工程力學(xué)課件

工程力學(xué)ppt課件CONTENTS工程力學(xué)概述靜力學(xué)基礎(chǔ)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)材料力學(xué)工程力學(xué)的實(shí)際應(yīng)用工程力學(xué)概述01工程力學(xué)是研究物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律和力的關(guān)系的學(xué)科，為工程設(shè)計(jì)和實(shí)踐提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。工程力學(xué)具有理論性強(qiáng)、實(shí)踐應(yīng)用廣泛、與多學(xué)科交叉融合等特點(diǎn)。定義與特點(diǎn)特點(diǎn)定義飛機(jī)、火箭、衛(wèi)星等的設(shè)計(jì)與制造中需要進(jìn)行空氣動(dòng)力學(xué)、推進(jìn)力學(xué)等方面的研究。航空航天石油、煤炭、核能等領(lǐng)域的開采、運(yùn)輸和利用過程中需要進(jìn)行流體力學(xué)、巖石力學(xué)等方面的研究。能源工程建筑結(jié)構(gòu)分析、地震工程、巖土工程等領(lǐng)域涉及工程力學(xué)知識(shí)的應(yīng)用。土木工程機(jī)械零件的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等方面的分析需要用到工程力學(xué)知識(shí)。機(jī)械工程車輛工程、船舶工程等領(lǐng)域涉及動(dòng)力學(xué)、振動(dòng)等方面的研究。交通運(yùn)輸0201030405工程力學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域古代人類在建筑、水利等領(lǐng)域?qū)嵺`中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，形成了早期的工程力學(xué)知識(shí)。隨著工業(yè)革命的發(fā)展，工程力學(xué)逐漸成為一門獨(dú)立的學(xué)科，并得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)值計(jì)算方法的進(jìn)步，工程力學(xué)在解決復(fù)雜問題方面取得了更大的突破和進(jìn)展。古代近代現(xiàn)代工程力學(xué)的發(fā)展歷程靜力學(xué)基礎(chǔ)02

力的概念與性質(zhì)力的定義力是物體之間的相互作用，是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因。力的矢量性力是一個(gè)矢量，具有大小和方向。在工程力學(xué)中，通常用矢量表示力，并使用平行四邊形法則或三角形法則進(jìn)行力的合成與分解。力的單位在國際單位制中，力的單位是牛頓（N），根據(jù)牛頓第二定律，1N的力能使質(zhì)量為1kg的物體產(chǎn)生1m/s^2的加速度。平衡狀態(tài)與平衡方程一個(gè)物體在幾個(gè)力的作用下處于平衡狀態(tài)時(shí)，這些力一定滿足靜力學(xué)基本定理，即力的平移定理。靜力學(xué)基本定理當(dāng)物體處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，稱為平衡狀態(tài)。平衡狀態(tài)對(duì)于一個(gè)處于平衡狀態(tài)的物體，其上各點(diǎn)的受力平衡，可以建立平衡方程。平衡方程的形式因物體在空間的位置和受力的具體情況而異，但都遵循力的矢量平衡原則。平衡方程力的合成01當(dāng)一個(gè)物體受到兩個(gè)或多個(gè)力的作用時(shí)，這些力可以合成一個(gè)合力。合力的方向和大小可以通過平行四邊形法則或三角形法則確定。力的分解02一個(gè)力可以分解為兩個(gè)或多個(gè)分力。分力的方向和大小可以根據(jù)力的作用效果或正交分解法確定。力的投影與分量03在力的分解中，一個(gè)力可以分解為沿某坐標(biāo)軸的投影和垂直于該坐標(biāo)軸的分量。投影是力在坐標(biāo)軸上的直接量度，分量則用于進(jìn)一步分析力的作用效果。力的合成與分解靜摩擦力當(dāng)兩個(gè)接觸面之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)但尚未發(fā)生運(yùn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的阻力稱為靜摩擦力。靜摩擦力的大小取決于沿接觸面的外力和阻礙物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力的大小?；瑒?dòng)摩擦力當(dāng)兩個(gè)接觸面之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的阻力稱為滑動(dòng)摩擦力?；瑒?dòng)摩擦力的大小與正壓力成正比，并取決于接觸面的材料和粗糙度。滾動(dòng)摩擦力當(dāng)一個(gè)物體在另一個(gè)物體上滾動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的阻力稱為滾動(dòng)摩擦力。滾動(dòng)摩擦力的大小取決于物體的形狀、質(zhì)量分布、接觸面的材料和粗糙度等因素。摩擦力動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)03123質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)量定義為質(zhì)量與速度的乘積，質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量定義為各質(zhì)點(diǎn)動(dòng)量的矢量和。質(zhì)點(diǎn)和質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量定義質(zhì)點(diǎn)或質(zhì)點(diǎn)系所受外力的矢量和等于其動(dòng)量的變化率，數(shù)學(xué)表達(dá)式為F=dp/dt。動(dòng)量定理在沒有外力作用的情況下，質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量保持不變。