緒論及基本概念(工程力學課件)

工程力學概論工程力學是一門研究物體在外力作用下運動和變形規(guī)律的學科。它是工程技術的基礎，對解決實際工程問題至關重要。力學的定義物理學分支力學是研究物體運動規(guī)律的物理學分支。研究對象主要研究物體在外力作用下的運動和變形。基本概念包括力、質量、時間和空間等基本概念。力學的發(fā)展歷程1古代亞里士多德提出自然運動和強制運動的概念。2中世紀伽利略發(fā)現自由落體運動規(guī)律。3近代牛頓建立經典力學體系，奠定現代力學基礎。4現代愛因斯坦相對論和量子力學的出現，拓展力學研究范圍。力學的研究對象機械系統(tǒng)研究各種機械設備的運動和受力情況。建筑結構分析建筑物在各種載荷下的受力狀態(tài)。航空航天探討飛行器的運動規(guī)律和結構強度。力學的研究內容靜力學研究物體在靜止狀態(tài)下的力平衡條件。運動學研究物體運動的幾何特性，不考慮引起運動的原因。動力學研究物體運動與作用力之間的關系。材料力學研究材料在外力作用下的內力分布和變形規(guī)律。力學的應用領域力學的研究方法理論分析建立數學模型，推導力學定律。實驗研究通過實驗驗證理論，獲取數據。數值模擬利用計算機進行力學問題的數值計算。工程應用將力學理論應用于實際工程問題。基本概念(1)：力定義力是物體間的相互作用，可以改變物體的運動狀態(tài)或形狀。特征力是矢量，具有大小、方向和作用點。單位國際單位制中，力的單位是牛頓(N)?；靖拍?2)：力的組成1合力2分力3力偶4力矩力可以分解為多個分力，也可以合成為一個合力。力偶是兩個大小相等、方向相反、不共線的平行力。力矩是力對點或軸的轉動效應?；靖拍?3)：力的平衡靜力平衡物體在多個力作用下保持靜止狀態(tài)。動力平衡物體在多個力作用下保持勻速直線運動。力矩平衡物體受到的所有力矩的代數和為零。基本概念(4)：力的傳遞接觸力通過物體間的直接接觸傳遞。遠程力如重力、電磁力等，可以隔空傳遞。內力在物體內部各部分之間傳遞?；靖拍?5)：力的釋放1彈性變形物體受力后發(fā)生形變，卸載后恢復原狀。2塑性變形物體受力后發(fā)生永久變形，無法完全恢復。3斷裂物體受力超過極限強度后發(fā)生破壞。基本概念(6)：應變與應力應變物體在外力作用下的相對變形量?？煞譃檎龖儭⒓魬兊?。應力物體內部單位面積上的內力。包括正應力、剪應力等?；靖拍?7)：剛體與變形體剛體理想化模型，假設物體在外力作用下不發(fā)生變形。變形體考慮物體在外力作用下的變形，更接近實際情況。應用剛體用于簡化分析，變形體用于精確計算?；靖拍?8)：內力與外力外力作用在物體表面的力，如重力、壓力等。內力物體內部各部分之間的相互作用力。平衡關系外力與內力在任何截面上都保持平衡。基本概念(9)：靜力學與動力學靜力學研究物體在靜止或勻速直線運動狀態(tài)下的力平衡問題。動力學研究物體運動與作用力之間的關系，包括運動學和動力學?；靖拍?10)：理想化與簡化1實際問題2物理模型3數學模型4計算結果力學研究中常需要對實際問題進行理想化和簡化，建立適當的物理模型和數學模型，以便進行分析和計算?；靖拍?11)：單位制與標準化國際單位制(SI)力學中常用的基本單位包括米(m)、千克(kg)、秒(s)等。工程單位如噸(t)、牛頓(N)、帕斯卡(Pa)等。標準化統(tǒng)一使用標準單位和符號，便于交流和計算。力學的基本定律(1)：牛頓運動定律1慣性定律物體保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)，除非受到外力作用。2加速度定律物體加速度與所受合外力成正比，與質量成反比。3作用力與反作用力兩個物體之間的作用力總是成對出現，大小相等，方向相反。力學的基本定律(2)：能量守恒定律定義在孤立系統(tǒng)中，能量的總量保持不變，只能在不同形式間轉化。形式包括動能、勢能、熱能、電磁能等。應用廣泛應用于力學、熱力學、電磁學等領域。力學的基本定律(3)：動量守恒定律定義在沒有外力作用時，系統(tǒng)的總動量保持不變。公式動量=質量×速度碰撞在完全彈性碰撞中，動量和動能都守恒。力學的基本定律(4)：角動量守恒定律定義在沒有外力矩作用時，系統(tǒng)的總角動量保持不變。公式角動量=轉動慣量×角速度應用如陀螺儀、冰上旋轉等現象。力學研究的一般步驟1問題分析明確研究對象、條件和目標。2模型建立建立適當的物理模型和數學模型。3理論分析應用力學原理和方法進行推導。4數值計算利用計算機進行數值模擬和分析。5實驗驗證通過實驗驗證理論結果的準確性。力學問題的數學建模微分方程描述物體運動或變形的基本數學模型。邊界條件反映物體與周圍環(huán)境的相互作用。初始條件描述物體的初始狀態(tài)。力學問題的計算分析解析法通過數學推導得到問題的精確解。數值法利用計算機進行近似計算，如有限元法。圖解法通過繪制圖形來直觀地解決力學問題。力學問題的誤差分析1模型誤差由物理模型簡化引起的誤差。2計算誤差數值計算過程中產生的誤差。3測量誤差實驗過程中的測量誤差。4系統(tǒng)誤差由設備、環(huán)境等因素引起的系統(tǒng)性誤差。力學問題的實驗驗證模型試驗在縮小或放大的模型上進行實驗，如風洞試驗。原型試驗在實際工程對象上進行實驗，如橋梁荷載試驗。數據分析對實驗數據進行統(tǒng)計分析，驗證理論結果。力學問題的應用實例力學知識的繼承與創(chuàng)新經典理論牢固掌握經典力學理論。新興領域關注跨學科研究和新興應用。計算方法開發(fā)先進的數