《工程力学绪论》PPT课件.ppt

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第一章绪论第一章绪论ChapterOneChapterOneIntroductionIntroduction工程力学工程力学我们身边的科学我们身边的科学工程力学工程力学我们身边的科学我们身边的科学工程力学工程力学我们身边的科学我们身边的科学工程力学工程力学我们身边的科学我们身边的科学工程力学工程力学我们身边的科学我们身边的科学1.11.11.11.1工程力学的主要内容工程力学的主要内容工程力学的主要内容工程力学的主要内容1.31.31.31.3杆件及其基本变形形式杆件及其基本变形形式杆件及其基本变形形式杆件及其基本变形形式1.21.21.21.2工程力学的研究对象及其基本假定工程力学的研究对象及其基本假定工程力学的研究对象及其基本假定工程力学的研究对象及其基本假定1.41.41.41.4工程力学的研究方法工程力学的研究方法工程力学的研究方法工程力学的研究方法1.1.研究物体在力的作用下平衡的力学规律研究物体在力的作用下平衡的力学规律研究物体在力的作用下平衡的力学规律研究物体在力的作用下平衡的力学规律1.11.1工程力学的主要内容工程力学的主要内容工程力学的主要内容工程力学的主要内容力系的平衡条件及其应用力系的平衡条件及其应用物体的受力分析物体的受力分析力系的等效与简化力系的等效与简化（刚体静力学基本问题）（刚体静力学基本问题）（刚体静力学基本问题）（刚体静力学基本问题）问题：

吊车移动到什么位置问题：

吊车移动到什么位置问题：

吊车移动到什么位置问题：

吊车移动到什么位置时，横梁两端的支撑力最大时，横梁两端的支撑力最大时，横梁两端的支撑力最大时，横梁两端的支撑力最大？

最大支撑力等于多少？

最大支撑力等于多少？

最大支撑力等于多少？

最大支撑力等于多少？

FF1.11.1工程力学的主要内容工程力学的主要内容工程力学的主要内容工程力学的主要内容力系力系作用在物体上力的集合。

作用在物体上力的集合。

平衡平衡物体相对惯性系静止或作匀速直线运动物体相对惯性系静止或作匀速直线运动。

平衡条件平衡条件平衡力系所满足的数学条件。

平衡力系所满足的数学条件。

1.1.研究物体在力的作用下平衡的力学规律研究物体在力的作用下平衡的力学规律研究物体在力的作用下平衡的力学规律研究物体在力的作用下平衡的力学规律（刚体静力学基本问题）（刚体静力学基本问题）（刚体静力学基本问题）（刚体静力学基本问题）2.2.研究物体在力的作用下变形、破坏的力学规律研究物体在力的作用下变形、破坏的力学规律研究物体在力的作用下变形、破坏的力学规律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工程构件的力学分析1.11.1工程力学的主要内容工程力学的主要内容工程力学的主要内容工程力学的主要内容强度强度强度强度（strengthstrength）刚度刚度刚度刚度（stiffnessstiffness）稳定性稳定性稳定性稳定性（stabilitystability）FFFFFFFF强度强度强度强度构件抵抗构件抵抗破坏破坏的能力的能力aabbkabkab裂纹裂纹裂纹裂纹kFFkFF工程力学的结论工程力学的结论工程力学的结论工程力学的结论强度失效强度失效智利地震塌的垮桥智利地震塌的垮桥雪倒加油站压雪倒加油站压强度失效强度失效俄斯罗俄斯罗（Transvaal）（Transvaal）水上乐园水上乐园强度失效强度失效强度失效强度失效FFwwFFFFwwFF刚度刚度刚度刚度构件抵抗构件抵抗变形变形的能力的能力21kww21kwwaabbkabkab工程力学的结论工程力学的结论工程力学的结论工程力学的结论齿轮轴刚度失效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。

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。

大梁变形过会出现小车爬坡现象，引起振动。

吊车梁刚度失效吊车梁刚度失效稳定性稳定性稳定性稳定性构件构件保持原有平衡形态保持原有平衡形态的能力的能力平衡不稳定平衡不稳定平衡不稳定平衡不稳定转入另一种平衡形式转入另一种平衡形式转入另一种平衡形式转入另一种平衡形式2005年9月5日晚10点10分，北京西单“西西工程4号地”综合楼工地的模板支撑体系失稳，导致脚手架坍塌，47名工人坠落，造成6人死亡、28人受伤的严重后果。

