課件-概念結(jié)構(gòu)力學(xué)

概念結(jié)構(gòu)力學(xué)概念結(jié)構(gòu)力學(xué)是結(jié)構(gòu)力學(xué)發(fā)展的新方向，它強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)的整體性能和功能，以及結(jié)構(gòu)與周圍環(huán)境的相互作用。課程導(dǎo)言課程簡(jiǎn)介本課程深入探討結(jié)構(gòu)力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，為學(xué)生打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。課程目標(biāo)掌握結(jié)構(gòu)力學(xué)的基本原理、計(jì)算方法和應(yīng)用技巧。課程內(nèi)容涵蓋力學(xué)概念、受力分析、應(yīng)力分析、位移分析、材料性能、連接方式等。學(xué)習(xí)方法課堂講授、案例分析、課后練習(xí)、實(shí)踐操作相結(jié)合。力學(xué)概念1力學(xué)研究物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)及其變化規(guī)律的科學(xué)2靜力學(xué)研究物體處于平衡狀態(tài)下的力學(xué)3動(dòng)力學(xué)研究物體在力的作用下運(yùn)動(dòng)規(guī)律的力學(xué)力的分類外力來自物體外部的作用力，例如重力、拉力、壓力等內(nèi)力物體內(nèi)部各部分之間的相互作用力，例如摩擦力、彈力等靜力使物體保持靜止?fàn)顟B(tài)的力，例如重力、支持力等動(dòng)力使物體發(fā)生運(yùn)動(dòng)或改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的力，例如推力、拉力等力的表示法力的表示方法可以幫助我們更直觀地理解力的作用。力的表示方法主要有兩種：矢量法和解析法。矢量法是用箭頭來表示力的方向和大小，箭頭長(zhǎng)度代表力的大小，箭頭方向代表力的方向。解析法是用力的三個(gè)分量來表示力的大小和方向，分別是力的水平分量、垂直分量和法向分量。受力分析1識(shí)別結(jié)構(gòu)確定結(jié)構(gòu)類型2隔離物體選取待分析的物體3繪制受力圖標(biāo)注作用在物體上的所有力受力分析是結(jié)構(gòu)力學(xué)的重要步驟。通過識(shí)別結(jié)構(gòu)、隔離物體和繪制受力圖，可以清楚地了解物體所受的各種外力，為后續(xù)的應(yīng)力分析、位移分析和穩(wěn)定性分析奠定基礎(chǔ)。受力分析-集中力系1定義集中力系指作用于物體上的所有力，可以簡(jiǎn)化為作用于物體上的一個(gè)合力，且該合力的作用點(diǎn)為所有力的作用點(diǎn)的合力點(diǎn)。2步驟首先，確定物體的受力情況。然后，根據(jù)力的大小和方向，將所有力分解成水平和垂直方向的力。3應(yīng)用集中力系的概念在結(jié)構(gòu)力學(xué)中得到了廣泛應(yīng)用，例如在分析橋梁、建筑物和機(jī)器的受力情況時(shí)，可以將多個(gè)力簡(jiǎn)化為一個(gè)合力，從而簡(jiǎn)化計(jì)算過程。受力分析-分布力系定義分布力系是指作用在物體表面上的力，這些力在物體表面上的分布是連續(xù)的，而不是集中在一點(diǎn)上的。例如，壓力、風(fēng)力、水壓等。簡(jiǎn)化方法對(duì)于分布力系，通?？梢杂靡粋€(gè)合力來代替它，這個(gè)合力的作用點(diǎn)被稱為分布力系的合力作用點(diǎn)。求合力分布力系的合力大小等于分布力系的面積，合力作用點(diǎn)位于分布力系的形心上。舉例比如一個(gè)均勻的分布載荷作用在梁上，可以用一個(gè)集中力來代替，這個(gè)集中力的作用點(diǎn)位于梁的中心位置。力的平衡靜力平衡合力為零，物體保持靜止?fàn)顟B(tài)。動(dòng)態(tài)平衡物體以恒定速度運(yùn)動(dòng)，合力為零。平衡條件所有外力的合力等于零，所有外力矩的合力矩也等于零。支座反力支座反力是結(jié)構(gòu)支撐點(diǎn)對(duì)結(jié)構(gòu)施加的力，用來平衡結(jié)構(gòu)所受的外部荷載。支座反力的方向和大小取決于結(jié)構(gòu)的形狀、荷載類型以及支座的類型。常見的支座類型包括固定支座、滾動(dòng)支座和滑動(dòng)支座，每種支座的約束條件不同，反力也存在差異。支座反力分析是結(jié)構(gòu)力學(xué)中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，可以幫助我們了解結(jié)構(gòu)的受力情況，并確保結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定。簡(jiǎn)單支撐梁簡(jiǎn)單支撐梁是常見的結(jié)構(gòu)形式之一，其特點(diǎn)是兩端支承在兩個(gè)固定的支撐點(diǎn)上。