工程力学全套课件整本书电子讲义教案完整版ppt最全教学教程(中职).ppt
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1、工程力学退出工程力学工程力学退出工程力学退出工程力学的研究任务及内容工程力学是一门研究物体机械运动和构件强度、刚度及稳定性的学科,它主要包括刚体静力学与材料力学两部分。工程力学的研究方法对工程结构进行现场观察和部分实验是认识力学规律的重要实践性环节。将实践过程中所得结果,利用抽象化的方法加以分析、归纳、综合,可得到一些最普遍的公理或定律,再通过严格的逻辑推理和数学演绎,可得到运用于工程的力学公式。工程力学在机电类专业中的地位和作用工程力学是机电类专业和其他工科类专业的重要技术基础课,具有较强的理论性和实践性。工程力学中讲述的基础理论和基本知识,在基础课与专业课之间起桥梁作用,是机械设计基础等后
2、继课程的基础课。它为各种设备及机器的机械零件受力分析和强度计算提供必要的理论基础。工程力学退出出工程力学退出出工程力学退出出工程力学退出出力系的简化汇交力系的简化()汇交力系合成的几何法工程力学退出出()汇交力系合成的解析法工程力学退出出力偶系的简化工程力学退出出工程力学退出出任意力系的简化()空间任意力系的简化工程力学退出出()空间任意力系的简化结果工程力学退出出工程力学退出出工程力学退出出()平面任意力系的简化结果工程力学退出出平行分布荷载的简化工程力学退出出物体的重心平行力系的中心工程力学退出出物体的重心工程力学退出出工程力学退出职教中心工程力学退出职教中心汇交力系的平衡方程空间汇交力系
3、平面汇交力系力偶系的平衡方程空间力偶系工程力学退出职教中心平面力偶系任意力系的平衡方程空间任意力系工程力学退出职教中心空间平行力系平面任意力系()二力矩式工程力学退出职教中心()三力矩式()平面平行力系工程力学退出职教中心平衡方程的应用上面讨论了各种力系不同形式的平衡方程,在静力学中,主要是解决物体处于平衡时,其上各作用力间的关系,即按已知的作用力去求解其他的未知约束力,这就必须应用力系的平衡方程。单个物体平衡方程的应用物体系平衡方程的应用()静定问题与静不定问题工程力学退出职教中心()物体系的平衡问题平面静定桁架在工程实际中,有很多结构是由许多杆件在其端点处相互连接起来,而成为一几何形状不变
4、的结构,这种结构称为桁架。房屋建筑、起重机、电视塔、油田井架和桥梁常采用桁架结构。桁架中杆件与杆件相连接的铰链,称为节点。根据杆件材料的不同,常见的节点构造有榫接、焊接或整铸等。用这些方法连接起来的杆件,其端部实际上是固定端,但是由于桁架的杆件都比较细长,端部对整个杆件转动的限制作用较小,因此,把节点抽象简化为光滑铰链不会引起太大的误差。所有杆件的轴线都在同一平面内的桁架,称为平面桁架;杆件轴线不在同一平面内的桁架,则称为空间桁架。工程力学退出职教中心()节点法()截面法工程力学退出职教中心考虑摩擦时的平衡问题两个相互接触的物体产生相对运动或具有相对运动的趋势时,彼此在接触部位会产生一种阻碍对
5、方相对运动的作用。这种现象称为摩擦,这种阻碍作用,称为摩擦力。在前面的讨论中,把物体间的接触都假设是理想光滑的。实际上,这种完全光滑的接触是不存在的,两物体的接触面之间一般都存在着摩擦。只是在有些问题中,摩擦力很小,对所研究的问题影响较小,可以忽略不计,因而把接触面看作是光滑的。但是,对于另外一些实际问题,例如汽车在公路上行驶,皮带轮和摩擦轮的传动,桥梁与码头基础中的摩擦桩依靠摩擦承受荷载等,摩擦都是重要的甚至是决定性的因素,必须加以考虑。另外一方面,摩擦阻力会消耗能量,产生热、噪声、振动、磨损,特别是在高速运转的机械中,摩擦的危害往往表现得更为突出。工程力学退出职教中心滑动摩擦()静滑动摩擦
6、力()静滑动摩擦定律()动滑动摩擦定律工程力学退出职教中心()摩擦角与自锁现象工程力学退出职教中心考虑滑动摩擦的平衡问题滚动摩擦工程力学退出职教中心工程力学退出心工程力学退出心材料力学的任务在工程实际中,广泛应用着各种机械设备和工程结构。组成机械设备和工程结构的零件或部件统称为构件。例如,房屋的梁或柱、机器的轴或齿轮都是构件。构件在工作中受到荷载的作用,为保证机械设备和工程结构的正常工作,每一构件都应有足够的承载能力,以承受作用于其上的荷载。构件的承载能力包括以下个方面:()构件应有足够的强度()构件应有足够的刚度()构件应有足够的稳定性可变形固体及其基本假设制造各种构件所采用的材料,虽然品种
