工程力学课件 PPT
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工程力学ppt课件
拉伸过程中，材料可能发生弹性变形 、塑性变形或断裂；压缩过程中，材 料同样可能发生弹性变形、塑性变形 或屈曲。
剪切与扭转
剪切与扭转是研究材料在剪切和扭矩作用下的行为。
在剪切力作用下，材料可能发生剪切屈服和剪切断裂；在扭矩作用下，材料可能 发生扭转变形和扭断。
弯曲与失稳
弯曲与失稳是研究材料在弯曲和不稳定状态下的行为。
航空航天器的轻质结构易受到 气动力的影响，导致结构振动 和失稳。动力学分析确保飞行 器的安全性和稳定性。
推进系统动力学
火箭和航空发动机的稳定性直 接影响飞行器的性能和安全性 。推进系统动力学研究燃烧、 流动和振动等复杂因素。
姿态控制与稳定性
航天器在空间中的稳定姿态控 制是实现有效任务的关键。动 力学模型用于预测和控制航天 器的姿态变化。
工程力学ppt课件
汇报人：文小库
2023-12-31
CONTENTS
• 工程力学概述 • 静力学基础 • 动力学基础 • 材料力学 • 工程力学的实际应用
01
工程力学概述
定义与特点
定义
工程力学是研究物体运动规律和力的 关系的学科，为工程设计和实践提供 理论基础和技术支持。
特点
工程力学具有理论性强、实践应用广 泛、与多学科交叉融合等特点。
多体动力学与柔性结构分 析
考虑航天器中各部件的相互作 用，以及柔性结构在力矩和推 力作用下的响应。
车辆的行驶稳定性分析
轮胎与地面相互作用 研究轮胎与不同类型地面的相互 作用，以及由此产生的摩擦力和 反作用力。
操控性与稳定性控制 利用现代控制理论和方法，通过 主动或半主动控制系统来提高车 辆的操控性和行驶稳定性。
当材料受到弯曲力时，可能发生弯曲变形和弯曲断裂；失稳是指材料在某些条件下失去稳定性，可能 导致结构破坏。
剪切与扭转
剪切与扭转是研究材料在剪切和扭矩作用下的行为。
在剪切力作用下，材料可能发生剪切屈服和剪切断裂；在扭矩作用下，材料可能 发生扭转变形和扭断。
弯曲与失稳
弯曲与失稳是研究材料在弯曲和不稳定状态下的行为。
航空航天器的轻质结构易受到 气动力的影响，导致结构振动 和失稳。动力学分析确保飞行 器的安全性和稳定性。
推进系统动力学
火箭和航空发动机的稳定性直 接影响飞行器的性能和安全性 。推进系统动力学研究燃烧、 流动和振动等复杂因素。
姿态控制与稳定性
航天器在空间中的稳定姿态控 制是实现有效任务的关键。动 力学模型用于预测和控制航天 器的姿态变化。
工程力学ppt课件
汇报人：文小库
2023-12-31
CONTENTS
• 工程力学概述 • 静力学基础 • 动力学基础 • 材料力学 • 工程力学的实际应用
01
工程力学概述
定义与特点
定义
工程力学是研究物体运动规律和力的 关系的学科，为工程设计和实践提供 理论基础和技术支持。
特点
工程力学具有理论性强、实践应用广 泛、与多学科交叉融合等特点。
多体动力学与柔性结构分 析
考虑航天器中各部件的相互作 用，以及柔性结构在力矩和推 力作用下的响应。
车辆的行驶稳定性分析
轮胎与地面相互作用 研究轮胎与不同类型地面的相互 作用，以及由此产生的摩擦力和 反作用力。
操控性与稳定性控制 利用现代控制理论和方法，通过 主动或半主动控制系统来提高车 辆的操控性和行驶稳定性。
当材料受到弯曲力时，可能发生弯曲变形和弯曲断裂；失稳是指材料在某些条件下失去稳定性，可能 导致结构破坏。
工程力学PPT
2. 图示楔形块自重不计，并在光滑的平面相接触。若其上分别 作用有等值、反向、共线的二力，则此二刚体平衡的情况是 a. 二物体都不平衡 c. A平衡 ，B 不平衡 F b. 二物体都能平衡 d. B平衡 ，A 不平衡 m n F
A
m n
B
3.在三种情况下，力F 沿其作用线滑移到D点，并不改变B处受 力情况是 C
（牛顿第三定律）
F T FT