模板失稳模板失稳山体滑坡山体滑坡固体力学的基础性概念固体力学的基础性概念应力应力应力应力应变应变应变应变本构关系本构关系本构关系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力的描述变形体变形体在承受外作用时在承受外作用时内部变形的描述内部变形的描述变形体中应力和应变的关系变形体中应力和应变的关系2.2.物体受力与变形以及破坏的力学规律物体受力与变形以及破坏的力学规律物体受力与变形以及破坏的力学规律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工程构件的力学分析1.11.1工程力学的主要内容工程力学的主要内容工程力学的主要内容工程力学的主要内容1.21.2工程力学的研究对象及其基本假定工程力学的研究对象及其基本假定工程力学的研究对象及其基本假定工程力学的研究对象及其基本假定1.1.1.1.刚体的概念刚体的概念刚体的概念刚体的概念定义：

所谓刚体是这样的物体，在力的作用下，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。

其内部任意两点之间的距离始终保持不变。

物体理想化的力学模型物体理想化的力学模型刚体刚体物体理想化的力学模型物体理想化的力学模型刚体刚体刚体是在力的作用下不变形的物体。

刚体是在力的作用下不变形的物体。

2.2.2.2.变形体的概念变形体的概念变形体的概念变形体的概念变形：

构件尺寸与形状的变化。

这时的物体即视为变形：

构件尺寸与形状的变化。

这时的物体即视为变形固体。

变形固体。

分析和讨论分析和讨论分析和讨论分析和讨论将吊车梁看成是刚体还是的变形体？

吊梁在起吊重车物所生的最时产大度一般不超挠梁的跨度的过1/500。

在研究与变形有关的问题时在研究与变形有关的问题时在研究物体的运动和平衡规律时在研究物体的运动和平衡规律时刚刚刚刚体体体体变形变形变形变形体体体体变形的绝对大小并不是简化为刚体的条件，更重要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的是变形对所研究问题的结果产生的影响要足够小。

变形的绝对大小并不是简化为刚体的条件，更重要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的是变形对所研究问题的结果产生的影响要足够小。

结论结论结论结论1.21.2工程力学的研究对象及其基本假定工程力学的研究对象及其基本假定工程力学的研究对象及其基本假定工程力学的研究对象及其基本假定3.3.3.3.关于关于关于关于材料材料性质的假定性质的假定性质的假定性质的假定3.3.3.3.关于关于关于关于材料材料性质的假定性质的假定性质的假定性质的假定108m考察的尺度量级：

考察的尺度量级：

考察的尺度量级：

考察的尺度量级：

106m104m考察的尺度量级：

考察的尺度量级：

102m考察的尺度量级：

考察的尺度量级：

1.21.2工程力学的研究对象及其基本假定工程力学的研究对象及其基本假定工程力学的研究对象及其基本假定工程力学的研究对象及其基本假定材料力学研究的是材料力学研究的是巨量物质微粒的集合的宏观巨量物质微粒的集合的宏观的力学行为。

的力学行为。

材料力学研究的是材料力学研究的是巨量巨量物质微粒的集合的物质微粒的集合的宏观宏观的力学行为。

的力学行为。

材料力学研究的是材料力学研究的是巨量巨量物质微粒的集合的物质微粒的集合的宏观宏观的力学行为。

的力学行为。

3.3.3.3.关于关于关于关于材料材料性质的假定性质的假定性质的假定性质的假定1.21.2工程力学的研究对象及其基本假定工程力学的研究对象及其基本假定工程力学的研究对象及其基本假定工程力学的研究对象及其基本假定连续性连续性连续性连续性（continuity（continuity）均质性均质性均质性均质性（uniformity）（uniformity）3.3.3.3.关于关于关于关于材料材料性质的假定性质的假定性质的假定性质的假定材质内部处处材质内部处处材质内部处处材质内部处处力学性能相同力学性能相同力学性能相同力学性能相同材质内部各处力材质内部各处力学性能不尽相同学性能不尽相同1.21.2工程力学的研究对象及其基本假定工程力学的研究对象及其基本假定工程力学的研究对象及其基本假定工程力学的研究对象及其基本假定连续性连续性连续性连续性（continuity（continuity）均质性均质性均质性均质性（uniformity）（uniformity）各向同性各向同性各向同性各向同性（isotropy）（isotropy）3.3.3.3.关于关于关于关于材料材料性质的假定性质的假定性质的假定性质的假定微或次上的机性成了宏观细观层随构观微或次上的机性成了宏观细观层随构观次上的各向同性。

层次上的各向同性。

层微或次上的律性成了宏观细观层规构观微或次上的律性成了宏观细观层规构观次上的各向性。

层异次上的各向性。

层异连续性连续性连续性连续性均质性均质性均质性均质性各向同性各向同性各向同性各向同性1.21.2工程力学的研究对象及其基本假定工程力学的研究对象及其基本假定工程力学的研究对象及其基本假定工程力学的研究对象及其基本假定4241211!