7、繁多,性质各异,但它们都有一个共同的特点,就是在外力作用下会产生变形。在研究构件的强度、刚度等问题时,物体的变形是一个不可忽略的因素。因此,在材料力学中,将组成构件的材料皆视为可变形固体。工程力学退出心()连续性假设()均匀性假设()各向同性假设()小变形假设杆件变形的基本形式实际构件有各种不同的形状。如果构件的长度远大于它的横截面尺寸,则称为杆件。材料力学主要研究杆件。杆件各横截面形心的连线称为杆件的轴线。轴线为直线的杆件称为直杆。横截面的形状和大小不变的直杆件称为等直杆。轴线为曲线的杆件称为曲杆。工程上常见的很多构件都可以简化为杆件,如连杆、传动轴、立柱、丝杆、吊钩等。()拉伸和压缩工程力
8、学退出心()剪切()扭转工程力学退出心()弯曲工程力学退出出中心工程力学退出出中心轴向拉伸和压缩的概念在工程实际中,有许多承受轴向拉伸和压缩的构件。例如,在理论力学中介绍过的连杆机构中的连杆,桁架结构中的二力构件,以及起吊重物的钢丝绳等。这些构件的受力有共同的特点,即这些构件均为直杆,所承受的集中载荷或分布力的合力的作用线与杆件轴线重合,如图所示。这种载荷的作用形式称为轴向加载。图()杆件承受的是轴向拉力,使杆件伸长,称为拉杆;图()杆件承受的是轴向压力,使杆件变短,称为压杆。工程力学退出出中心内力和截面法轴力和轴力图构件未受外力作用时,其内部的各质点之间存在着相互作用的力,一般称为内聚力。这
9、种内聚力使构件能够保持固有的形状。当构件受外力作用时,构件产生了变形,使其内部各质点之间的相对位置发生变化,因而引起各相邻质点之间内聚力发生改变,这个改变量称为内抗力。显然内抗力是一个分布力系,其主矢和主矩就是材料力学中构件的内力。()截()弃()代()平工程力学退出出中心拉压杆应力用截面法容易确定构件的内力。但仅仅知道内力还不能解决构件的强度问题。例如,粗、细两根绳子,起吊同样重量的物体,细的一根更容易被拉断,可见强度问题除与内力有关以外,还与构件的横截面面积有关。为了表示物体内某点处内力分布的强弱程度,消除截面面积大小的影响,必须研究构件在外力作用下的内抗力,并且命名为应力。工程力学退出出
10、中心工程力学退出出中心圣维南原理应力集中工程力学退出出中心工程力学退出出中心轴向拉伸或压缩时的变形直杆在轴向力作用下所产生的变形主要是轴向伸长或缩短,同时还有横向的收缩和胀大。纵向变形线应变工程力学退出出中心胡克定律工程力学退出出中心横向变形泊松比工程力学退出出中心材料在拉伸和压缩时的力学性能材料的力学性能主要是指材料受力后所表现出来的变形、破坏或失效方面的特性。认识材料的力学性能主要是依靠试验方法。低碳钢拉伸时的力学性能工程力学退出出中心()弹性阶段(段)()屈服阶段(段)工程力学退出出中心()强化阶段(段)()局部变形阶段(段)()延伸率和断面收缩率其他塑性材料拉伸时的力学性能铸铁拉伸时的
11、力学性能工程力学退出出中心材料压缩时的力学性能工程力学退出出中心工程力学退出出中心工程力学退出出中心工程力学退出出中心温度对材料力学性能的影响蠕变和应力松弛的概念工程力学退出出中心轴向拉伸和压缩时的强度计算在介绍材料力学性能的基础上,现在讨论轴向拉伸或压缩时杆件的强度计算问题。材料发生破坏时的应力称为极限应力或危险应力,用表示。对于塑性材料,当应力达到屈服极限 (或 )时,构件会产生显著的塑性变形,影响其正常工作能力,这种状况通常称为塑性失效。一般认为这时材料已经破坏,因而把屈服极限 (或 )作为塑性材料的极限应力。对于脆性材料,直到断裂也无明显的塑性变形,断裂是脆性材料破坏的唯一标志,因而断
