工程力学课程总论

综合性与研究性实验， 一方面，研究工程 力学的基本理论应用于实际问题时的正确性与适 用范围;另一方面，研究一些基本理论问题难以解 决的实际问题，通过实验建立合适的简化模型， 为理论分析提供必要的基础。
工学院力学系
材料试验机
工学院力学系
测量变形的传感器
硬塑料的物性关系曲线
工学院力学系
测量变形的传感器
其目的是： 了解工程系统的性态 并为其设计提供合理的规则。
机械、结构等
受力如何？ 如何运动？ 如何变形？破坏？ 如何控制设计？
性态 规则
工学院力学系
工程力学
理论力学： 研究质点系机械运动一般规律。 静力学、运动学和动力学
材料力学：研究杆状构件的强度，刚度和稳 定性 。
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三.基本概念
1.构件: 组成结构物和机械的最基本的部件。
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汽车碰撞试验
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建 筑 物 控 制 爆 破
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雷达确定目标方位
怎样在不同的时间间隔 内通过测量目标与雷达之 间的距离和雷达方位角才 能准确地测定目标的速度 和加速度。
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击球时击球 员的手握在何处 所受的撞击力最 小？
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v1
F1 v2
棒球在被球棒击打 后，其速度的大小 和方向发生了变化。 如果已知这种变化 即可确定球与棒的 相互作用力。
建于1056年
早期建筑的特点:
高度低， 跨度小，承载能力 低，材料为砖石和木材。
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现代建筑的特点:
高度高， 跨度大，承载能力 高，材料为钢筋混泥土和钢材。
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垮塌前的大桥
垮塌后的大桥
1999年1月4 日，我国某市 的一座大桥发 生垮塌，造成：
40人死亡； 14人受伤； 直接经济损失631万元。
思路：
变 平面假定 应 变 物理关系 应 力
形
分布
分布
静力方程 应力公式
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注意
需要指出的是，静力学中所采用的某些原理和 方法在材料力学中分析变形问题时是不适用的。
F 作用在刚性圆环上的两个力，
可以沿着二者的作用线任意移
F
动，对刚性圆环的平衡没有任
何影响。
FF
F
F
作用在弹性圆环上的一对力，
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§2 工程力学主要内容与分析模型 2-1 工程力学的主要内容
一.力学 力学是研究物体机械运动规律的科学。
所阐述的规律带有普遍性，是一门基础科学。 直接服务于工程,又是一门技术科学。 是各技术工程学科的重要理论基础， 是沟通自然科学基础理论与工程实践的桥梁。
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二.工程力学
将力学原理应用于工程实际的科学。
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4.材料力学的任务 在满足强度、刚度和稳定性要求的同时，须尽
可能合理选用材料和降低材料消耗量，以节约投资。
为了完成常规的工程设计任务，需要进行以下几方 面的工作：
分析并确定构件所受各种外力的大小和方向。
研究在外力作用下构件的内部受力、变形和 失效的规律。
提出保证构件具有足够强度、刚度和稳定 性的设计准则与设计方法。
工程力学课程就是讲授完成这些工作所必需的基础知识。
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2-2 工程力学的两种分析模型
1.变形体：力的作用下产生变形的物体 2.刚体：力的作用下不产生变形的物体
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材料力学的研究对象
材料力学的研 究对象
杆
板
壳
块
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杆件的几何特征
等截面杆 直杆
横截面
轴线
形心
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杆件
3.构件在荷载作用下正常工作应满足的要求。
构件必须具有足够的强度
所谓强度是指构件受力后不能发生断裂 或产生不可恢复的变形的能力。
构件必须具有足够的刚度
所谓刚度是指构件受力后不能发生超过 工程允许的弹性变形的能力。
构件必须具有足够稳定性
所谓稳定性是指构件在压缩载荷的作用下， 保持平衡形式不能发生突然转变的能力。
小球平衡的三种状态
稳Hale Waihona Puke Baidu平衡
随遇平衡
不稳定平衡
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FF<FF<pcFr pcr
F=Fpcr
F F>Fpcr
直线形状平衡 稳定的
临界状态
直线形状平衡 不稳定的
当压缩载荷大于一定的数值时，在任意微小的外界 扰动下，压杆都要由稳定平衡状态转变为不平衡的平 衡状态，这一破坏形式称为稳定失效。
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F
如果沿着作用线移动，这时虽
F 然对圆环的整体平衡没有影响，
但对于物体变形的影响却是非
常明显的。
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3-2 工程力学的实验分析方法
工程力学的实验分析方法大致可以分为以下几种类型： 基本力学量的测定实验，包括位移、速度、
加速度、角速度、角加速度、频率等等的测定。
材料的力学性能实验，通过试验机测定不同材 料的弹性常数(例如杨氏模量)、材料的物性关系。
等截面直杆 变截面直杆
曲杆
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§3 工程力学的研究方法
3-1 两种不同的理论分析方法
在静力学中，其分析研究的对象是刚体，所 要研究的问题是确定构件的受力，所采用的方法 是平衡的方法。
思路：
受力分析
力系的简化
力系的平衡条件
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在材料力学中，其研究对象是变形体，在外力作 用下，会产生什么样的变形、什么样的内力，这些变 形和内力对构件的正常工作又会产生什么样的影响。 因此，在这一类问题中，重要的是学会分析变形，分 析内力和应力。井应用于解决工程设计中的强度、刚 度和稳定问题。
工程力学
9/16/2012
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绪论
§1 工程力学与工程密切相关 §2 工程力学的主要内容与分析模型 §3 工程力学的分析方法
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§1 工程力学与工程密切相关
赵州桥(石拱桥)595-605年建，充分利用石 料的抗压缩强度好的特性。
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早期筒体结构建筑
应
比萨斜塔
县 木
塔
建于1173－1370年
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塑形变形示例
荷载未作用时
F
荷载作用下
荷载去除后
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塑形变形示例
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刚度失效是指构件在外力作用下产生的变形超
过工程允许的范围。
弹性变形示例
荷载未作用时 F
荷载作用下
荷载去除后
工学院力学系
弹性变形示例
工学院力学系
稳定失效是指构件在某种外力作用下，其平衡
形式发生突然转变。
软塑料的物性关系曲线
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飞机静载试验
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汽车的疲劳试验装置
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3.计算机分析方法 汽车碰撞
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兔子股骨的受 力分析
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钢结构接头的应力分析
工学院力学系
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2.失效：工程构件在外力作用下丧失正常功能的现 象称为失效或破坏。
在工程力学范畴内的失效通常可分为三类： 强度失效、刚度失效和稳定失效。
强度失效是指构件在外力作用下发生不可恢复
的塑性变形或发生断裂。
F
F
F
F
钢筋
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美国纽约马尔克大桥于1940年11月7日因风力 引起的振动而产生断裂破坏。