②力总是成对出现的。
③不能认为作用力与反作用力 相互平衡，组成平衡力系。
W W W
2.2
约束和约束力
主动力
1. 概念
★ 自由体
★ 非自由体 Airbus 330
约束 —— 限制物体运动的其他物体。 约束（反）力 —— 约束施加于被约束物体的力。
约束力的大小未知
如何判断约束力方向或作用线的位置？
A G D a E a B
F
的主动力 F 从 B 点移动到 C 点的过程 a
中，A 处约束力的作用线与 AB 方向的 夹角从 0 O 起变化到 90 O 。
C
四、作图题 1. 试将作用于 A 点的力 F 依下述条件分解为两个力： ( 5×3 )
y
α
2
x
cosα + cosβ + cosγ
2
2
=1
身边的科学
盆骨与股骨之间的球铰联结
工程应用
中国脊
2008年奥运会乒乓球馆坐落 于北京大学校园内。6000固定 坐席＋2000可移动坐席, 结构
支撑跨度80m×64m。整个屋盖
结构由32榀辐射桁架、中央刚 性环、中央球壳和下撑杆、下
刚性环、辐射拉索及支撑体系
用力F 拉动碾子以轧平路面,重为G 的碾子受到一石块
工程力学ppt课件
工程力学在土木工程中的应用
要点一
结构设计
土木工程中的结构设计需要应用工程 力学原理和方法，对建筑结构进行受 力分析、变形计算和稳定性评估。这 有助于确保土木工程结构的安全性和 稳定性。
要点二
土力学与地基工程
工程力学中的土力学理论和方法为地 基工程提供了支持。通过应用土力学 原理，土木工程师可以更好地理解和 评估地基的承载能力和稳定性，从而 优化地基设计。
工程力学的应用领域
建筑工程
建筑工程中的结构分析、抗震设计和施工过 程中的力学问题等。
航空工程
航空器的空气动力学分析、结构分析和优化 设计等。
机械工程
机械零件的强度、刚度和稳定性分析，以及 机械系统的动力学问题等。
水利工程
水坝、水闸和船闸等水利设施的设计、施工 和运行中的力学问题等。
工程力学的研究对象和方法
工程力学ppt课件
目录
• 工程力学简介 • 静力学基础 • 材料力学 • 动力学基础 • 工程力学在工程实践中的应用 • 工程力学的未来发展趋势和挑战
01
工程力学简介
什么是工程力学
工程力学是研究工程中物质和运动规 律的一门科学，涉及到物体的受力、 变形和运动等方面的知识。
工程力学结合了物理学和数学等多个 学科的知识，为各种工程实践提供基 础理论和解决方法。
载荷分析与校核
载荷分析是机械设计中的重要环节，通过工程力学的方法，设计师可以精确地预测和评估 机器在各种工况下的载荷情况，从而进行零部件的强度校核和优化设计。
摩擦与磨损研究
工程力学也涉及到摩擦与磨损的研究。这为机械设计师提供了关于摩擦、磨损和润滑的机 理和方法，有助于减少机器的摩擦和磨损，提高机器的效率和寿命。
工程力学课件ppt
机器人的动力学分析
机器人需要精确控制其运动状态，通过动力学分析可以优化其运动性能和操作精度。
05
工程实际应用
工程实际中力学的重要性
确保建筑安全
工程力学对于建筑物的设计、施工和结构安全至关重要，它确保 建筑物在各种环境条件下保持稳定和安全。
优化结构成本
通过合理应用工程力学，可以优化结构设计，降低材料成本和施 工成本，提高建筑的经济效益。
04
动力学分析
动力学分析的基本原理
动静力学平衡原理
物体在力的作用下，其运动状态会发生改变，但整体 上仍保持平衡状态。
牛顿运动定律
物体在力的作用下，其加速度与作用力成正比，与物 体质量成反比。
动能定理和势能定理
动能和势能是描述物体运动状态的两种基本方式，动 能定理和势能定理分别描述了它们的变化规律。
机械设计
在机械设计中，工程力学被用于分析机器部件的受力情况、疲劳寿命 和稳定性，以确保机器的安全运行。
工程实际中力学的未来发展趋势
新材料与新工艺
随着新材料和新工艺的发展 ，工程力学将更加注重研究 材料和工艺的本质性能和最 佳组合方式，以实现更高效
、更经济的结构设计。
数值模拟与智能化