動(dòng)量守恒定律質(zhì)點(diǎn)和質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量動(dòng)能與動(dòng)能定理動(dòng)能定義質(zhì)點(diǎn)或質(zhì)點(diǎn)系的速度的平方與質(zhì)量乘積的一半稱為動(dòng)能，數(shù)學(xué)表達(dá)式為E_k=1/2mv^2。動(dòng)能定理質(zhì)點(diǎn)或質(zhì)點(diǎn)系所受外力的功等于其動(dòng)能的變化量，數(shù)學(xué)表達(dá)式為W=ΔE_k。勢(shì)能分類重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能、引力勢(shì)能等。機(jī)械能守恒定律在沒有外力或外力做功為零的情況下，質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)能與勢(shì)能之和保持不變。勢(shì)能與機(jī)械能守恒定律材料力學(xué)04材料的基本性質(zhì)材料的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)在工程力學(xué)中具有重要意義。材料的密度、比熱容、熱導(dǎo)率等物理性質(zhì)，以及材料的化學(xué)組成和穩(wěn)定性等化學(xué)性質(zhì)，都會(huì)影響其在力學(xué)環(huán)境中的表現(xiàn)。拉伸與壓縮拉伸與壓縮是材料力學(xué)中研究材料在軸向拉力和壓力作用下的行為。拉伸過程中，材料可能發(fā)生彈性變形、塑性變形或斷裂；壓縮過程中，材料同樣可能發(fā)生彈性變形、塑性變形或屈曲。剪切與扭轉(zhuǎn)是研究材料在剪切和扭矩作用下的行為。在剪切力作用下，材料可能發(fā)生剪切屈服和剪切斷裂；在扭矩作用下，材料可能發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形和扭斷。剪切與扭轉(zhuǎn)彎曲與失穩(wěn)是研究材料在彎曲和不穩(wěn)定狀態(tài)下的行為。當(dāng)材料受到彎曲力時(shí)，可能發(fā)生彎曲變形和彎曲斷裂；失穩(wěn)是指材料在某些條件下失去穩(wěn)定性，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。彎曲與失穩(wěn)工程力學(xué)的實(shí)際應(yīng)用05建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是確保安全的關(guān)鍵因素。工程力學(xué)提供了理論框架和計(jì)算方法，用于評(píng)估結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。穩(wěn)定性分析的重要性通過靜力學(xué)分析，可以確定結(jié)構(gòu)在靜止?fàn)顟B(tài)下的受力分布和平衡狀態(tài)，從而判斷其穩(wěn)定性。靜力學(xué)分析動(dòng)力學(xué)分析考慮了結(jié)構(gòu)在動(dòng)態(tài)載荷下的響應(yīng)，如地震、風(fēng)載等自然力，確保結(jié)構(gòu)在動(dòng)態(tài)環(huán)境下仍能保持穩(wěn)定。動(dòng)力學(xué)分析了解材料的力學(xué)性能（如彈性模量、泊松比、剪切模量等）對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析至關(guān)重要。材料力學(xué)性能建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析機(jī)械設(shè)備的強(qiáng)度與剛度分析強(qiáng)度與剛度的關(guān)系強(qiáng)度指的是材料抵抗破壞的能力，而剛度則是指材料抵抗變形的能力。疲勞分析在循環(huán)載荷下，材料的疲勞性能對(duì)機(jī)械設(shè)備的可靠性至關(guān)重要。工程力學(xué)提供了評(píng)估疲勞壽命的方法。振動(dòng)分析振動(dòng)可能導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備損壞或性能下降。工程力學(xué)可以分析機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)特性，優(yōu)化其動(dòng)態(tài)性能。接觸力學(xué)與摩擦學(xué)研究機(jī)械部件間的接觸、摩擦和潤滑，以減少磨損和提高設(shè)備效率。氣動(dòng)彈性問題航空航天器的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)易受到氣動(dòng)力的影響，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)振動(dòng)和失穩(wěn)。動(dòng)力學(xué)分析確保飛行器的安全性和穩(wěn)定性?；鸺秃娇瞻l(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定性直接影響飛行器的性能和安全性。推進(jìn)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究燃燒、流動(dòng)和振動(dòng)等復(fù)雜因素。航天器在空間中的穩(wěn)定姿態(tài)控制是實(shí)現(xiàn)有效任務(wù)的關(guān)鍵。動(dòng)力學(xué)模型用于預(yù)測和控制航天器的姿態(tài)變化。考慮航天器中各部件的相互作用，以及柔性結(jié)構(gòu)在力矩和推力作用下的響應(yīng)。推進(jìn)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)姿態(tài)控制與穩(wěn)定性多體動(dòng)力學(xué)與柔性結(jié)構(gòu)分析航空航天器的動(dòng)力學(xué)分析研究輪胎與不同類型地面的相互作用，以及由此產(chǎn)生的摩擦力和反作用力。輪胎與地面相互作用利用現(xiàn)代控制理論和方法，通過主動(dòng)或半主動(dòng)控制系統(tǒng)來提高車輛的操控性和行駛穩(wěn)定性。操控性與