12、裂时的强度极限 就是脆性材料的极限应力。工程力学退出出中心()强度校核()设计截面()确定许用载荷工程力学退出出中心拉伸和压缩静不定问题静不定概念及静不定问题的一般解法工程力学退出出中心()静力学关系()变形几何关系()物理关系工程力学退出出中心装配应力温度应力工程力学退出出中心工程力学退出教中心工程力学退出教中心概述在工程实际中,可以见到很多承受剪切的构件。例如,图所示联接两块钢板用的铆钉;图所示联轴器中的联接螺栓等。这些构件的受力和变形情况可以简化为图所示的计算模型。其受力特点是:构件两侧作用有垂直于轴线的横向外力,外力作用线相距很近。其变形特点是:外力作用线间的各截面产生相对错动。构件的
13、这种变形称为剪切变形。产生相对错动的截面称为剪切面。工程力学退出教中心剪切强度计算设两块钢板用螺栓联接,如图()所示。当两钢板受拉时,螺栓的受力简图如图()所示。如果螺栓上作用的力 过大,螺栓可能沿两力间的截面被剪断,这个截面就是剪切面。假想地将螺栓沿剪切面截开,分为上下两部分图()。任取一部分作为研究对象,截面上的内力 与剪切面相切,称为剪力。由平衡条件易得工程力学退出教中心挤压强度计算上面讨论了联接螺栓的剪切强度计算。另一方面,在螺栓联接紧压着,若压力过大,则它们的接触面可能产生挤压破坏。钢板孔的受压面将被压溃,不再保持为圆形,或者螺栓被压扁,如图所示。这将会导致联接松动,影响构件的正常工
14、作。所以,挤压破坏在工程中也是不允许的,还必须对联接件进行挤压强度计算。工程力学退出教中心工程力学退出教中心计算实例工程中,构件间的联接方式虽然很多,但其强度计算方法都可采用前二节中的有关公式。现通过实例介绍联接件的剪切强度计算和挤压强度计算,并介绍剪切破坏的计算方法。工程力学退出出教中心工程力学退出出教中心概述工程中的各种构件,其横截面都是具有一定几何形状的平面图形,例如圆形、矩形、工字形等。构件的强度、刚度与这些平面图形的一些几何性质有关。例如杆件在轴向拉伸或压缩时,其承载能力与横截面的面积有关,在材料的许用应力相同的条件下,截面积越大,则杆件承受拉伸或压缩的能力也越强,在材料、杆长及受力
15、情况不变的条件下,截面积越大,杆件的变形就越小;在第章中将介绍的圆轴扭转,轴的承载能力与横截面的极惯性矩有关,在其他条件相同的情况下,值越大,则圆轴承受扭转的能力也越强。静矩和形心任意平面图形,如图所示,其面积为。轴和轴为图形所在平面内的任意直角坐标轴。取微面积,的坐标分别为和,则和分别称为微面积对轴和轴的静矩;而遍及整个图形面积的下列积分工程力学退出出教中心工程力学退出出教中心惯性矩和惯性积任意平面图形,如图所示,其面积为,轴和轴为图形所在平面内的任意直角坐标轴。在坐标(,)处取微面积,遍及整个图形面积的积分工程力学退出出教中心工程力学退出出教中心平行移轴公式同一平面图形对于平行的两对直角坐
16、标轴的惯性矩或惯性积,虽然不相同,但当其中一对坐标轴是图形的形心轴时,它们之间却存在着比较简单的关系。这种关系的表达式就是本节将要介绍的平行移轴公式。工程力学退出出教中心工程力学退出教中心工程力学退出教中心扭转的概念和实例在工程实际中,尤其是机械中的许多构件,其主要变形形式是扭转。以汽车转向轴为例(图),轴的上端受到由方向盘传来的力偶作用,下端则又受到来自转向器的阻力偶作用,这一对力偶大小相等、转向相反,作用面与转向轴的轴线垂直,使转向轴产生扭转变形。此外,如图所示的齿轮轴,齿轮上的切向啮合力向齿轮中心简化的结果,也使轴受到力矩为的力偶作用,从而产生扭转变形。工程力学退出教中心外力偶矩的计算扭
17、矩和扭矩图在研究扭转的应力和变形之前,先讨论作用于轴上的外力偶矩及横截面上的内力。工程力学退出教中心工程力学退出教中心纯剪切在研究圆轴扭转的应力和变形之前,先介绍有关剪切的两个基本定律。圆轴扭转的平面假设剪应力互等定理工程力学退出教中心剪切胡克定律圆轴扭转时的应力和变形横截面上的应力()变形几何关系工程力学退出教中心()物理关系工程力学退出教中心()静力学关系工程力学退出教中心工程力学退出教中心扭转变形工程力学退出教中心圆轴扭转时的强度和刚度计算强度条件工程力学退出教中心刚度条件工程力学退出教中心扭转静不定问题在前面所讨论的扭转问题中,轴的支座约束力偶矩或横截面上的扭矩都可由静力平衡方程确定,
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