随着计算机技术和数值模拟 技术的发展，工程力学将更 加注重通过数值模拟来预测 结构和系统的性能，实现智
动量方程
力等于动量变化率。
能量方程
力等于能量变化率。
03
材料力学
材料力学的基本概念
要点一
材料力学的发展历史
材料力学作为工程力学的一个分支， 有着长久的发展历史，最早可以追溯 到16世纪，而到了19世纪，材料力学 已经发展成为一门独立的学科。
要点二
材料力学的定义
机器人需要精确控制其运动状态，通过动力学分析可以优化其运动性能和操作精度。
05
工程实际应用
工程实际中力学的重要性
确保建筑安全
工程力学对于建筑物的设计、施工和结构安全至关重要，它确保 建筑物在各种环境条件下保持稳定和安全。
优化结构成本
通过合理应用工程力学，可以优化结构设计，降低材料成本和施 工成本，提高建筑的经济效益。
04
动力学分析
动力学分析的基本原理
动静力学平衡原理
物体在力的作用下，其运动状态会发生改变，但整体 上仍保持平衡状态。
牛顿运动定律
物体在力的作用下，其加速度与作用力成正比，与物 体质量成反比。
动能定理和势能定理
动能和势能是描述物体运动状态的两种基本方式，动 能定理和势能定理分别描述了它们的变化规律。
机械设计
在机械设计中，工程力学被用于分析机器部件的受力情况、疲劳寿命 和稳定性，以确保机器的安全运行。
工程实际中力学的未来发展趋势
新材料与新工艺
随着新材料和新工艺的发展 ，工程力学将更加注重研究 材料和工艺的本质性能和最 佳组合方式，以实现更高效
、更经济的结构设计。
数值模拟与智能化
随着计算机技术和数值模拟 技术的发展，工程力学将更 加注重通过数值模拟来预测 结构和系统的性能，实现智
动量方程
力等于动量变化率。
能量方程
力等于能量变化率。
03
材料力学
材料力学的基本概念
要点一
材料力学的发展历史
材料力学作为工程力学的一个分支， 有着长久的发展历史，最早可以追溯 到16世纪，而到了19世纪，材料力学 已经发展成为一门独立的学科。
要点二
材料力学的定义
工程力学课件-图文全
F
G
FN2
G
约束力 特点 ：
①大小常常是未知的；
FN1
②方向总是与约束限制的物体的位移方向相反；
③作用点在物体与约束相接触的那一点。
二、约束类型和确定约束反力方向的方法： 1. 柔索：由柔软的绳索、链条或皮带构成的约束
绳索类只能受拉， 约束反力作用在接触点， 方向沿绳索背离物体。
约束力方向与所能限制的物体运动方向相反。
T
F1 F2
约束力方向与所能限制的物体运动方向相反。
F2 F1
A
柔索约束
胶带构成的约束
柔绳约束
约束力方向与所能限制的物体运动方向相反。
链条构成的约束
柔绳约束
约束力方向与所能限制的物体运动方向相反。
柔索
绳索、链条、皮带
2 光滑支承面约束
约束反力作用在接触点处，方向沿公法线，指向受力物体
P P
N
N
NB NA
N
N
凸轮顶杆机构
3 光滑圆柱铰链约束
固定铰支座：物体与固定在地基或机架上的支座 有相同直径的孔，用一圆柱形销钉联结起来，这 种构造称为固定铰支座。 中间铰：如果两个有孔物体用销钉连接 轴承：
光滑圆柱铰链约束
FN FN
Fx FN Fy
圆柱铰链 A
YA
A
XA
A
约束反力过铰链中心，用XA、YA表
一、概念
§1-3 约束与约束反力
自由体： 位移不受限制的物体叫自由体。
非自由体： 位移受限制的物体叫非自由体。
约束：对非自由体的某些位移预先施加的限制条件称为约束。 （这里，约束是名词，而不是动词的约束。）
约束力：约束与非自由体接触相互产生了作用力，约束作用于 非自由体上的力叫约束力或称为约束反力。
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其 内容：静力学、运动学、动力学。
机械运动____物体在空间的位置随时间的变 化。包括：静止、移动、转动、振动、变形、流 动、波动、扩散等。
二、力学的研究方法
工程问题
