《工程力学绪论》PPT课件.ppt

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1、第 一 章 绪 论,Chapter One,Introduction,1.1 工程力学的主要内容,1.3 杆件及其基本变形形式,1.2 工程力学的研究对象及其基本假定,1.4 工程力学的研究方法,1.研究物体在力的作用下平衡的力学规律,1.1 工程力学的主要内容,力系的平衡条件及其应用,物体的受力分析,力系的等效与简化,（刚体静力学基本问题）,问题：吊车移动到什么位置时，横梁两端的支撑力最大？最大支撑力等于多少？,1.1 工程力学的主要内容,力系 作用在物体上力的集合。,平衡 物体相对惯性系静止或作匀速直线运动。,平衡条件 平衡力系所满足的数学条件。,1.研究物体在力的作用下平衡的力学规律,（

2、刚体静力学基本问题）,2.研究物体在力的作用下变形、破坏的力学规律,工程构件的力学分析,1.1 工程力学的主要内容,强度(strength),刚度(stiffness),稳定性(stability),强度,构件抵抗破坏的能力,工程力学的结论,强度失效,智利地震垮塌的桥,雪压倒加油站,强度失效,俄罗斯(Transvaal)水上乐园,强度失效,强度失效,刚度,构件抵抗变形的能力,工程力学的结论,齿轮轴刚度失效,齿轮轴变形过大，会加速齿轮的磨损，减低轴承的寿命。,大梁变形过会出现小车爬坡现象，引起振动。,吊车梁刚度失效,稳定性,构件保持原有平衡形态的能力,平衡不稳定,转入另一种平衡形式,模板失稳,山

3、体滑坡,固体力学的基础性概念,应力,应变,本构关系,变形体在承受外作用时内部力的描述,变形体在承受外作用时内部变形的描述,变形体中应力和应变的关系,2.物体受力与变形以及破坏的力学规律,工程构件的力学分析,1.1 工程力学的主要内容,1.2 工程力学的研究对象及其基本假定,1.刚体的概念,定义：所谓刚体是这样的物体，在力的作用下，其内部任意两点之间的距离始终保持不变。,刚体是在力的作用下不变形的物体。,2.变形体的概念,变形：构件尺寸与形状的变化。这时的物体即视为变形固体。,分析和讨论,将吊车梁看成是刚体还是的变形体？,吊车梁在起吊重物时所产生的最大挠度一般不超过梁的跨度的1/500。,在研究

4、与变形有关的问题时,在研究物体的运动和平衡规律时,刚 体,变 形 体,变形的绝对大小并不是简化为刚体的条件，更重要的是变形对所研究问题的结果产生的影响要足够小。,结论,1.2 工程力学的研究对象及其基本假定,3.关于材料性质的假定,3.关于材料性质的假定,1.2 工程力学的研究对象及其基本假定,3.关于材料性质的假定,1.2 工程力学的研究对象及其基本假定,连续性(continuity),均质性(uniformity),3.关于材料性质的假定,1.2 工程力学的研究对象及其基本假定,连续性(continuity),均质性(uniformity),各向同性(isotropy),3.关于材料性质的

5、假定,微观或细观层次上的随机性构成了宏观层次上的各向同性。,微观或细观层次上的规律性构成了宏观层次上的各向异性。,连续性,均质性,各向同性,1.2 工程力学的研究对象及其基本假定,4.关于变形的假定（小变形）,二阶微量可以忽略，使问题线性化,wmax h,绝大多数的工程构件都工作在小变形状态下。,小变形假定带来的方便,4.关于变形的假定（小变形）,二阶微量可以忽略，使问题线性化,wmax h,小变形假定带来的方便,可以在未变形的构形中进行计算,*弹性变形,*塑性变形,线弹性,变形体,1.3 杆件及其基本变形形式,1.工程构件的基本类型,建筑工程中的例子,1.工程构件的基本类型,1.3 杆件及其

6、基本变形形式,1.工程构件的基本类型,1.3 杆件及其基本变形形式,杆(bar),板(plate),壳(shell),体(body),1.工程构件的基本类型,杆,板,壳,体,1.3 杆件及其基本变形形式,等截面直杆,变截面直杆,曲杆,2.工程力学的主要研究对象：杆,分段等截面直杆,1.3 杆件及其基本变形形式,3.杆件变形的基本形式,拉压(tension&compression),扭转(torsion),3.杆件变形的基本形式,弯曲(bending),剪切(shearing),组合变形,下面的结构具有什么变形效应？,工程构件往往产生拉压、扭转、弯曲等组合变形。,分析和讨论,下面的结构具有什么变

7、形效应？,分析和讨论,分析和讨论,举例说明：你身边的一些物体在工作或使用时具有什么变形效应？,你怎样做可以使一根粉笔发生拉或压或弯或扭变形以至断掉？并观察断面的不同。,工程力学不仅要考虑构件整体的平衡，还要考虑局部的平衡。,1.4 工程力学力学的研究方法,1.力学分析,力系平衡,研究构件中的各个力学要素（包括外力和内力；包括力和力偶矩）之间的关系。,构件整体平衡时，它的任意局部也是平衡的。,2.物理分析,研究材料的力学性能，研究构件的力学要素（有时还包括热学要素）与几何要素之间的关系。,材料的力学性能影响构件的强度、刚度和稳定性。,荷载与变形量之间的关系,温度变化与应力、变形量之间的关系,构件

8、内部应力与应变之间的关系,变形协调,3.几何分析,构件内部变形应该是协调的,研究构件和结构中各几何要素之间的关系。,构件中应变和变形量之间的关系,结构中各构件变形量之间的关系,协调,不协调,不协调,变形协调,3.几何分析,构件之间变形应该是协调的,研究构件和结构中各几何要素之间的关系。,构件中应变和变形量之间的关系,结构中各构件变形量之间的关系,协调,不协调,不协调,工程力学以至应用力学的研究方法,工程力学以至应用力学的研究方法,力学家与力学史,Timoshenko 是著名的俄裔美籍力学家、教育家。在梁、板、壳的强度理论和动力学理论方面有许多原创性的贡献。,他一生有二十余部著作。上世 纪 三十 年 代 他 撰 写 的 两 卷 本 Strength of Materials 是材料力学的经典著作，其所建立的体系被人们沿用至今。,Stephen Prokofievitch Timoshenko,（1878-1972）,本章内容结束,谢谢大家,