工程力學(xué)緒論

1、工程力學(xué)緒論版權(quán)所有， 2000年2月，南京航空航天大學(xué)航空宇航學(xué)院訣竅理解概念掌握方法靈活應(yīng)用 什么是工程力學(xué)？工程力學(xué)是研究物體宏觀機械運動的學(xué)科工程力學(xué)是研究物體宏觀機械運動的學(xué)科 工程力學(xué)的研究對象你知道嗎？面向工程面向工程兩類機械運動工程力學(xué)的研究內(nèi)容n材料力學(xué)部份n剛體力學(xué)部份剛體靜力學(xué)剛體運動學(xué)剛體動力學(xué)H在滿足強度、剛度和穩(wěn)定性的目要求下，為設(shè)計既經(jīng)濟又安全的構(gòu)件，提供必要的理論基礎(chǔ)和計算方法力是物體力是物體間間相互的機械作用。這種作用有相互的機械作用。這種作用有兩種兩種效應(yīng)效應(yīng)：使物體的使物體的運動狀態(tài)運動狀態(tài)或或/ /和和形狀形狀發(fā)生變化。發(fā)生變化。內(nèi)效應(yīng)內(nèi)效應(yīng)外效應(yīng)外效應(yīng)

2、古代的力學(xué)北京故宮河南趙州橋雙曲拱橋雙曲拱橋不用鋼筋水泥不用鋼筋水泥一千六百余年仍可行車馬一千六百余年仍可行車馬力學(xué)發(fā)展的歷史蒸汽機車蒸汽機車澳大利亞悉尼雙拱結(jié)構(gòu)，桁架與拱的結(jié)合。雙拱結(jié)構(gòu)，桁架與拱的結(jié)合。憑橋面的承拉能力，拉壓自成平衡，對橋墩的抗彎憑橋面的承拉能力，拉壓自成平衡，對橋墩的抗彎要求不高，對橋墩的支座沉降不敏感。要求不高，對橋墩的支座沉降不敏感。 橋面承力柱纜索拉桿江陰長江大橋 纜索長度或調(diào)的拉桿防撞護欄江陰長江大橋纜索探索與風(fēng)險探索與風(fēng)險現(xiàn)代橋梁的箱形結(jié)構(gòu)25 2007年年8月月1日，日，美國明尼蘇達州明美國明尼蘇達州明尼阿波利斯市的尼阿波利斯市的35號州際高速公路上號州際高速

3、公路上橫跨密西西比河的橫跨密西西比河的大橋發(fā)生垮塌，造大橋發(fā)生垮塌，造成成50多輛汽車墜落，多輛汽車墜落，4人死亡，人死亡，50多人多人受傷。受傷。2627加拿大圣勞倫斯河上的魁北克大橋, 最大跨度 548米，是當時此類大橋中最大的。 28u 1907年年8月月29日在建造中的魁北克大橋由于日在建造中的魁北克大橋由于桿件失穩(wěn)引起整座大橋垮塌。桿件失穩(wěn)引起整座大橋垮塌。29u 現(xiàn)在的魁北克大橋現(xiàn)在的魁北克大橋結(jié)構(gòu)破壞的航空器實例海洋石油鉆井平臺海洋石油鉆井平臺和平號空間站和平號空間站 太陽能電池帆板太陽能電池帆板 國際空間站國際空間站 國際空間國際空間站站 機械加工用的鉆床的立柱，機械加工用的鉆