否
力学模型
数学模型
符合 实际
分析计算
？
是
结束
力学知识 工程经验
力学知识
力学知识 数学工具
三、力学的应用（为什么学）
1、力学是一门基础学科，它同数、理、 化、天、地、生并列为七大基础学科之一。 力学的应用范围十分广泛，它又属于技术 科学，它植根于国民经济的各个产业门类。 哪里有技术难题，几乎那里就有力学难题。
力学的应用 航天工程
神州二号
力学的应用
微 小 卫 星
航天工程
发现号航天飞机
力学的应用
航空工程
——————————————————————
力学的应用
机械工程
—————————————————————
力学的应用
土木工程
————————————————————
上海南浦大桥
力学的应用
土木工程
———————————————————————
三、平面固定端约束
物体的一部分固嵌在另一物体中所构成的约 束称为平面固定端约束。
A
A
MA
A
XA
A
YA
简化结果分析
• 简化结果分析 • 平行分布载荷简化
一、简化结果分析
1、主矢和主矩都等于零 (R 0, Mo 0) 此时平面力系平衡。
2、主矢等于零，主矩不等于零 (来自 0, MO 0)原力系各力对简化中心力矩的代数和 mO (Fi )
称为原力系对简化中心的主矩。所以，M O 等于原 力系对简化中心的主矩。一般来说，主矩与简化 中心的位置有关。
二、任意力系向一点简化、主矢与主矩
综上所述可得如下结论：平面任意力系 向作用面内任一点简化得到一个力和一个 力偶，如图（c)所示。该力作用在简化中心， 其大小和方向等于原力系的主矢，该力偶 之矩等于原力系对简化中心的主矩。主矢 与简化中心的位置无关，主矩和简化中心 的位置有关。
2、工程应用 产生的许多高新技术，航天、航空、高层 建筑、大型空间结构、巨型轮船、大跨度 与新型桥梁（如吊桥、斜拉桥）、海洋平 台、精密机械、机器人、高速列车、海底 隧道等都是在力学指导下实现的。
三、力学的应用（为什么学）
航天工程 航空工程 机械工程 土木工程 水利工程
核反应堆工程 石油工程 电子工程 计算机工程 其它工程 领域
工程力学
绪论
绪论
• 工程力学的内容 • 力学的研究方法 • 力学的应用 • 课程的要求
一、工程力学的内容
1、工程力学是研究工程结构的受力分析、承 载能力的基本原理和方法的科学。它是工程技术 人员从事结构设计和施工所必须具备的基础。
2、内容：理论力学、材料力学等。
3、理论力学——研究物体机械运动一般规律 的科学。
此时平面力系简化为一力偶。其力偶矩M等 于原力系对简化中心的主矩，即 M mO(F) 且 此时主矩与简化中心的位置无关。
高层建筑
浦东开发区
力学的应用 水利工程
——————————————————————
美国胡佛大坝
力学的应用
核反应堆工程
——————————————————————
力学的应用
石油工程
力学的应用
计算机工程
力学的应用
其它领域
———————————————————————
星系
力学的应用 其它领域
———————————————————————
因此，R 的大小和方向为：
R Rx2 Ry2 ( X )2 (Y )2
二、任意力系向一点简化、主矢与主矩
cos(R, i )
X
R
c os (R,
j)
Y
R
对于平面力偶系，由平面力偶系的合成理论：
MO m 1 m2 mn
mO (F1) mO (F2 ) mO (Fn ) mO (F i )
平面任意力系向一点简化
力的平移定理 任意力系向一点简化 平面固定端约束
一、力的平移定理
定理：作用于刚体上一点的力可以平行移至刚 体内任一点，但必须同时附加一个力偶（称为附 加力偶），其力偶矩等于原力对新作用点的矩。
B
F
A
B F F
AF
m
B
A
用力的平移定理的逆步骤，亦可把一个力和 一个力偶合成一个力。
because we acquired
mathematics's fruit here."
