現(xiàn)代力學課件

一、

什么是力學二、力學與工程三、現(xiàn)代力學的發(fā)展及其特點七、工程靜力學研究主線五、最基本概念--力和運動四、學科分類六、一般研究方法1一、什么是力學?是各技術工程學科的重要理論基礎，是溝通自然科學基礎理論與工程實踐的橋梁。所闡述的規(guī)律帶有普遍性，是一門基礎科學。直接服務于工程,又是一門技術科學。力學是研究物質機械運動規(guī)律的科學。墨子：“力，形之所以奮也”。（公元前4世紀）

力是物體為什么改變其狀態(tài)的原因。

2機械、結構等受力如何？如何運動？如何變形？破壞？如何控制設計？其目的是：

了解工程系統(tǒng)的性態(tài)并為其設計提供合理的規(guī)則。工程力學（或者應用力學）是:將力學原理應用實際工程系統(tǒng)的科學。性態(tài)規(guī)則3實驗探索：風箏、火箭、模擬鳥類滑翔等。問題一、如何飛起來？5到19世紀末，經(jīng)典流體力學基礎已經(jīng)形成。1783年6月，法蒙高兄弟布袋式熱氣球飛行。1875年，氫氣球載人飛行到萬米高空。19世紀后，出現(xiàn)了飛艇。充填氫、氦、熱空氣等產(chǎn)生升力，用動力裝置輔助控制,可以向任意方向飛行?？諝忪o力飛行：（氣球、飛艇）

到20世紀，人們從理論和實踐二方面研究飛行器與空氣相對運動時作用力(升力，阻力)的產(chǎn)生及其規(guī)律?？諝鈩恿W

發(fā)展并形成新分枝?？諝鈩恿︼w行：61949年，第一架噴氣式客機“彗星號”,可載客80名，最大起飛重量達70噸，跨音速。1903年，萊特兄弟（美國）的木制機身、雙層帆布機翼螺旋槳飛機第一次飛行。7問題二如何飛？作為剛體，研究運動規(guī)律和控制。飛行力學問題三如何保證結構的安全？

無缺陷均勻材料，變形體。研究對象材料力學性能、結構應力分析、失效判據(jù)、設計規(guī)范。研究內(nèi)容

材料力學、結構力學、彈性力學、計算力學等。

屬于靜強度設計。相應學科9飛機整機結構強度實驗機翼破壞實驗10機身結構強度實驗11

振動、噪聲控制；穩(wěn)定性和可操縱性力學與工程緊密結合。是一門既古老又年輕的學科，它對于近、現(xiàn)代科學技術的進步，有重要的影響。問題四、如何更加舒適？飛起來?跨、超音速空氣動力學噴氣機、后掠翼、復合材料快速理論力學飛行力學如何飛？安全振動噪聲；穩(wěn)定性舒適材料力學結構力學彈性力學計算力學疲勞力學斷裂力學空氣動力學雙、單翼機氣球、飛艇流體力學實驗力學13大型汽輪機轉子結構的破壞例：14

軸葉輪

疲勞斷裂破壞15葉片擊穿廠房17臺南高屏大橋斷裂2000年8月27日下午3時20分，臺灣南部高屏大橋斷裂，大橋中間下陷部分長達100米。17輛車墜河，22人受傷。采沙過度，河面沉降10余米，橋墩先斷裂。182000年７月25日，法航協(xié)和式客機墜毀，113人死亡。地面鐵條使輪胎爆裂，碎片侵入發(fā)動機。19建筑物控制爆破21上海東方電視塔高300m球徑45m22抗震模型試驗（破壞部位、破壞形式、抗震能力）23靜強度、斷裂控制設計、抗疲勞設計、剛度設計損傷容限設計、結構優(yōu)化設計、耐久性設計和可靠性設計等。保證結構與構件的安全和功能

設計-制造-使用-維護的綜合分析與控制，功能—安全—經(jīng)濟的綜合性評價，自感知、自激勵、自適應（甚至自診斷、自修復）的智能結構。設計目標：設計準則：253.2現(xiàn)代力學的特點應用現(xiàn)代計算機、信息技術，