4、床的立柱，如果強度不夠，就會折斷如果強度不夠，就會折斷(斷裂斷裂)或折彎或折彎(塑性變形塑性變形)；如果剛度不；如果剛度不夠，鉆床立柱即使不發(fā)生斷裂夠，鉆床立柱即使不發(fā)生斷裂或者折彎，也會產(chǎn)生過大彈性或者折彎，也會產(chǎn)生過大彈性變形（圖中虛線所示為夸大的變形（圖中虛線所示為夸大的彈性變形），從而影響鉆孔的彈性變形），從而影響鉆孔的精度，甚至產(chǎn)生振動，影響鉆精度，甚至產(chǎn)生振動，影響鉆床的在役壽命。床的在役壽命。 穩(wěn)定失效的例子穩(wěn)定失效的例子多見于承受軸向壓多見于承受軸向壓力的工程構(gòu)件。力的工程構(gòu)件。 翻斗貨車的液壓翻斗貨車的液壓機構(gòu)中的頂桿，如機構(gòu)中的頂桿，如果承受的壓力過大，果承受的壓力過大，或

5、者過于細長，就或者過于細長，就有可能突然由直變有可能突然由直變彎，發(fā)生穩(wěn)定失效。彎，發(fā)生穩(wěn)定失效。 壓桿壓桿 工程設(shè)計的任務(wù)之一就是保證構(gòu)件在確定的外工程設(shè)計的任務(wù)之一就是保證構(gòu)件在確定的外力作用下正常工作而不發(fā)生強度失效、剛度失效和力作用下正常工作而不發(fā)生強度失效、剛度失效和穩(wěn)定，即保證構(gòu)件具有足夠的穩(wěn)定，即保證構(gòu)件具有足夠的強度強度(strength)、剛度剛度(rigidity)與與穩(wěn)定性穩(wěn)定性(stability)。 所謂強度所謂強度是指構(gòu)件受力后不能發(fā)生破壞或產(chǎn)生是指構(gòu)件受力后不能發(fā)生破壞或產(chǎn)生不可恢復(fù)的變形的能力；不可恢復(fù)的變形的能力； 所謂剛度所謂剛度是指構(gòu)件受力后不能發(fā)生超過工

6、程允是指構(gòu)件受力后不能發(fā)生超過工程允許的彈性變形的能力；許的彈性變形的能力； 所謂穩(wěn)定性所謂穩(wěn)定性是指構(gòu)件在壓縮載荷的作用下，是指構(gòu)件在壓縮載荷的作用下，保持平衡形式不能發(fā)生突然轉(zhuǎn)變的能力（例如細保持平衡形式不能發(fā)生突然轉(zhuǎn)變的能力（例如細長直桿在軸向壓力作用下，當壓力超過一定數(shù)值長直桿在軸向壓力作用下，當壓力超過一定數(shù)值時，在外界擾動下，桿會突然從直線平衡形式轉(zhuǎn)時，在外界擾動下，桿會突然從直線平衡形式轉(zhuǎn)變?yōu)閺澢钠胶庑问剑?。變?yōu)閺澢钠胶庑问剑?為了完成常規(guī)的工程設(shè)計任務(wù)，需要為了完成常規(guī)的工程設(shè)計任務(wù)，需要進行以下幾方面的工作：進行以下幾方面的工作： 分析并確定構(gòu)件所受各種外力的大分析并確

7、定構(gòu)件所受各種外力的大小和方向。小和方向。 研究在外力作用下構(gòu)件的內(nèi)部受力、研究在外力作用下構(gòu)件的內(nèi)部受力、變形和失效的規(guī)律。變形和失效的規(guī)律。 提出保證構(gòu)件具有足夠強度、剛度提出保證構(gòu)件具有足夠強度、剛度和穩(wěn)定性的設(shè)計準則與設(shè)計方法。和穩(wěn)定性的設(shè)計準則與設(shè)計方法。 工程力學(xué)課程就是講授完成這些工作工程力學(xué)課程就是講授完成這些工作所必需的基礎(chǔ)知識。所必需的基礎(chǔ)知識。 工程力學(xué)任務(wù)工程力學(xué)能解決的問題運動問題運動問題動力學(xué)問題動力學(xué)問題結(jié)構(gòu)強度結(jié)構(gòu)強度結(jié)構(gòu)剛度結(jié)構(gòu)剛度結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性 剛體與變形體剛體與變形體 塔式吊車起吊重物后，塔式吊車起吊重物后，組成塔吊的各桿件都要組成塔吊的各桿件都要發(fā)