力学的应用 其它领域
《力学史》 武际可 《力学与工程技术的进步》 薛明德
4、后续课程学习的需要，并培养学 生具有一定的工程素养
结构力学、弹性力学、流体力学、机 械原理、机械设计、振动力学、电子封装 等
平面任意力系
二、任意力系向一点简化、 主矢与主矩
F1
A1
F2
O An A2
Fn
(a)
y
F1 m1
m2 F2
O
mn
Fn(b)
y
R
MO
x
O
x
(c)
设平面任意力系如图（a），在平面内任取
一点O，称为简化中心，由力线平移定理，将各
力平移至O点。于是在形式上可简化为平面汇交
力系和附加力偶系， 如图（b）。其中： Fi Fi (i 1.2 n) mi mO (Fi )(i 1.2 n)
定义：各力的作用线分布在同一平面，且既 不完全相交、也不完全平行的力系
重点：
1、平面力系的简化方法与简化结果。 2、正确应用各种形式的平衡方程。 3、刚体及物体系统平衡问题的求解。 4、物体系统静定与静不定的判断。
平面任意力系
• 平面任意力系向作用面内一点的简化 • 平面任意力系的简化结果 • 平面任意力系的平衡条件和平衡方程 • 平面平行力系 • 物体系统的平衡、静定和静不定问题 • 平面静定桁架的内力计算
大气 海洋
力学的应用 其它领域
———————————————————————
大型射电望远镜
力学的应用
3、
• 达芬奇说：
达 芬 奇
“力学是数学的乐园， 因为我们在这里获得
了数学的果实。”
• Leonardo Da Vinci said:
“ mechanics is a
mathematic paradise,
二、任意力系向一点简化、主矢与主矩
对于汇交力系， 由平面汇交力系 的合成理论： R F1 F2 Fn F1 F2 Fn F
平面任意力系中各力的 矢量和 F 称为平面 任意力系的主矢。所以力R等于原力系的主矢。
显然，主矢与简化中心的位置无关。
建立坐标： Rx X1 X 2 X n X Ry Y1 Y2 Yn Y
机械运动____物体在空间的位置随时间的变 化。包括：静止、移动、转动、振动、变形、流 动、波动、扩散等。
二、力学的研究方法
工程问题
否
力学模型
数学模型
符合 实际
分析计算
？
是
结束
力学知识 工程经验
力学知识
力学知识 数学工具
三、力学的应用（为什么学）
1、力学是一门基础学科，它同数、理、 化、天、地、生并列为七大基础学科之一。 力学的应用范围十分广泛，它又属于技术 科学，它植根于国民经济的各个产业门类。 哪里有技术难题，几乎那里就有力学难题。
力学的应用 航天工程
神州二号
力学的应用
微 小 卫 星
航天工程
发现号航天飞机
力学的应用
航空工程
——————————————————————
力学的应用
机械工程
—————————————————————
力学的应用
土木工程
————————————————————
上海南浦大桥
力学的应用
土木工程
———————————————————————
三、平面固定端约束
物体的一部分固嵌在另一物体中所构成的约 束称为平面固定端约束。
A
A
MA
A
XA
A
YA
简化结果分析
• 简化结果分析 • 平行分布载荷简化
一、简化结果分析
1、主矢和主矩都等于零 (R 0, Mo 0) 此时平面力系平衡。
2、主矢等于零，主矩不等于零 (来自 0, MO 0)原力系各力对简化中心力矩的代数和 mO (Fi )
称为原力系对简化中心的主矩。所以，M O 等于原 力系对简化中心的主矩。一般来说，主矩与简化 中心的位置有关。
二、任意力系向一点简化、主矢与主矩
综上所述可得如下结论：平面任意力系 向作用面内任一点简化得到一个力和一个 力偶，如图（c)所示。该力作用在简化中心， 其大小和方向等于原力系的主矢，该力偶 之矩等于原力系对简化中心的主矩。主矢 与简化中心的位置无关，主矩和简化中心 的位置有关。
2、工程应用 产生的许多高新技术，航天、航空、高层 建筑、大型空间结构、巨型轮船、大跨度 与新型桥梁（如吊桥、斜拉桥）、海洋平 台、精密机械、机器人、高速列车、海底 隧道等都是在力学指导下实现的。
