第一章构件静力学基础【课件】

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刚度：构件抵抗变形的能力。
刚度大，变形小；刚度小，变形大。
强 度 问 题 、 刚 度 问 题
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法国埃菲尔铁塔
世界上最高的钢结构
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鸟 巢
世界上跨度最大的钢结构建筑
钢结构总重达4.2万吨，建筑顶面呈鞍形，长轴为332.3米， 短轴为296.4米，最高点高度为68.5米，最低点高度为42.8米2。0
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压杆稳定工程实例
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脚 手 架
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脚手架失稳坍塌
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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”。工程构件的失效形式很多，但 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——是指结构和构件抵抗破坏的能力，以保证在规
定的使用条件下不发生意外断裂或显著塑性变形。
主要内容： 构件的强度、刚度及稳定性。
Key words: 变 形 例:
工程力学是从研究构件的受力分析开始，研究构件的平衡和运 动规律，以及构件的变形和破坏规律。为工程构件的设计和制造提 供基本的理论依据和实用的计算方法。
◆ § 1–1 力的基本概念和公理
静力学：研究物体在力系作用下平衡规律的一门科学。
——这也是材料力学的任务
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工程力学课程内容及其在工程设计中的作用
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工程力学课程内容及其在工程设计中的作用
机械加工用的钻床的立柱， 如果强度不够，就会折断(断 裂)或折弯(塑性变形)；如果刚 度不够，钻床立柱即使不发生 断裂或者折弯，也会产生过大 弹性变形（图中虚线所示为夸 大的弹性变形），从而影响钻 孔的精度，甚至产生振动，影 响钻床的在役寿命。
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静 力 学—研究物体在力系作用下处于平衡的规律。
即根据所研究的物体与周围物体之间的联系， 确定作用在所研究的物体上有哪些力，它们的 大小、方向如何。
Key words:力、 平 衡
例:
运动力学— 研究质点和刚体的运动及物体的运动
与力之间的关系 Key words:运动 力
例:
材料力学— 研究构件在外力作用下的变形、受 力及破坏的规律
力系：是指作用于同一物体上的一组力。
平衡：在静力学中是指物体相对于 地球保持静止或作匀速直线 运动的状态。
平衡力系：物体处于平衡状态时， F1 作用于该物体上的力系。
F3 C AB
F2
来自百度文库27
一、静力学的研究对象： 刚体与质点
1、刚体 就是在力的作用下，大小和形状都不变的物体,或
其内部任意两点间的距离始终保持不变的物体。
第一章 构件静力学基础
◆ 工程力学引言 ◆ §1–1 静力学基本概念和公理 ◆ §1–2 约束模型与约束力 ◆ §1–3 构件的受力图
一、引 言
构件：在工程实际中，各种机械和结构得到广泛的应用， 组成机械和结构的零部件，统称为构件。
当机械与结构工作时，构件受到外力作用。如火车轮轴承受 由车厢与车轮传来的外力，房屋建筑中的梁承受楼板传给它的重 量。在构件设计时，首先需要分析与计算构件所受各外力的大小 与方向 。
构件在外力作用下，其形状和尺寸会发生变化，构件形状和 尺寸的变化称为变形。
构件的变形分为二类： 弹性变形：外力解除后能消失的变形。
塑性变形或残余变形：外力解除后不能消失的变形。 6
实践表明，作用力越大，构件变形越大，而当作用力过大 时，构件将发生断裂或显著塑性变形。显然，构件工作时发生 意外断裂或显著塑性变形是不允许的。如齿轮轴的变形过大,势 必影响齿和齿间的正常啮合。
汽 车 碰 撞
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碰撞时气囊与人的相互作用
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、工程力学研究的内容
工程力学 理论力学任务：
理论力学 材料力学
静力学 运动学 动力学
研究结构和构件的受力及平衡、运动规律，是工程分析与 设计的起点。
材料力学的任务：
研究构件受力后的变形和破坏规律，为设计构件提供强度、刚 度和稳定性的计算依据，力求使设计的构件既经济又安全、适用。
实践中我们还发现，有些构件在某种外力作用下，将发生不 能保持其原有平衡状态的现象。如当细长压杆上受到的压力达 到或超过一定值，杆将从直线形状突然变弯，而且是显著的弯 曲变形。
在一定外力作用下，构件突然发生不能保持其原有平衡状
态的现象——称失稳。
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力学在工程上的应用
顶杆
稳定失效的例子多见于承受轴向压力的工程构件。
刚度——是指结构和构件抵抗弹性变形的能力，以保证 在规定的使用条件下不发生过大弹性变形。
稳定性——是指结构或构件保持原有平衡状态的能力， 以保证在规定的使用条件下不失稳。 13
构件设计的要求
在满足强度、刚度、稳定性的要求下， 以最经济的代价，为构件确定合理的形状和 尺寸，选择适宜的材料，而提供必要的理论 基础和计算方法。
不计物体的尺寸而得到质点的概念。 刚体是一个理想化的力学模型。 二、材料力学的研究对象： 变形体
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思考：
1-1 、判断下列说法是否正确： 1、处于平衡状态的物体可视为刚体； 2、变形微小的物体可视为刚体； 3、在研究物体机械运动时，物体的变形对所研究的问题没有
影响或影响甚微，此时物体可视为刚体； 4、在任何情况下，任意两点的距离保持不变的物体为刚体。
6 .哈尔滨工业大学理论力学考研室编《理论力学》高等教育出版社六 版）
7.刘鸿文主编《材料力学》高等教育出版社
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学习工程力学的基本要求
工程力学有较强的系统性，各部分内容之间联 系较紧密，学习中要认真理解基本概念、基本理论 和基本方法，要注意有关公式适用条件；要注意分 析问题的思路，解决问题的方法。在学习中，一定 要认真研究，独立完成一定数量的思考题和习题， 以巩固和加深对所学概念、理论、公式的理解、记 忆和应用。
刘思俊 主编
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参考资料
1.江南大学力学考研室编《简明工程力学教程》科学出版社
2.顾晓勤 刘申全主编 《工程力学1》机械工业出版社（第二版）
3.周松鹤 徐烈恒主编 《工程力学教程篇》机械工业出版社（第二版）
4.西南交通大学应用力学工程系编《工程力学教程》高等教育出版社
5.范钦珊主编《工程力学》清华大学院出版社
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三、力的基本概念
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1.力的定义 力是物体间相互的机械作用。
这种作用使物体的运动状态或形状尺寸发生改变。使物体运动 状态改变称为力的外效应；使物体形状尺寸改变称为力的内效应。
理论力学中主要研究的是力的外效应。 2.力的三要素 力对物体的效应，取决于力的三要素：即力的大 小，方向，作用点。