工程力學(xué)- 剛體靜力學(xué)專題

工程力學(xué)EngineeringMechanics

1知識要點回顧摩擦的定義、起因、分類滑動摩擦摩擦角和自鎖現(xiàn)象2分類、最大滑動摩擦力、摩擦系數(shù)考慮摩擦?xí)r的平衡問題全反力、摩擦角本質(zhì)、平衡條件、自鎖條件345678910★平面靜定桁架的靜力分析■剛體靜力學(xué)專題11●桁架的基本假定◆1、所有桿件只在端部連接；◆2、所有連接處均為光滑鉸鏈；◆3、只在連接處加載；◆4、桿的重量忽略不計。簡化計算模型12●桁架基本分析方法◆以節(jié)點為研究對象；◆節(jié)點力的作用線已知，指向可以假定；◆不僅可以確定各桿的力，還可以確定連接件的受力。節(jié)點法13截面法◆用假想截面將桁架截開；◆將桁架中的所有桿件都視為變形體；◆考察局部桁架的平衡，直接求得桿件的內(nèi)力進而求得節(jié)點受力。14首先確定約束力1516第七章

緒論材料力學(xué)發(fā)展簡史ABriefHistoryofMechanicsofMaterials

伽里略（1564～1642）世界上第一本材料力學(xué)教本《兩種新的科學(xué)》首先提出了材料的力學(xué)性質(zhì)和強度計算的方法。人們認為，材料力學(xué)作為一門學(xué)科，就從這里開始。

18幾乎比伽里略早一個世紀，文藝復(fù)興時期的意大利美術(shù)大師，力學(xué)家，工程師達·芬奇（1452～1519）就應(yīng)用虛位移原理的概念研究過起重機具上的滑輪和杠桿系統(tǒng)，并做過鐵絲的拉伸實驗。圖1達·芬奇的滑輪和杠桿系統(tǒng)19

公元卅一年，即東漢建武七年杜詩創(chuàng)作了水排，趙州橋20“營造法式”撰寫于公元1103年，北宋崇武二年，是建筑學(xué)家李誡的名著21英國科學(xué)家虎克在1678年發(fā)表人們熟悉的虎克定律。胡克實驗用裝置17世紀后期到19世紀初2217世紀馬里沃特（Mariotte1620～1680）作了木材的拉伸實驗，并已開始研究梁的彎曲實驗。馬里沃特的實驗23法國的科學(xué)家泊松；法國的力學(xué)家圣維南；法國的力學(xué)家工程師納維埃等等對彎曲理論、扭轉(zhuǎn)理論、穩(wěn)定理論以及材料實驗作出卓越的貢獻，豐富、發(fā)展和完善了材料力學(xué)這門學(xué)科，他們對科學(xué)的獻身精神為后人所敬仰。瑞士的數(shù)學(xué)家、力學(xué)家歐拉，他的一生對數(shù)學(xué)、剛體力學(xué)以及材料力學(xué)中的彈性線、穩(wěn)定理論等都有重大貢獻，是18世紀著述最多的科學(xué)家。24泊松圣維南納維埃歐拉19世紀到20世紀以來，鐵路、橋梁的發(fā)展以及鋼鐵和其他新材料的出現(xiàn)，向力學(xué)工作者提出了更廣泛更深入的研究課題，使得力學(xué)的分工越來越細，出現(xiàn)了更多的以材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué)和塑性力學(xué)為基礎(chǔ)的固體力學(xué)分支，例如計算力學(xué)，斷裂力學(xué)，疲勞，粘彈性力學(xué)，散體力學(xué)，復(fù)合材料力學(xué)，實驗固體力學(xué)等等。而這些學(xué)科的發(fā)展反過來促進了宇宙飛行，石油勘探，噴氣技術(shù)，大型水利工程等的一系列力學(xué)問題的解決。25固體力學(xué)分支圖《中華人民共和國國家標準：學(xué)科分類與代碼》26造就了一批知名的力學(xué)家：英國力學(xué)家瑞利；德國的工程師、教授莫爾；俄國的儒拉夫斯基；瑞士的物理學(xué)家里茲以及美籍俄羅斯力學(xué)家、教授鐵木生柯等等鐵木生柯的一生編著了《材料力學(xué)》、《結(jié)構(gòu)力學(xué)》、《彈性穩(wěn)定理論》、《工程中的振動問題》和《材料力學(xué)發(fā)展史》等二十多種書籍，均可列為力學(xué)名著。

27鐵木生柯教授的專著28

還有對流體力學(xué)和塑性殼體理論作出重大貢獻的近代力學(xué)奠基人卡門；我國著名的科學(xué)家和力學(xué)家錢學(xué)森；偉大的地質(zhì)學(xué)家、地質(zhì)力學(xué)的開創(chuàng)者李四光等等。

著名的科學(xué)家錢學(xué)森偉大的地質(zhì)學(xué)家李四光29

可以預(yù)言，在科學(xué)與技術(shù)飛速發(fā)展的今天，必定會在新的一代中涌現(xiàn)出更多的力學(xué)家，將21世紀的力學(xué)推向更高的水平。30第七章

緒論目錄31第七章緒論§7.1材料力學(xué)的任務(wù)§7.2變形固體的基本假設(shè)§7.3外力及其分類§7.4內(nèi)力、截面法及應(yīng)力的概念§7.5變形與應(yīng)變§7.6桿件變形的基本形式目錄32目的對學(xué)科有一個初步的概念上的了解懂得重要性，引起學(xué)習(xí)它的興趣

了解恰當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)方法

內(nèi)容材料力學(xué)的任務(wù)、作用和地位

基本假設(shè)