簡(jiǎn)單支撐梁可以承受垂直載荷，并將其傳遞給支撐點(diǎn)，在工程結(jié)構(gòu)中應(yīng)用廣泛，例如房屋的樓板、橋梁的橫梁等。簡(jiǎn)單支撐梁的受力分析簡(jiǎn)單支撐梁是指兩端用支座支撐的梁，受力分析是分析梁在各種外力作用下的受力情況，為后續(xù)的應(yīng)力分析和位移分析奠定基礎(chǔ)。1載荷類型集中荷載、分布荷載、彎矩荷載2支座反力支座對(duì)梁的約束力3內(nèi)力梁內(nèi)部產(chǎn)生的剪力、彎矩通過受力分析可以確定梁各截面的受力情況，為后續(xù)的應(yīng)力分析和位移分析提供數(shù)據(jù)支持。簡(jiǎn)單支撐梁的應(yīng)力分析應(yīng)力定義應(yīng)力是物體內(nèi)部抵抗外力作用而產(chǎn)生的內(nèi)力，是單位面積上的內(nèi)力。應(yīng)力分類簡(jiǎn)單支撐梁的應(yīng)力主要包括正應(yīng)力和剪應(yīng)力，正應(yīng)力垂直于截面作用，剪應(yīng)力平行于截面作用。應(yīng)力計(jì)算應(yīng)力的大小可以通過外力、截面面積以及材料的彈性模量等參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。應(yīng)力分布應(yīng)力在梁的橫截面上并非均勻分布，通常在梁的中心處最大，在邊緣處最小。應(yīng)力分析應(yīng)力分析是結(jié)構(gòu)力學(xué)的重要內(nèi)容，它可以幫助我們判斷結(jié)構(gòu)的安全性，并指導(dǎo)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工。簡(jiǎn)單支撐梁的位移分析1位移計(jì)算應(yīng)用材料力學(xué)公式2邊界條件梁的固定端點(diǎn)約束3載荷類型集中力、分布力、彎矩4材料參數(shù)彈性模量、泊松比位移分析是評(píng)估簡(jiǎn)單支撐梁在受載荷作用下的變形程度。通過計(jì)算梁的撓度和傾斜角，可以預(yù)測(cè)梁的整體穩(wěn)定性。懸臂梁懸臂梁是一種一端固定，另一端自由的梁。懸臂梁廣泛應(yīng)用于建筑、橋梁和機(jī)械工程等領(lǐng)域，例如陽(yáng)臺(tái)、屋頂、起重機(jī)臂等。懸臂梁承受集中力或分布力的作用，會(huì)導(dǎo)致梁發(fā)生彎曲變形。懸臂梁的受力分析、應(yīng)力分析和位移分析是結(jié)構(gòu)力學(xué)中的重要內(nèi)容，幫助工程師設(shè)計(jì)和評(píng)估懸臂梁的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性。懸臂梁的受力分析1載荷種類懸臂梁主要承受集中力、分布力和彎矩等載荷，需要對(duì)其進(jìn)行分類分析。2支座約束懸臂梁的支座通常為固定鉸支座，可以提供水平、垂直和轉(zhuǎn)動(dòng)約束，約束反力包括水平力、垂直力和彎矩。3平衡方程應(yīng)用力學(xué)中的平衡方程，根據(jù)懸臂梁的受力情況，求解支座反力大小和方向。懸臂梁的應(yīng)力分析1應(yīng)力集中懸臂梁的應(yīng)力集中在固定端2彎曲應(yīng)力彎曲應(yīng)力沿著梁的長(zhǎng)度變化3剪切應(yīng)力剪切應(yīng)力集中在梁的中性軸懸臂梁的應(yīng)力分析需要考慮多種因素，包括載荷類型、梁的材料和尺寸，以及固定端條件。了解懸臂梁的應(yīng)力分布，有助于工程師設(shè)計(jì)更安全的結(jié)構(gòu)，并避免結(jié)構(gòu)失效。懸臂梁的位移分析1位移計(jì)算根據(jù)材料力學(xué)公式進(jìn)行計(jì)算2影響因素載荷大小、梁的長(zhǎng)度和截面尺寸3位移類型垂直位移、水平位移、旋轉(zhuǎn)位移4分析方法有限元法、疊加法、能量法懸臂梁的位移分析是結(jié)構(gòu)力學(xué)中的重要內(nèi)容，它可以幫助我們了解梁在荷載作用下的變形情況，從而判斷結(jié)構(gòu)的安全性。架構(gòu)力學(xué)力學(xué)基礎(chǔ)架構(gòu)力學(xué)是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要組成部分，它研究建筑結(jié)構(gòu)在荷載作用下的力學(xué)行為。建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、安全性、使用壽命等都與架構(gòu)力學(xué)密切相關(guān)。結(jié)構(gòu)分析架構(gòu)力學(xué)運(yùn)用力學(xué)原理分析建筑結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，計(jì)算結(jié)構(gòu)內(nèi)力的分布、應(yīng)力、應(yīng)變、位移等參數(shù)。分析結(jié)果可用于評(píng)估結(jié)構(gòu)的安全性，并優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)力學(xué)11.靜定框架框架結(jié)構(gòu)可以分為靜定框架和超靜定框架。