《工程力學(xué)》課件

《工程力學(xué)》課程簡(jiǎn)介《工程力學(xué)》是工程專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程。它涵蓋了力的平衡、運(yùn)動(dòng)、結(jié)構(gòu)和材料的分析。力學(xué)的基本概念力學(xué)定義力學(xué)是研究物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的規(guī)律以及物質(zhì)的力學(xué)性質(zhì)的一門學(xué)科。力學(xué)分支包括靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、材料力學(xué)、流體力學(xué)、熱力學(xué)等。牛頓三大定律1牛頓第一定律慣性定律：物體保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，除非受到外力的作用。2牛頓第二定律加速度定律：物體的加速度與合外力成正比，與物體的質(zhì)量成反比。3牛頓第三定律作用力與反作用力定律：當(dāng)兩個(gè)物體相互作用時(shí)，彼此施加在對(duì)方身上的力總是大小相等，方向相反。力和力矩力力是物體間相互作用的一種表現(xiàn)形式，它可以改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。力矩力矩是力對(duì)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)，它的大小等于力的大小乘以力臂的長度。質(zhì)點(diǎn)平衡平衡條件質(zhì)點(diǎn)處于平衡狀態(tài)，當(dāng)且僅當(dāng)作用在它身上的所有外力的矢量和為零。剛體平衡平衡條件剛體處于平衡狀態(tài)，當(dāng)且僅當(dāng)作用在它身上的所有外力的矢量和為零，以及所有外力矩的矢量和為零。內(nèi)力和外力內(nèi)力內(nèi)力是物體內(nèi)部各部分之間相互作用的力，例如桿件的拉伸力或壓縮力。外力外力是物體外部施加的力，例如重力、摩擦力或拉力。應(yīng)力、應(yīng)變和應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系1應(yīng)力2應(yīng)變3應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線描述了材料在載荷作用下的行為，包括彈性區(qū)、屈服點(diǎn)和斷裂點(diǎn)。軸向載荷下的應(yīng)力與變形應(yīng)力公式應(yīng)力等于載荷除以截面積，它描述了材料內(nèi)部的力分布情況。變形公式變形等于應(yīng)力乘以材料的彈性模量，它描述了材料在載荷作用下的長度變化。截面特性截面面積截面面積是截面的橫截面積，它影響著材料的抗拉強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度。慣性矩慣性矩是截面抵抗彎曲變形的能力，它越大，材料的抗彎性能越強(qiáng)。截面模量截面模量是材料抵抗彎曲變形的能力，它越大，材料的抗彎性能越強(qiáng)。梁的彎曲1彎曲應(yīng)力彎曲應(yīng)力是梁內(nèi)部由于彎曲作用產(chǎn)生的應(yīng)力，它最大值出現(xiàn)在截面的上下邊緣。2彎曲變形彎曲變形是梁在彎曲載荷作用下的變形，它主要表現(xiàn)為梁的撓度和曲率變化。3彎曲強(qiáng)度彎曲強(qiáng)度是梁抵抗彎曲破壞的能力，它取決于梁的材料強(qiáng)度和截面特性。梁的剪力和彎矩剪力剪力是梁截面上垂直于梁軸線方向的內(nèi)力，它導(dǎo)致梁的剪切變形。彎矩彎矩是梁截面上繞著梁軸線的內(nèi)力矩，它導(dǎo)致梁的彎曲變形。梁的位移撓度撓度是梁在載荷作用下，其橫向的位移，它反映了梁的彎曲變形程度。轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角是梁在載荷作用下，其截面繞著梁軸線的旋轉(zhuǎn)角度，它反映了梁的彎曲變形程度。施加在梁上的分布載荷均勻分布載荷均勻分布載荷是指作用在梁上，單位長度載荷值相同的載荷。梯形分布載荷梯形分布載荷是指作用在梁上，單位長度載荷值沿梁長線性變化的載荷。三角形分布載荷三角形分布載荷是指作用在梁上，單位長度載荷值沿梁長線性變化的載荷。穩(wěn)定性理論1穩(wěn)定性2失穩(wěn)3臨界載荷4穩(wěn)定性分析構(gòu)件的失穩(wěn)失穩(wěn)現(xiàn)象當(dāng)構(gòu)件受到外力作用，其形狀發(fā)生突然變化，并可能導(dǎo)致失效的現(xiàn)象。失穩(wěn)原因主要原因是構(gòu)件的幾何形狀和材料性質(zhì)導(dǎo)致其無法抵抗外力作用。構(gòu)件抗撓曲穩(wěn)定性歐拉公式歐拉公式用于計(jì)算構(gòu)件的臨界載荷，即構(gòu)件發(fā)生失穩(wěn)時(shí)的最小載荷。影響因素構(gòu)件的長度、截面形狀、材料的彈性模量和屈服強(qiáng)度都會(huì)影響其抗撓曲穩(wěn)定性。壓桿的穩(wěn)定1壓桿壓桿是指承受軸向壓縮載荷的細(xì)長桿件，容易發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象。2穩(wěn)定性分析需要考慮壓桿的幾何形狀、材料性質(zhì)和邊界條件，以確定其臨界載荷和失穩(wěn)模式。3穩(wěn)定性設(shè)計(jì)需要選擇合適的材料和截面形狀，并通過增加支撐點(diǎn)或改變邊界條件來提高壓桿的穩(wěn)定性。