基本概念

變形的基本形式第七章緒論33材料力學(xué)與學(xué)科之聯(lián)系材料力學(xué)的由來——學(xué)科發(fā)展的必然性

從學(xué)科發(fā)展觀的角度，材料力學(xué)的出現(xiàn)，是力學(xué)學(xué)科的必然結(jié)果物理和理論力學(xué)：運動的一般規(guī)律（質(zhì)點、剛體）質(zhì)點：只有質(zhì)量，沒有大小剛體：有質(zhì)量，有大小，但沒有變形（相對位置不變）變形體力學(xué)

：變形體受力后的運動或變形規(guī)律變形體：有質(zhì)量，有大小，有變形（相對位置變化）變形：物體內(nèi)部各質(zhì)點之間的相對位置變化、尺寸和形狀的改變質(zhì)點——剛體——變形體，人類的認識深化理論力學(xué)無能為力，材料力學(xué)當(dāng)仁不讓34力學(xué)學(xué)科

(應(yīng)力分析)材料學(xué)

(材料力學(xué)行為)研究對象：桿件研究對象：

力學(xué)性能和疲勞材料力學(xué)材料力學(xué)與學(xué)科之聯(lián)系35§7.1材料力學(xué)的任務(wù)古代建筑結(jié)構(gòu)目錄建于明崇禎四年（1631年）的杭州拱宸橋橋長98米，高16米，橋面中段略窄為5.9米寬，而兩端橋堍處有12.2米寬。一、材料力學(xué)與工程應(yīng)用36古代建筑結(jié)構(gòu)位于錢塘江畔月輪山上，是北宋時吳越王為鎮(zhèn)錢塘潮而建現(xiàn)存六和塔，外觀八面十三層，內(nèi)分七級。高五十九點八九米。

目錄§7.1材料力學(xué)的任務(wù)37§7.1材料力學(xué)的任務(wù)38真正解決問題，還是材料力學(xué)形成以后達·芬奇(LeonardodaVinci,1452-1519)

伽利略(Galilei,1564-1642)開始著手解決構(gòu)件的強度計算問題從那時起，材料力學(xué)在奠基長期的積累、發(fā)展，逐漸完善形成材料力學(xué)§7.1材料力學(xué)的任務(wù)39目錄§7.1材料力學(xué)的任務(wù)1、構(gòu)件：工程結(jié)構(gòu)或機械的每一組成部分。

理論力學(xué)—研究剛體，研究力與運動的關(guān)系。

材料力學(xué)—研究變形體，研究力與變形的關(guān)系。二、基本概念40目錄§7.1材料力學(xué)的任務(wù)二、基本概念2、變形：在外力作用下，固體內(nèi)各點相對位置的改變。(宏觀上看就是物體尺寸和形狀的改變）剛度：在載荷作用下，構(gòu)件抵抗變形的能力。塑性變形(殘余變形)—

外力解除后不能消失

彈性變形—

隨外力解除而消失｛41剛度問題§7.1材料力學(xué)的任務(wù)42剛度問題§7.1材料力學(xué)的任務(wù)433、內(nèi)力：物體內(nèi)由于發(fā)生變形而產(chǎn)生的相互作用力。（內(nèi)力隨外力的增大而增大）強度：在載荷作用下，構(gòu)件抵抗破壞的能力?！?.1材料力學(xué)的任務(wù)目錄二、基本概念44強度問題§7.1材料力學(xué)的任務(wù)45強度問題剛度問題§7.1材料力學(xué)的任務(wù)46強度問題剛度問題§7.1材料力學(xué)的任務(wù)47§7.1材料力學(xué)的任務(wù)4、穩(wěn)定性：在載荷作用下，構(gòu)件保持原有平衡狀態(tài)的能力。目錄二、基本概念48穩(wěn)定性問題§7.1材料力學(xué)的任務(wù)49強度、剛度、穩(wěn)定性是衡量構(gòu)件承載能力的三個方面，材料力學(xué)就是研究構(gòu)件承載能力的一門科學(xué)。

§7.1材料力學(xué)的任務(wù)研究構(gòu)件的強度、剛度和穩(wěn)定性,還需要了解材料的力學(xué)性能。因此在進行理論分析的基礎(chǔ)上，實驗研究是完成材料力學(xué)的任務(wù)所必需的途徑和手段。50目錄§7.1材料力學(xué)的任務(wù)材料力學(xué)的任務(wù)就是在滿足強度、剛度和穩(wěn)定性的要求下，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。三、材料力學(xué)的任務(wù)構(gòu)件橫截面尺寸不足或形狀不合理,或材料選用不當(dāng)

不能保證安全工作.不恰當(dāng)?shù)丶哟髾M截面尺寸或選用優(yōu)質(zhì)材料

增加成本,造成浪費51在理論力學(xué)中主要研究物體平衡及運動問題的一般規(guī)律，物體的變形微小不計材料力學(xué)所研究的強度和剛度等問題，物體的變形是主要因素之一，所以絕對剛體這一概念已經(jīng)不再適用。

一般固體都具有抵抗外力作用的能力，外力去除后，能恢復(fù)其原有的形狀和尺寸，變形固體的這種性質(zhì)稱為彈性。1.研究對象：變形固體2.變形：物體形狀和尺寸的改變?！?.1材料力學(xué)的任務(wù)四、材料力學(xué)的研究對象521、后續(xù)的力學(xué)（其它的變形體力學(xué)）學(xué)好材料力學(xué)對學(xué)習(xí)其他變形體力學(xué)的奠基作用結(jié)構(gòu)