靜定框架是指結(jié)構(gòu)中各桿件的內(nèi)力可以由靜力平衡方程直接求解，不需要考慮變形。22.超靜定框架超靜定框架是指結(jié)構(gòu)中各桿件的內(nèi)力無(wú)法由靜力平衡方程直接求解，需要考慮變形，并引入位移方程。33.框架結(jié)構(gòu)分析方法常用的框架結(jié)構(gòu)分析方法包括力法、位移法、矩陣法等。這些方法可以用來計(jì)算框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、變形、應(yīng)力等。44.框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需要考慮材料強(qiáng)度、穩(wěn)定性、耐久性等因素，確保結(jié)構(gòu)安全可靠。材料受力性能抗拉性能材料抵抗拉伸負(fù)荷的能力，決定材料在拉伸載荷下的強(qiáng)度和延展性?？箟盒阅懿牧系挚箟嚎s負(fù)荷的能力，決定材料在壓縮載荷下的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。抗剪性能材料抵抗剪切負(fù)荷的能力，決定材料在剪切載荷下的強(qiáng)度和抵抗變形的能力?？箯澬阅懿牧系挚箯澢?fù)荷的能力，決定材料在彎曲載荷下的強(qiáng)度和抵抗變形的能力。材料的抗拉性能拉伸強(qiáng)度材料在斷裂前所能承受的最大拉伸應(yīng)力。屈服強(qiáng)度材料開始發(fā)生永久變形時(shí)的應(yīng)力。伸長(zhǎng)率材料斷裂前所能承受的最大拉伸應(yīng)變。材料的抗壓性能材料的抗壓性能是指材料在承受壓縮載荷時(shí)抵抗破壞的能力，通常用抗壓強(qiáng)度表示?？箟簭?qiáng)度是指材料在破壞前所能承受的最大壓力。材料的抗壓性能是結(jié)構(gòu)力學(xué)設(shè)計(jì)中重要的參數(shù)之一。1000MPa混凝土500MPa鋼材50MPa木材10MPa磚不同材料的抗壓強(qiáng)度差異很大。例如，混凝土的抗壓強(qiáng)度一般在1000MPa以上，而木材的抗壓強(qiáng)度一般在50MPa左右。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要根據(jù)材料的抗壓強(qiáng)度來選擇合適的材料和結(jié)構(gòu)形式。材料的抗剪性能材料抗剪性能指材料抵抗剪切力的能力。剪切強(qiáng)度是指材料在剪切破壞前所能承受的最大剪切應(yīng)力。剪切強(qiáng)度測(cè)試方法通常通過在試樣上施加剪切力，測(cè)量其所能承受的最大力，并根據(jù)試樣的截面積計(jì)算出剪切強(qiáng)度。材料的抗彎性能抗彎性能是材料抵抗彎曲變形的能力。材料在彎曲載荷作用下，會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，并發(fā)生變形，最終可能導(dǎo)致斷裂。100強(qiáng)度抗彎強(qiáng)度是指材料在彎曲破壞之前所能承受的最大應(yīng)力。1000韌性抗彎韌性是指材料在彎曲破壞前所能吸收的能量。10000剛度抗彎剛度是指材料在彎曲載荷作用下抵抗彎曲變形的能力。材料的抗扭性能扭轉(zhuǎn)材料抵抗扭轉(zhuǎn)的能力扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度材料在扭轉(zhuǎn)破壞前所能承受的最大扭矩扭轉(zhuǎn)剛度材料在扭轉(zhuǎn)變形時(shí)抵抗扭轉(zhuǎn)的能力扭轉(zhuǎn)應(yīng)力材料在扭轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的切向應(yīng)力扭轉(zhuǎn)應(yīng)變材料在扭轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的切向應(yīng)變扭轉(zhuǎn)性能在設(shè)計(jì)軸、桿等構(gòu)件時(shí)至關(guān)重要，需要根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景選擇合適的材料。連接方式螺栓連接螺栓連接是一種常見的連接方式。利用螺栓和螺母將兩個(gè)或多個(gè)零件緊固在一起。焊接連接焊接連接是通過加熱金屬使其熔化，并將其連接在一起。焊接連接可以承受很大的力量。鉚接連接鉚接連接是通過使用鉚釘將兩個(gè)或多個(gè)零件緊固在一起。鉚接連接可以承受較大的拉力。連接強(qiáng)度分析1材料強(qiáng)度連接的材料應(yīng)滿足要求2連接類型選擇合適的連接方式3負(fù)荷連接需要承受的載荷4環(huán)境環(huán)境因素的影響連接強(qiáng)度分析評(píng)估連接在實(shí)際應(yīng)用中的承載能力。材料強(qiáng)度、連接類型、負(fù)荷以及環(huán)境因素是影響連接強(qiáng)度的關(guān)鍵因素。選擇合適的材料、連接方式，確保連接能夠安全可靠地工作。實(shí)例分析與討論實(shí)際工程案例橋梁、建筑物、機(jī)械結(jié)構(gòu)等。