4241211!

hhbbLLhhbbLLwwmaxmax4.4.4.4.关于变形的假定关于变形的假定关于变形的假定关于变形的假定（小形变小形变）二阶微量可以忽略，使问题线性化二阶微量可以忽略，使问题线性化二阶微量可以忽略，使问题线性化二阶微量可以忽略，使问题线性化coscostan15231tan53tan15231tan531cos1coswwmaxmaxhh绝大多数的工程绝大多数的工程构件都工作在小变形状态构件都工作在小变形状态下。

下。

小变形假定带来的方便小变形假定带来的方便小变形假定带来的方便小变形假定带来的方便实际平衡的构形实际平衡的构形进行计算的构形进行计算的构形hhbbLLwwmaxmax4.4.4.4.关于变形的假定关于变形的假定关于变形的假定关于变形的假定（小形变小形变）二阶微量可以忽略，使问题线性化二阶微量可以忽略，使问题线性化二阶微量可以忽略，使问题线性化二阶微量可以忽略，使问题线性化wwmaxmaxhh小变形假定带来的方便小变形假定带来的方便小变形假定带来的方便小变形假定带来的方便可以在未变形的构形中进行计可以在未变形的构形中进行计可以在未变形的构形中进行计可以在未变形的构形中进行计算算算算*弹性变形弹性变形*塑性变形塑性变形线弹性线弹性线弹性线弹性变形变形体体变形变形体体理想模型理想模型连续性连续性均匀性均匀性各向同性各向同性小变形小变形1.31.3杆件及其基本变形形式杆件及其基本变形形式杆件及其基本变形形式杆件及其基本变形形式1.1.工程构件的基本类型工程构件的基本类型工程构件的基本类型工程构件的基本类型建筑工程中的例子建筑工程中的例子建筑工程中的例子建筑工程中的例子1.1.工程构件的基本类型工程构件的基本类型工程构件的基本类型工程构件的基本类型1.31.3杆件及其基本变形形式杆件及其基本变形形式杆件及其基本变形形式杆件及其基本变形形式1.1.工程构件的基本类型工程构件的基本类型工程构件的基本类型工程构件的基本类型1.31.3杆件及其基本变形形式杆件及其基本变形形式杆件及其基本变形形式杆件及其基本变形形式杆杆杆杆（bar）（bar）板板板板（plateplate）壳壳壳壳（shell）（shell）体体体体（body）（body）1.1.工程构件的基本类型工程构件的基本类型工程构件的基本类型工程构件的基本类型杆杆杆杆板板板板壳壳壳壳体体体体1.31.3杆件及其基本变形形式杆件及其基本变形形式杆件及其基本变形形式杆件及其基本变形形式轴线轴线轴线轴线轴线轴线横截面横截面轴线轴线横截面横截面轴线轴线横截面横截面斜截面斜截面等截面直杆等截面直杆等截面直杆等截面直杆变截面直杆变截面直杆变截面直杆变截面直杆曲杆曲杆曲杆曲杆2.2.工程力学的主要研究对象：

杆工程力学的主要研究对象：

杆工程力学的主要研究对象：

杆工程力学的主要研究对象：

杆分段等截面直杆分段等截面直杆分段等截面直杆分段等截面直杆1.31.3杆件及其基本变形形式杆件及其基本变形形式杆件及其基本变形形式杆件及其基本变形形式3.3.杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式拉压拉压拉压拉压（tension&compressiontension&compression）扭转扭转扭转扭转（torsion）（torsion）3.3.杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式弯曲弯曲弯曲弯曲（bendingbending）剪切剪切剪切剪切（shearingshearing）组合变形组合变形组合变形组合变形下面的具有什形效？

结构么变应下面的具有什形效？

结构么变应工程件往往生拉、曲等合形。

构产压扭转弯组变工程件往往生拉、曲等合形。

构产压扭转弯组变分析和讨论分析和讨论分析和讨论分析和讨论P下面的具有什形效？

结构么变应下面的具有什形效？

结构么变应分析和讨论分析和讨论分析和讨论分析和讨论分析和讨论分析和讨论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？

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。

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，还要考虑局工程力学不仅要考虑构件整体的平衡，还要考虑局工程力学不仅要考虑构件整体的平衡，还要考虑局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。

部的平衡。

部的平衡。

部的平衡。

1.41.4工程力学力学的研究方法工程力学力学的研究方法工程力学力学的研究方法工程力学力学的研究方法1.1.力学分析力学分析力学分析力学分析力系平衡力系平衡力系平衡力系平衡研究构件中的各个力学要素（包括外力和内力；包研究构件中的各个力学要素（包括外力和内力；包研究构件中的各个力学要素（包括外力和内力；包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。