三、力学的应用（为什么学）
航天工程 航空工程 机械工程 土木工程 水利工程
核反应堆工程 石油工程 电子工程 计算机工程 其它工程 领域
工程力学
绪论
绪论
• 工程力学的内容 • 力学的研究方法 • 力学的应用 • 课程的要求
一、工程力学的内容
1、工程力学是研究工程结构的受力分析、承 载能力的基本原理和方法的科学。它是工程技术 人员从事结构设计和施工所必须具备的基础。
2、内容：理论力学、材料力学等。
3、理论力学——研究物体机械运动一般规律 的科学。
此时平面力系简化为一力偶。其力偶矩M等 于原力系对简化中心的主矩，即 M mO(F) 且 此时主矩与简化中心的位置无关。
高层建筑
浦东开发区
力学的应用 水利工程
——————————————————————
美国胡佛大坝
力学的应用
核反应堆工程
——————————————————————
力学的应用
石油工程
力学的应用
计算机工程
力学的应用
其它领域
———————————————————————
星系
力学的应用 其它领域
———————————————————————
因此，R 的大小和方向为：
R Rx2 Ry2 ( X )2 (Y )2
二、任意力系向一点简化、主矢与主矩
cos(R, i )
X
R
c os (R,
j)
Y
R
对于平面力偶系，由平面力偶系的合成理论：
MO m 1 m2 mn
mO (F1) mO (F2 ) mO (Fn ) mO (F i )
平面任意力系向一点简化
力的平移定理 任意力系向一点简化 平面固定端约束
一、力的平移定理
定理：作用于刚体上一点的力可以平行移至刚 体内任一点，但必须同时附加一个力偶（称为附 加力偶），其力偶矩等于原力对新作用点的矩。
B
F
A
B F F
AF
m
B
A
用力的平移定理的逆步骤，亦可把一个力和 一个力偶合成一个力。
because we acquired
mathematics's fruit here."
力学的应用 其它领域
《力学史》 武际可 《力学与工程技术的进步》 薛明德
4、后续课程学习的需要，并培养学 生具有一定的工程素养
结构力学、弹性力学、流体力学、机 械原理、机械设计、振动力学、电子封装 等
平面任意力系
二、任意力系向一点简化、 主矢与主矩
F1
A1
F2
O An A2
Fn
(a)
y
F1 m1
m2 F2
O
mn
Fn(b)
y
R
MO
x
O
x
(c)
设平面任意力系如图（a），在平面内任取
一点O，称为简化中心，由力线平移定理，将各
力平移至O点。于是在形式上可简化为平面汇交
力系和附加力偶系， 如图（b）。其中： Fi Fi (i 1.2 n) mi mO (Fi )(i 1.2 n)
定义：各力的作用线分布在同一平面，且既 不完全相交、也不完全平行的力系
重点：
1、平面力系的简化方法与简化结果。 2、正确应用各种形式的平衡方程。 3、刚体及物体系统平衡问题的求解。 4、物体系统静定与静不定的判断。
平面任意力系
• 平面任意力系向作用面内一点的简化 • 平面任意力系的简化结果 • 平面任意力系的平衡条件和平衡方程 • 平面平行力系 • 物体系统的平衡、静定和静不定问题 • 平面静定桁架的内力计算
大气 海洋
力学的应用 其它领域
———————————————————————
大型射电望远镜
力学的应用
3、
• 达芬奇说：
达 芬 奇
“力学是数学的乐园， 因为我们在这里获得
了数学的果实。”
• Leonardo Da Vinci said:
“ mechanics is a
mathematic paradise,
二、任意力系向一点简化、主矢与主矩
对于汇交力系， 由平面汇交力系 的合成理论： R F1 F2 Fn F1 F2 Fn F
平面任意力系中各力的 矢量和 F 称为平面 任意力系的主矢。所以力R等于原力系的主矢。
显然，主矢与简化中心的位置无关。
建立坐标： Rx X1 X 2 X n X Ry Y1 Y2 Yn Y