理論力學(xué)第一章11

1、理論力學(xué)理論力學(xué) 靜力學(xué)靜力學(xué)+ +運(yùn)動(dòng)學(xué)運(yùn)動(dòng)學(xué)+ +動(dòng)力學(xué)動(dòng)力學(xué)成績(jī)考核（成績(jī)考核（平時(shí)成績(jī)期末考試平時(shí)成績(jī)期末考試）：）：1. 1. 平時(shí)成績(jī)平時(shí)成績(jī) 20 20 分，其中作業(yè)分，其中作業(yè) 10 10 分，測(cè)驗(yàn)分，測(cè)驗(yàn) 5 5 分，出勤分，出勤 10 10 分分2. 2. 期末考試卷面期末考試卷面 80 80 分分 教材：教材：哈工大理論力學(xué)教研室哈工大理論力學(xué)教研室 編編, ,理論力學(xué)理論力學(xué)第第7 7版版, ,高教出版社高教出版社,2009,2009考試：考試：2020周周 周四周四(5(5月月6 6日日) 13:45-15:45 ) 13:45-15:45 正心正心1414、1212

2、、1111緒緒 論論力學(xué)的研究?jī)?nèi)容力學(xué)的研究?jī)?nèi)容牛頓運(yùn)動(dòng)三定律牛頓運(yùn)動(dòng)三定律速度、加速度速度、加速度 物體運(yùn)動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)物體相互作用物體相互作用力力 力學(xué)的地位與作用力學(xué)的地位與作用技術(shù)科學(xué)技術(shù)科學(xué)自然科學(xué)自然科學(xué)工程技術(shù)工程技術(shù)牛頓三定律牛頓三定律 復(fù)雜工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜工程結(jié)構(gòu) 力學(xué)力學(xué) 力學(xué)的地位與作用力學(xué)的地位與作用 趙州橋又名安濟(jì)橋，建于隋趙州橋又名安濟(jì)橋，建于隋大業(yè)大業(yè)(公元公元605-618)年間，是著年間，是著名匠師李春建造。橋長(zhǎng)名匠師李春建造。橋長(zhǎng)64.40米，跨徑米，跨徑37.02米，是當(dāng)今世米，是當(dāng)今世界上跨徑最大、建造最早的單界上跨徑最大、建造最早的單孔敞肩型石拱橋。因橋兩端肩

3、孔敞肩型石拱橋。因橋兩端肩部各有二個(gè)小孔，不是實(shí)的，部各有二個(gè)小孔，不是實(shí)的，故稱敞肩型，這是世界造橋史故稱敞肩型，這是世界造橋史的一個(gè)創(chuàng)造。的一個(gè)創(chuàng)造。 力學(xué)的地位與作用力學(xué)的地位與作用倫敦塔橋倫敦塔橋原名迪拜塔，是原名迪拜塔，是位于迪拜的一棟位于迪拜的一棟已經(jīng)建成的摩天已經(jīng)建成的摩天大樓，有大樓，有160層，層，總高總高828米，比臺(tái)米，比臺(tái)北北101足足高出足足高出320米。迪拜塔由米。迪拜塔由韓國(guó)三星公司負(fù)韓國(guó)三星公司負(fù)責(zé)營(yíng)造，責(zé)營(yíng)造，2004年年9月月21日開始動(dòng)工，日開始動(dòng)工，2010年年1月月4日竣日竣工啟用，同時(shí)正工啟用，同時(shí)正式更名哈利法塔。式更名哈利法塔。 高速鐵路機(jī)車高速

4、鐵路機(jī)車( (流線型車頭流線型車頭玻璃鋼；車體玻璃鋼；車體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)玻璃鋼、耐水膠合板、鋁板夾層玻璃鋼、耐水膠合板、鋁板夾層) )u航空航天技術(shù)航空航天技術(shù)材材 料料力力 學(xué)學(xué)信信 息息制制 造造Aerospace新能源新能源 大飛機(jī)大飛機(jī)C919 殲殲10應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例 衛(wèi)星主承力筒與太陽(yáng)帆板基板衛(wèi)星主承力筒與太陽(yáng)帆板基板 模態(tài)響應(yīng)模態(tài)響應(yīng) 屈曲失穩(wěn)屈曲失穩(wěn) 損傷容限損傷容限 連接強(qiáng)度連接強(qiáng)度應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例 固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī) 殼體殼體 幾何非線性幾何非線性 界面界面 檢驗(yàn)規(guī)范檢驗(yàn)規(guī)范 破壞準(zhǔn)則破壞準(zhǔn)則 噴管噴管 性能表征性能表征 結(jié)構(gòu)完整性結(jié)構(gòu)完整性 可靠性可靠性應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)