8、生變形，這時可以認發(fā)生變形，這時可以認為塔吊是變形體。為塔吊是變形體。 但是，如果僅僅研究但是，如果僅僅研究保持塔吊平衡時重物重保持塔吊平衡時重物重量與配重之間的關(guān)系時，量與配重之間的關(guān)系時，又可以將塔吊整體視為又可以將塔吊整體視為剛體。剛體。48靜力學(xué)靜力學(xué)變形固體變形固體材料力學(xué)屬材料力學(xué)屬固體力學(xué)固體力學(xué)研究研究剛體剛體，研究研究力力的平衡關(guān)系。的平衡關(guān)系。材料力學(xué)材料力學(xué) 研究研究變形體變形體， 研究研究力力與與變形變形的關(guān)系。的關(guān)系。研究模型研究模型 構(gòu)件構(gòu)件: 工程結(jié)構(gòu)或機械的工程結(jié)構(gòu)或機械的各組成部分。各組成部分。49研究模型研究模型 構(gòu)件的分類：構(gòu)件的分類：桿；桿；板、殼體；板

9、、殼體；塊體。塊體。構(gòu)件構(gòu)件: 工程結(jié)構(gòu)或機械的各組成部分。工程結(jié)構(gòu)或機械的各組成部分。 對構(gòu)件的三項對構(gòu)件的三項基本要求基本要求u 強度強度構(gòu)件應(yīng)具有足夠構(gòu)件應(yīng)具有足夠的的抵抗破壞抵抗破壞的能的能力。力。u 剛度剛度構(gòu)件應(yīng)具有足夠的構(gòu)件應(yīng)具有足夠的抵抗變形抵抗變形的能力。的能力。50u 剛度剛度構(gòu)件應(yīng)具有足夠的構(gòu)件應(yīng)具有足夠的抵抗變形抵抗變形的能力。的能力。u 穩(wěn)定性穩(wěn)定性構(gòu)件應(yīng)具有足夠的構(gòu)件應(yīng)具有足夠的保持其原有平衡狀態(tài)保持其原有平衡狀態(tài)的能力的能力.2 材料力學(xué)的任務(wù)材料力學(xué)的任務(wù)1）研究構(gòu)件的強度、剛度和穩(wěn)定性；）研究構(gòu)件的強度、剛度和穩(wěn)定性；511、足夠的強度：指抵抗破壞的能力，破壞

10、指工程意義上的破壞、足夠的強度：指抵抗破壞的能力，破壞指工程意義上的破壞，通常是指斷裂或永久變形。，通常是指斷裂或永久變形。 2、足夠的剛度：指抵抗變形的能力，變形指構(gòu)件形狀尺寸的變、足夠的剛度：指抵抗變形的能力，變形指構(gòu)件形狀尺寸的變化。變形又可分為彈性變形和塑性變形?；?。變形又可分為彈性變形和塑性變形。 彈性變形：載荷去除后可以完全恢復(fù)的變形。彈性變形：載荷去除后可以完全恢復(fù)的變形。 塑性變形：載荷去除后不能恢復(fù)的那一部分變形。塑性變形：載荷去除后不能恢復(fù)的那一部分變形。 3、穩(wěn)定性：指桿件保持原有變形方式能力，不同受載方式的變、穩(wěn)定性：指桿件保持原有變形方式能力，不同受載方式的變形方式不同。形方式不同。 不同結(jié)構(gòu)材料和截面形狀的桿件有著不同的強度、剛度和穩(wěn)定性不同結(jié)構(gòu)材料和截面形狀的桿件有著不同的強度、剛度和穩(wěn)定性，即有不同的，即有不同的承載能力。承載能力。u強度、剛度和穩(wěn)定性強度、剛度和穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)