括力和力偶矩）之间的关系。

括力和力偶矩）之间的关系。

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。

构件整体平衡时，它的任意局部也是平衡的。

构件整体平衡时，它的任意局部也是平衡的。

构件整体平衡时，它的任意局部也是平衡的。

2.2.物理分析物理分析物理分析物理分析研究材料的力学性能，研究构件的力学要素研究材料的力学性能，研究构件的力学要素研究材料的力学性能，研究构件的力学要素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。

（有时还包括热学要素）与几何要素之间的关系。

（有时还包括热学要素）与几何要素之间的关系。

（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、刚度和稳定性材料的力学性能影响构件的强度、刚度和稳定性材料的力学性能影响构件的强度、刚度和稳定性材料的力学性能影响构件的强度、刚度和稳定性。

荷形量之的系载与变间关荷形量之的系载与变间关度化力、形量之的温变与应变间关度化力、形量之的温变与应变间关系系件部力之的构内应与应变间关件部力之的构内应与应变间关系系物质重叠物质重叠裂纹裂纹变形协调变形协调变形协调变形协调3.3.几何分析几何分析几何分析几何分析构件内部变形应该是协调的构件内部变形应该是协调的构件内部变形应该是协调的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研究构件和结构中各几何要素之间的关系研究构件和结构中各几何要素之间的关系研究构件和结构中各几何要素之间的关系。

件中和形量之的系构应变变间关件中和形量之的系构应变变间关中各件形量之的系结构构变间关中各件形量之的系结构构变间关协调协调协调协调不协调不协调不协调不协调不协调不协调不协调不协调变形协调变形协调变形协调变形协调3.3.几何分析几何分析几何分析几何分析构件之间变形应该是协调的构件之间变形应该是协调的构件之间变形应该是协调的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研究构件和结构中各几何要素之间的关系研究构件和结构中各几何要素之间的关系研究构件和结构中各几何要素之间的关系。

件中和形量之的系构应变变间关件中和形量之的系构应变变间关中各件形量之的系结构构变间关中各件形量之的系结构构变间关协调协调协调协调不协调不协调不协调不协调不协调不协调不协调不协调力学分析力学分析力学分析力学分析力学分析力学分析力学分析力学分析物理分析物理分析物理分析物理分析力学分析力学分析力学分析力学分析物理分析物理分析物理分析物理分析几何分析几何分析几何分析几何分析力学分析力学分析力学分析力学分析物理分析物理分析物理分析物理分析几何分析几何分析几何分析几何分析力学分析力学分析力学分析力学分析物理分析物理分析物理分析物理分析几何分析几何分析几何分析几何分析力学分析力学分析力学分析力学分析物理分析物理分析物理分析物理分析几何分析几何分析几何分析几何分析以以三类分析为三类分析为三类分析为三类分析为核心核心核心核心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深化认识深化认识深化认识深化认识评价结论评价结论评价结论评价结论求解问题求解问题求解问题求解问题提出问题提出问题提出问题提出问题实践需求实践需求实践需求实践需求现象观察现象观察现象观察现象观察归纳与演绎归纳与演绎归纳与演绎归纳与演绎建立模型建立模型建立模型建立模型抽象与简化抽象与简化抽象与简化抽象与简化资料查询资料查询资料查询资料查询材料类型材料类型因果分析因果分析主次取舍主次取舍边界与约束边界与约束力学分析力学分析力学分析力学分析物理分析物理分析物理分析物理分析几何分析几何分析几何分析几何分析计算计算实验实验推理推理实验证实实验证实实验证实实验证实计算机仿真计算机仿真计算机仿真计算机仿真与已知结论比较与已知结论比较与已知结论比较与已知结论比较改善模型改善模型改善模型改善模型提炼规律提炼规律提炼规律提炼规律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力学家与力学史力学家与力学史力学家与力学史TimoshenkoTimoshenko是著名的是著名的俄裔美籍力学家、教育家。

在梁俄裔美籍力学家、教育家。

在梁、板、壳的强度理论和动力学理、板、壳的强度理论和动力学理论方面有许多原创性的贡献。

论方面有许多原创性的贡献。

他一生有二十余部著作。

他一生有二十余部著作。

上世上世纪纪三十三十年年代代他他撰撰写写的的两两卷卷本本StrengthofMaterialsStrengthofMaterials是是材料力学的经典著作，其所建立材料力学的经典著作，其所建立的体系被人们沿用至今。

的体系被人们沿用至今。

StephenProkofievitchTimoshenkoStephenProkofievitchTimoshenko（1878-19721878-1972）本章内容结束本章内容结束