5、例 可膨脹展開大型空間結(jié)構(gòu)可膨脹展開大型空間結(jié)構(gòu) 幾何非線性幾何非線性 剛化與展開動(dòng)力學(xué)剛化與展開動(dòng)力學(xué) 穩(wěn)定性穩(wěn)定性 防泄露防泄露 沖擊沖擊應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例航空發(fā)動(dòng)機(jī)航空發(fā)動(dòng)機(jī)-蠕變：高溫復(fù)雜載荷蠕變：高溫復(fù)雜載荷-疲勞：循環(huán)載荷疲勞：循環(huán)載荷-氧化氧化/ /腐蝕腐蝕/ /沖刷：燃沖刷：燃?xì)饨橘|(zhì)氣介質(zhì)-微結(jié)構(gòu)演化微結(jié)構(gòu)演化 飛船對(duì)接飛船對(duì)接 對(duì)接位置控制：軌道動(dòng)力學(xué)對(duì)接位置控制：軌道動(dòng)力學(xué) 對(duì)接姿態(tài)控制：多體動(dòng)力學(xué)對(duì)接姿態(tài)控制：多體動(dòng)力學(xué) 對(duì)接過(guò)程控制：碰撞動(dòng)力學(xué)對(duì)接過(guò)程控制：碰撞動(dòng)力學(xué)應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例力學(xué)概念的延伸力學(xué)概念的延伸 力學(xué)系統(tǒng)力學(xué)系統(tǒng) 機(jī)械相互作用機(jī)械相互作用 = 經(jīng)典力學(xué)經(jīng)典

6、力學(xué)系統(tǒng)演化發(fā)展系統(tǒng)演化發(fā)展 周圍環(huán)境的相互作用周圍環(huán)境的相互作用 熱系統(tǒng)熱系統(tǒng) 熱交換與傳遞熱交換與傳遞 = 熱力學(xué)熱力學(xué)電磁系統(tǒng)電磁系統(tǒng) 電磁相互作用電磁相互作用 = 電動(dòng)力學(xué)電動(dòng)力學(xué)經(jīng)典力學(xué)的分類經(jīng)典力學(xué)的分類 力學(xué)力學(xué)理論力學(xué)：研究質(zhì)點(diǎn)與剛體系統(tǒng)，離散系統(tǒng)理論力學(xué)：研究質(zhì)點(diǎn)與剛體系統(tǒng)，離散系統(tǒng)連續(xù)介質(zhì)力學(xué)：研究變形體系統(tǒng)，連續(xù)系統(tǒng)連續(xù)介質(zhì)力學(xué)：研究變形體系統(tǒng)，連續(xù)系統(tǒng)理論力學(xué)理論力學(xué)靜力學(xué)，研究力系的簡(jiǎn)化與平衡靜力學(xué)，研究力系的簡(jiǎn)化與平衡運(yùn)動(dòng)學(xué)，研究運(yùn)動(dòng)的幾何性質(zhì)運(yùn)動(dòng)學(xué)，研究運(yùn)動(dòng)的幾何性質(zhì)動(dòng)力學(xué)，研究力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系動(dòng)力學(xué)，研究力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系研究物體的受力分析、力系的等效替換（或簡(jiǎn)化）、

7、建立各研究物體的受力分析、力系的等效替換（或簡(jiǎn)化）、建立各種力系的平衡條件的科學(xué)種力系的平衡條件的科學(xué)靜力學(xué)靜力學(xué)1 1、物體的受力分析物體的受力分析：分析物體（包括物體系）受哪些：分析物體（包括物體系）受哪些力，每個(gè)力的作用位置和方向，并畫出物體的受力圖力，每個(gè)力的作用位置和方向，并畫出物體的受力圖2 2、力系的等效替換（或簡(jiǎn)化）力系的等效替換（或簡(jiǎn)化）：用一個(gè)簡(jiǎn)單力系等效代替：用一個(gè)簡(jiǎn)單力系等效代替一個(gè)復(fù)雜力系一個(gè)復(fù)雜力系3 3、各種力系的平衡條件各種力系的平衡條件：建立各種力系的平衡條件，并：建立各種力系的平衡條件，并應(yīng)用這些條件解決靜力學(xué)實(shí)際問(wèn)題應(yīng)用這些條件解決靜力學(xué)實(shí)際問(wèn)題 力力：一