板和殼的穩(wěn)定性板的穩(wěn)定性平板在壓縮載荷作用下，可能會(huì)發(fā)生局部屈曲或整體失穩(wěn)現(xiàn)象。殼的穩(wěn)定性薄殼結(jié)構(gòu)在受到壓力或外力作用時(shí)，可能會(huì)發(fā)生屈曲或失效現(xiàn)象。穩(wěn)定性分析需要考慮板或殼的幾何形狀、材料性質(zhì)、邊界條件和載荷類型，以確定其臨界載荷和失穩(wěn)模式。簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)與機(jī)構(gòu)力學(xué)簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)是指由幾個(gè)構(gòu)件組成的，用于傳遞運(yùn)動(dòng)和力的裝置，例如杠桿、滑輪和齒輪等。機(jī)構(gòu)力學(xué)機(jī)構(gòu)力學(xué)是研究機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、力學(xué)性能和設(shè)計(jì)方法的學(xué)科。簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)的平衡平衡條件簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)處于平衡狀態(tài)，當(dāng)且僅當(dāng)作用在它身上的所有外力的矢量和為零，以及所有外力矩的矢量和為零。平衡分析需要分析機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件之間的力傳遞關(guān)系，并利用平衡條件來求解機(jī)構(gòu)的平衡狀態(tài)。機(jī)械振動(dòng)的基本概念振動(dòng)定義振動(dòng)是指物體圍繞平衡位置的周期性運(yùn)動(dòng)，例如彈簧振子、音叉的振動(dòng)。單自由度振動(dòng)系統(tǒng)1自由振動(dòng)自由振動(dòng)是指系統(tǒng)在初始條件下，不受外力作用的振動(dòng)，其振動(dòng)頻率稱為固有頻率。2強(qiáng)迫振動(dòng)強(qiáng)迫振動(dòng)是指系統(tǒng)在受到周期性外力作用下的振動(dòng)，其振動(dòng)頻率與外力頻率相同。3共振當(dāng)外力頻率與系統(tǒng)的固有頻率相同時(shí)，會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象，系統(tǒng)振幅急劇增大。多自由度振動(dòng)系統(tǒng)1自由度多自由度振動(dòng)系統(tǒng)是指具有多個(gè)自由度的振動(dòng)系統(tǒng)，例如具有多個(gè)質(zhì)量和彈簧的系統(tǒng)。2振動(dòng)模式多自由度振動(dòng)系統(tǒng)可能存在多個(gè)振動(dòng)模式，每個(gè)振動(dòng)模式對(duì)應(yīng)一個(gè)固有頻率。3模態(tài)分析模態(tài)分析是確定系統(tǒng)固有頻率和振動(dòng)模式的方法，它在工程結(jié)構(gòu)的振動(dòng)分析和設(shè)計(jì)中起著重要作用。連續(xù)振動(dòng)系統(tǒng)連續(xù)體連續(xù)體是指由無數(shù)個(gè)質(zhì)點(diǎn)連續(xù)組成的物體，例如梁、板和殼體。振動(dòng)方程連續(xù)體振動(dòng)方程是一個(gè)偏微分方程，描述了連續(xù)體在時(shí)間和空間上的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)。求解方法求解連續(xù)體振動(dòng)方程可以使用有限元方法或其他數(shù)值方法。振動(dòng)測(cè)試與分析測(cè)試方法可以使用振動(dòng)傳感器、加速度計(jì)等儀器來測(cè)量結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)。數(shù)據(jù)分析使用信號(hào)處理軟件分析振動(dòng)數(shù)據(jù)，確定結(jié)構(gòu)的固有頻率、振動(dòng)模式和振動(dòng)幅值。結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析分析方法可以使用有限元方法、模態(tài)分析、時(shí)域分析等方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析。應(yīng)用領(lǐng)域結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析廣泛應(yīng)用于建筑、橋梁、機(jī)械、航空航天等領(lǐng)域。結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)概述抗震設(shè)計(jì)抗震設(shè)計(jì)是指在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，考慮地震載荷作用，以提高結(jié)構(gòu)抵抗地震的能力。地震荷載地震荷載是指地震發(fā)生時(shí)，結(jié)構(gòu)受到的地震力，它的大小和方向取決于地震的烈度、震源距離和結(jié)構(gòu)的特性。工程應(yīng)用案例分析橋梁橋梁的抗風(fēng)、抗