改 为nFd/n=Fd，乘积不变。教材图317中的三种力偶表示，均为相同的力偶作用力偶矩相等。4/10/202389（四）力偶系及平衡条件 合力偶平衡条件与汇交力系平衡相类似，力偶系的平衡也就是力偶系不能使物体发生转动，物体处于平衡状态：力偶系可以合成一个合力偶，此合力偶的力偶矩等于力偶系中各力偶的力偶矩之代数和。所受合力偶等于零，即力偶系中各力偶的代数和等于零4/10/202390平面力偶系平衡的充要条件：各力偶的力偶矩代数和等于零。P284/10/202391（五）力的等效平移力向一点平移是力系简化的基础。力的平移定理：P30 在同一刚体上A点的力F可以等效地平移到任意一点B。但必须附加一个力偶，其力偶矩等于F对作用点B的矩。如图所示：4/10/202392（1）作用在刚体上A点的力F可以等效地平移到此刚体上的任意一点B，但必须附加一 个力偶，4/10/202393FABF附加力偶刚体4/10/202394（2）附加力偶的力偶矩等于原来的F对新的作用点B的矩）力向一点平移表明，一个力向任一点平移，得到与之等效的一个力和一个力偶。4/10/202395反之，作用在同一个刚体内的一个力和一个力偶，也可以合成作用于某一个点的一个力。作用于刚体上的力，其作用点沿作用线移动，而不会改变力对刚体的作用效应，称为力的可传性。4/10/202396推论1、平移的可逆，一个力和一个力偶平移可以等效为作用在某个点的一个力。推论2、.若B在F的作用线上，m=0力的可传性。4/10/202397三、力系简化要点1力的分解与合成矢量：平行四边形、三角形法则法则。力多边形法则解析：合力投影定理2汇交力系的平衡条件3、力对点之矩的计算一般用Flcosa，逆时针为正，4/10/2023984力偶与力是力学中的两个基本要素力偶不能与一个力等效5力偶矩为力偶作用的度量与矩心位置无关6合力偶 7力偶系的平衡条件 主矩等于各力偶矩的代数和4/10/202399 8几个基本等效：（1）平行四边形法则 二个分力F1、F2等效一个力（2）力偶等效 大小相等、方向相反、相距d的一对力F等效于一个力偶m=Fd4/10/2023100（3）力向一点平移及力的可传性平移：AB，应有F及m当B在F作用线上时，附加力偶m=0，称为力的可传性。4/10/2023101四、作业习题分析1习题311（1）求铰B的支座反力：（2）求铰A的支座反力：2.习题314（1）求铰B的支座反力：（2）求铰A的支座反力：4/10/2023102作业要求第三章习题39a、b、c、d、f，311，3144/10/2023103