8、個(gè)物體對(duì)另一個(gè)物體的作用，作用效果使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變或者使物體發(fā)生變形 力系力系：作用在物體上的一群力，力的集合. 幾個(gè)基本概念幾個(gè)基本概念力的三要素：大小、方向、作用點(diǎn) 力是矢量平面共點(diǎn)力系平面匯交力系平面平行力系平面任意力系平面力偶系空間共點(diǎn)力系空間匯交力系空間平行力系空間任意力系空間力偶系外效應(yīng)：使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變內(nèi)效應(yīng)：使物體發(fā)生變形 靜力學(xué)主要任務(wù)之一靜力學(xué)主要任務(wù)之一：建立起這些力系的平衡條件：建立起這些力系的平衡條件. 出版教材上用黑斜體出版教材上用黑斜體F表示，手寫體一般寫成表示，手寫體一般寫成F 平衡平衡：物體相對(duì)慣性參考系（如地面）靜止或作勻速直線運(yùn)動(dòng) 剛體：剛

9、體：在力的作用下，其內(nèi)部任意兩點(diǎn)間的距離始終保持不變的物體，或者說(shuō)是絕對(duì)不變形的物體.（理想的、抽象的力學(xué)模型） 變形體：變形體：任何物體在力的作用下要產(chǎn)生變形，稱為變形體。 例：例：一列火車可依據(jù)研究目的不同，分別作為點(diǎn)、質(zhì)點(diǎn)、剛體、剛體系和變形體來(lái)考慮。幾個(gè)基本概念幾個(gè)基本概念 等效力系等效力系：如果一個(gè)力系作用于物體的效果與另一個(gè)力系作用于該物體的效果相同，這兩個(gè)力系互為等效力系。 平衡力系平衡力系：不受外力作用的物體可稱其為受零力系作用。一個(gè)力系如果與零力系等效，則該力系稱為平衡力系。第一章第一章 靜力學(xué)公理和物體的受力分析靜力學(xué)公理和物體的受力分析1-1 1-1 靜力學(xué)公理靜力學(xué)公理

10、 剛化原理剛化原理 力的平行四邊形法則力的平行四邊形法則 二力平衡條件二力平衡條件 加減平衡力系原理加減平衡力系原理 作用和反作用定律作用和反作用定律1-1 1-1 靜力學(xué)公理靜力學(xué)公理公理公理1 1 力的平行四邊形法則力的平行四邊形法則作用在物體上同一點(diǎn)的兩個(gè)力，可以合成為一個(gè)合力。作用在物體上同一點(diǎn)的兩個(gè)力，可以合成為一個(gè)合力。合力的作用點(diǎn)也在該點(diǎn)，合力的大小和方向，由這兩個(gè)合力的作用點(diǎn)也在該點(diǎn)，合力的大小和方向，由這兩個(gè)力為邊構(gòu)成的平行四邊形的對(duì)角線確定。力為邊構(gòu)成的平行四邊形的對(duì)角線確定。合力合力( (合力的大小與方向合力的大小與方向) () (矢量和矢量和) )21RFFF亦可用力三

11、角形求得合力矢亦可用力三角形求得合力矢 公理公理2 2 二力平衡條件二力平衡條件 使剛體平衡的充分必要條件使剛體平衡的充分必要條件21FF-最簡(jiǎn)單力系的平衡條件最簡(jiǎn)單力系的平衡條件作用在剛體上的兩個(gè)力，使剛體保持平衡的必要和充分條件是：作用在剛體上的兩個(gè)力，使剛體保持平衡的必要和充分條件是：這兩個(gè)力的大小相等，方向相反，且作用在同一直線上。這兩個(gè)力的大小相等，方向相反，且作用在同一直線上。變形體呢？變形體呢？使變形體平衡的必要條件使變形體平衡的必要條件二力桿判別依據(jù)二力桿判別依據(jù)公理公理3 3 加減平衡力系原理加減平衡力系原理推理推理1 作用在剛體上的力是滑動(dòng)矢量，力的三要素為作用在剛體上的力