與其他基礎或技術學科相互結合與滲透。材料設計：按所要求的性能設計材料。(90年代)計算機應用：計算力學+計算機應用(60年代)解決復雜、困難的工程實際問題。使工程結構分析技術；（結合CAD技術）監(jiān)測、控制技術（如振動監(jiān)測、故障診斷）；工程系統(tǒng)動態(tài)過程的計算機數(shù)值仿真技術；廣泛應用至各工程領域。26按研究對象分：一般力學：對象是剛體。研究力及其與運動的關系。有理論力學，分析力學等。流體力學：對象是氣體和液體。有水力學、空氣動力學等。固體力學：對象是可變形固體。研究強度、變形、破壞等。有材料力學、結構力學、彈性力學、塑性力學、斷裂、疲勞等。

(理論分析、實驗和數(shù)值計算)有實驗力學、計算力學二個方面的分支。按研究手段分：

有飛行力學、船舶結構力學、巖土力學等。按應用領域分：29五、最基本概念--力和運動力學既要研究力，又要研究運動，還要將力和運動二者聯(lián)系起來。力是物體間的相互作用。1.力：直接接觸的物體，通過接觸表面的相互作用。如物體間壓力等。表面力分布作用在接觸面上。表面力非直接接觸物體間的相互作用。如物體重力、慣性力、電場力、磁場力等。體積力分布作用在物體整個體積內(nèi)，與質量有關。體積力302.運動：是力(力系)作用的結果。有二種效應：物體空間位置隨時間的變化。如飛機在空中飛行，復雜的運動。運動—（外效應）物體自身形狀的局部畸變。如機翼、機身結構的變形。變形—（內(nèi)效應）313.力與運動之關系的研究，屬于動力學。是動力學基本方程。注意F、a

是矢量。牛頓第二定律:物體運動狀態(tài)的改變(dv/dt=a)與作用于其上的力成正比，并發(fā)生于該力的作用線上。力與變形之關系，是與材料有關的物理行為。4.力與固體的變形之關系的研究,屬固體力學。特別地，若物體的運動狀態(tài)不發(fā)生改變（a=0）,則稱物體處于平衡。32提出問題，選擇有關的研究系統(tǒng)。對系統(tǒng)進行抽象與簡化，建立力學模型。利用力學原理進行分析、推理，得出結論與已知結論相比較，或由實驗進行驗證。確認或進一步改善模型，深化認識六、一般研究方法工程力學解決問題的一般方法，類似于一般科學研究的普遍方法，可歸納為：建立力學模型是最關鍵的。(需要知識和經(jīng)驗)模型包括材料性能、載荷、約束、幾何形狀等真實情況的理想化和簡化。33材料模型變形體模型剛體模型34汽車通過輪胎作用在橋面上的集中力模型載荷模型橋面板作用在鋼梁的分布力模型35例如，研究工程構件（如桿、梁、軸等）時，先將其理想化為剛體，研究其上的受力和運動；建立力學模型是最關鍵的。(需要知識和經(jīng)驗)研究不同的問題，采用不同的模型。好的模型，既能使問題的求解簡化，又能使結果基本符合實際情況，滿足精度。若進一步考慮材料的塑性，可研究其彈—塑性行為。就會得到更進一步的啟發(fā)。再將其視為變形體，并假定變形是彈性的，研究在載荷作用下構件的彈性變形；36七、工程靜力學研究主線工程力學問題的分析，一般都需要進行----力的研究。----運動和變形的研究。----聯(lián)系力與運動、力與變形之關系的研究。若構件處于靜止或平衡狀態(tài)，則不必考慮其運動。平衡狀態(tài)的力學問題——稱為靜力學問題。力的平衡關系、變形的幾何協(xié)調(diào)關系和力與變形間的物理關系。研究工程靜力學問題的主線和核心是：37(1)受力分析及靜力平衡條件(力的分析)物體受什么力作用？處于平衡狀態(tài)的物體，應當滿足什么條件？（靜力平衡條件）(2)變形的幾何協(xié)調(diào)條件(幾何分析)材料是均勻連續(xù)的，受力變形后仍然應連續(xù)，固體內(nèi)既不引起“空隙”，也不產(chǎn)生“重疊”。發(fā)生破壞前，材料的變形應是幾何可能的。(3)力與變形間的物理關系(材料模型)力與變形(如伸長)成正比，如虎克定律，是反映材料線彈性性能的最簡單的物理關系。不同材料、不同的變形形式，有不同的模型。38小結：4)運動分二類。運動是物體位置隨時間的變化；

變形是物體形狀的局部畸變。3)力是物體間的相互作用。有直接接觸物