工程应用力学课件
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目录
第一章
力学基础知识
第二章
结构力学分析
第四章
流体力学应用
第三章
动力学与振动
第六章
工程案例分析
第五章
力学实验与模拟
力学基础知识
第一章
力学的基本概念
力是物体间相互作用的量度，可以改变物体的运动状态或形状。
力的定义
力按性质分为接触力和非接触力，接触力如摩擦力，非接触力如重力和电磁力。
力的分类
牛顿第一定律定义了惯性，第二定律阐述了力与加速度的关系，第三定律说明了作用力与反作用力。
牛顿三大定律
多个力作用于同一物体时，可以合成一个合力；一个力也可以分解为多个分力。
力的合成与分解
01
02
03
04
静力学原理
力的平衡条件
摩擦力的作用
支撑反作用力
力的分解与合成
静力学中，一个物体处于平衡状态时，作用在物体上的所有力和力矩的代数和为零。
在静力学中，可以将复杂的力系统分解为简单的分力，或将多个力合成一个合力。
静止物体的支撑点会产生反作用力，其大小和方向与作用在物体上的外力相等且相反。
静摩擦力是阻止物体相对运动的力，其大小与施加在物体上的正压力成正比。
材料力学性质
弹性模量是衡量材料抵抗形变能力的重要参数，如钢的弹性模量远高于木材。
弹性模量
屈服强度指材料开始发生塑性变形时的应力，例如铝合金在特定载荷下会发生屈服。
屈服强度
断裂韧性衡量材料抵抗裂纹扩展的能力，如碳纤维复合材料具有较高的断裂韧性。
断裂韧性
材料力学性质
疲劳极限
疲劳极限是指材料能够承受的循环载荷而不发生疲劳破坏的最大应力，例如钛合金在航空领域的应用。
硬度
硬度是材料表面抵抗其他硬物压入的能力，例如淬火后的钢硬度远高于未处理的钢。
结构力学分析
第二章
结构受力分析
通过静力平衡原理，分析结构在各种荷载作用下的内力和位移，确保结构稳定。
静力平衡分析
01
考虑材料的弹性模量、屈服强度等力学性能，评估结构在受力时的响应和安全性。
材料力学性能
02
研究结构在动态荷载（如地震、风载）作用下的振动特性，预测可能的破坏模式。
结构动力响应
03
荷载与内力计算
根据来源和作用方式，荷载分为永久荷载、可变荷载和偶然荷载，对结构影响不同。
荷载分类
01
02
采用静力平衡原理，通过截面法或节点法计算结构在荷载作用下的内力分布。
内力计算方法
03
绘制弯矩和剪力图能直观展示结构在不同荷载作用下的内力状态，指导设计优化。
弯矩和剪力图
结构稳定性评估
研究结构在超过弹性极限后的非线性行为，评估其在极端荷载下的变形和破坏模式。
非线性行为研究
应用稳定性系数来判断结构在不同荷载作用下的安全裕度，确保设计的可靠性。
稳定性系数分析
通过计算结构的临界载荷，评估其在极端条件下的稳定性，如桥梁在重载下的承载能力。
临界载荷计算
动力学与振动
第三章
动力学基本定律
牛顿第一定律，也称为惯性定律，指出物体会保持静止或匀速直线运动，除非受到外力作用。
牛顿第一定律
牛顿第三定律表明，对于每一个作用力，总有一个大小相等、方向相反的反作用力。
牛顿第三定律
牛顿第二定律定义了力与加速度的关系，即F=ma，其中F是力，m是质量，a是加速度。
牛顿第二定律
振动理论基础
简谐振动
简谐振动是最基本的振动形式，描述了物体在恢复力作用下做周期性往复运动的物理现象。
01
02
阻尼振动
阻尼振动涉及能量耗散，如弹簧振子在粘性介质中运动时，振幅随时间逐渐减小直至停止。
03
受迫振动
受迫振动发生在外部周期性力作用下，如桥梁在风力或车辆通过时产生的振动。
04
共振现象
共振是当外部激励频率与系统固有频率相匹配时，振幅急剧增大的现象，例如建筑物在特定频率的地震波作用下可能产生共振。
振动控制方法
通过增加质量、使用隔振垫或阻尼器等被动元件来减少结构振动，如建筑隔振。
被动控制技术
01
利用传感器、控制器和执行器实时监测并调整结构响应，如智能建筑的主动减震系统。
主动控制技术
02
结合被动和主动控制的优点，通过调节阻尼器参数来适应不同振动条件，如汽车悬挂系统。
半主动控制技术
03
使用压电材料、形状记忆合金等智能材料进行振动控制，如压电陶瓷在精密仪器中的应用。
智能材料应用
04
流体力学应用
第四章
流体静力学
在流体静力学中，压力随深度增加而增大，如潜水员在水下感受到的压力。
压力分布
阿基米德原理说明了物体在流体中所受的浮力等于其排开流体的重量，例如船舶的浮力。
浮力原理
液压系统利用流体静压力传递能量，广泛应用于各种机械和设备中，如汽车刹车系统。
液压系统
流体动力学
流体动力学原理被用于设计飞机和火箭，以优化其在空气和太空中的运动性能。
流体动力学在航空航天中的应用
船舶设计中运用流体动力学原理，以确保船只在水中的高效航行和操控性能。
流体动力学在船舶工程中的应用
汽车制造商利用流体动