12、是滑動(dòng)矢量，力的三要素為大小、方向和作用線大小、方向和作用線在已知力系上加上或減去任意的平衡力系，并不改變?cè)ο祵?duì)剛體的作用。在已知力系上加上或減去任意的平衡力系，并不改變?cè)ο祵?duì)剛體的作用。 作用于剛體上某點(diǎn)的力，可以沿著它的作用線移到剛體內(nèi)任意一點(diǎn)，作用于剛體上某點(diǎn)的力，可以沿著它的作用線移到剛體內(nèi)任意一點(diǎn)，并不改變?cè)摿?duì)剛體的作用。并不改變?cè)摿?duì)剛體的作用。力的可傳性力的可傳性（注意：公理3和推理1 不適用變形體，定位矢量）推理推理2 2 作用于剛體上三個(gè)相互平衡的力，若其中兩個(gè)力的作作用于剛體上三個(gè)相互平衡的力，若其中兩個(gè)力的作用線匯交于一點(diǎn)，則此三力必在同一平面內(nèi)，且第三個(gè)力用線匯交

13、于一點(diǎn)，則此三力必在同一平面內(nèi)，且第三個(gè)力的作用線通過(guò)匯交點(diǎn)。的作用線通過(guò)匯交點(diǎn)。三力平衡匯交定理三力平衡匯交定理應(yīng)用：應(yīng)用：剛體只受同平面三個(gè)匯交力作用而平衡，有時(shí)稱剛體只受同平面三個(gè)匯交力作用而平衡，有時(shí)稱三力構(gòu)件。若知道其中兩個(gè)力的交點(diǎn)和第三個(gè)力的作用點(diǎn)，三力構(gòu)件。若知道其中兩個(gè)力的交點(diǎn)和第三個(gè)力的作用點(diǎn)，可判定第三個(gè)力作用線的方位?？膳卸ǖ谌齻€(gè)力作用線的方位。公理公理4 4 作用和反作用定律作用和反作用定律作用力和反作用力總是同時(shí)存在，同時(shí)消失，兩力等值、作用力和反作用力總是同時(shí)存在，同時(shí)消失，兩力等值、反向、共線，作用在相互作用的兩個(gè)物體上反向、共線，作用在相互作用的兩個(gè)物體上 在畫

14、物體受力圖時(shí)要注意此公理的應(yīng)用在畫物體受力圖時(shí)要注意此公理的應(yīng)用 注意：與二力平衡條件的區(qū)別注意：與二力平衡條件的區(qū)別公理公理5 5 剛化原理剛化原理柔性體（受拉力平衡）柔性體（受拉力平衡）剛化為剛體（仍平衡）剛化為剛體（仍平衡）反之不一定成立反之不一定成立剛體（受壓平衡）剛體（受壓平衡）柔性體（受壓不能平衡）柔性體（受壓不能平衡）變形體變形體在某一力系作用下處于平衡，如將此變形體剛化為剛體，其平在某一力系作用下處于平衡，如將此變形體剛化為剛體，其平衡狀態(tài)保持不變衡狀態(tài)保持不變.剛體平衡條件是變形體平衡的必要條件剛體平衡條件是變形體平衡的必要條件約束約束：約束反力約束反力：約束反力約束反力大小

15、大小待定待定方向方向與該約束所能阻礙的位移方向相反與該約束所能阻礙的位移方向相反作用點(diǎn)作用點(diǎn)接觸處接觸處1-2 1-2 約束和約束反力約束和約束反力對(duì)非自由體的某些位移起限制作用的周圍物體。對(duì)非自由體的某些位移起限制作用的周圍物體。約束對(duì)非自由體的作用力。約束對(duì)非自由體的作用力。也可稱為也可稱為被動(dòng)力被動(dòng)力。主動(dòng)力主動(dòng)力：使物體產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力。使物體產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力。重力、風(fēng)力、載荷力等重力、風(fēng)力、載荷力等自由體自由體：位移不受限制的物體。位移不受限制的物體。非自由體非自由體：位移受到限制的物體。位移受到限制的物體。工程中常見的約束工程中常見的約束1 1、具有光滑接觸面（線、點(diǎn)）

16、的約束（光滑接觸約束）、具有光滑接觸面（線、點(diǎn)）的約束（光滑接觸約束）接觸處（面、線、點(diǎn)）的摩擦力可以忽略不計(jì)光滑接觸面約束 光滑支承接觸對(duì)物體的約束力，光滑支承接觸對(duì)物體的約束力，作用在接觸處作用在接觸處；方向方向沿接觸處的公法線并指向受力物體沿接觸處的公法線并指向受力物體，故稱為法向約束，故稱為法向約束力，用力，用 表示表示NF2 2、由柔軟的繩索、皮帶或鏈條等構(gòu)成的約束、由柔軟的繩索、皮帶或鏈條等構(gòu)成的約束柔索只能受拉力，又稱張力柔索只能受拉力，又稱張力. .用用 表示表示TF柔索對(duì)物體的約束力沿著柔索背向被約束物體柔索對(duì)物體的約束力沿著柔索背向被約束物體皮帶（鏈條）對(duì)輪的約束力沿輪緣的

17、切線方向，為拉力皮帶（鏈條）對(duì)輪的約束力沿輪緣的切線方向，為拉力3 3 、光滑鉸鏈約束（徑向軸承、圓柱鉸鏈、固定鉸鏈支座等）、光滑鉸鏈約束（徑向軸承、圓柱鉸鏈、固定鉸鏈支座等） （1 1） 徑向軸承（向心軸承）徑向軸承（向心軸承） 約束特點(diǎn)：約束特點(diǎn)：約束力約束力： 當(dāng)不計(jì)摩擦?xí)r，軸與孔在接觸處為光滑接觸約束當(dāng)不計(jì)摩擦?xí)r，軸與孔在接觸處為光滑接觸約束法向約束力約束力作用在接觸處，沿徑向指向軸心法向約束力約束力作用在接觸處，沿徑向指向軸心軸在軸承孔內(nèi)，軸為被約束體、軸在軸承孔內(nèi)，軸為被約束體、 軸承孔為約束軸承孔為約束當(dāng)外界載荷不同時(shí)，接觸點(diǎn)會(huì)變，則約束力的大小當(dāng)外界載荷不同時(shí)，接觸點(diǎn)會(huì)變，則約

18、束力的大小與方向均有改變與方向均有改變可用二個(gè)通過(guò)軸心的正交分力可用二個(gè)通過(guò)軸心的正交分力 表示表示yxFF,（2 2）光滑圓柱鉸鏈）光滑圓柱鉸鏈約束特點(diǎn)：約束特點(diǎn)：由兩個(gè)各穿孔的構(gòu)件及圓柱銷釘組成，如剪刀由兩個(gè)各穿孔的構(gòu)件及圓柱銷釘組成，如剪刀光滑圓柱鉸鏈約束約束力：約束力：光滑圓柱鉸鏈：亦為孔與軸的配合問(wèn)題，與軸承一樣，可用光滑圓柱鉸鏈：亦為孔與軸的配合問(wèn)題，與軸承一樣，可用兩個(gè)正交分力表示兩個(gè)正交分力表示兩組約束力間有作用力和反作用力的關(guān)系兩組約束力間有作用力和反作用力的關(guān)系 一般不必分析銷釘受力，當(dāng)要分一般不必分析銷釘受力，當(dāng)要分析時(shí)，必須把銷釘單獨(dú)取出析時(shí)，必須把銷釘單獨(dú)取出yCyC

19、xCxCFFFF-,（3 3） 固定鉸鏈支座固定鉸鏈支座約束特點(diǎn)：約束特點(diǎn)：由上面構(gòu)件由上面構(gòu)件1 1或或2 2 之一與地面或機(jī)架固定而成之一與地面或機(jī)架固定而成 約束力：與圓柱鉸鏈相同約束力：與圓柱鉸鏈相同 以上三種約束（徑向軸承、光滑圓柱鉸鏈、固定鉸鏈以上三種約束（徑向軸承、光滑圓柱鉸鏈、固定鉸鏈支座）其約束特性相同，均為軸與孔的配合問(wèn)題，都可稱支座）其約束特性相同，均為軸與孔的配合問(wèn)題，都可稱作光滑圓柱鉸鏈約束作光滑圓柱鉸鏈約束4 4、其它類型約束、其它類型約束 （1 1）滾動(dòng)支座）滾動(dòng)支座 約束特點(diǎn)：約束特點(diǎn)： 在上述固定鉸支座與光滑固定平面之間裝有光滑滾軸而成在上述固定鉸支座與光滑固定平面之間裝有光滑滾軸而成 約束力：約束力：構(gòu)件受到垂直于光滑面的約束力構(gòu)件受到垂直于光滑面的約束力(2) (2) 球