工程力学黄丽华课件
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目录
第一章
工程力学基础
第二章
力学分析方法
第四章
动力学与振动
第三章
结构力学应用
第六章
工程力学前沿
第五章
实验与案例分析
工程力学基础
第一章
力学的基本概念
力是物体间相互作用的量度，分为接触力如摩擦力和非接触力如重力。
力的定义和分类
01
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
02
力的合成是将多个力合并为一个合力，分解则是将一个力拆分为多个分力，便于分析和计算。
力的合成与分解
03
力矩是力与力臂的乘积，描述了力使物体转动的效果；转动平衡指物体在力矩作用下保持静止或匀速转动状态。
力矩和转动平衡
04
静力学原理
力的分解与合成
力的平衡条件
静力学中，物体处于平衡状态时，作用在物体上的所有力和力矩之和必须为零。
通过力的分解与合成原理，可以简化复杂力系，便于分析物体受力情况。
力的传递原理
工程力学中，力可以通过刚体传递而不改变其大小和方向，这是静力学分析的基础之一。
材料力学特性
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极限，例如铝合金在特定条件下屈服强度会降低。
屈服强度
断裂韧性衡量材料抵抗裂纹扩展的能力，如高强度钢在承受冲击时表现出较高的断裂韧性。
断裂韧性
疲劳极限是指材料在反复应力作用下不发生疲劳破坏的最大应力值，例如航空用钛合金具有较高的疲劳极限。
疲劳极限
力学分析方法
第二章
力系简化技巧
主矢量和主矩
通过计算力系的主矢量和主矩，可以将复杂力系简化为一个力和一个力偶，便于分析。
平行力系的简化
对于平行力系，可以将其简化为一个合力，合力的大小等于各力的代数和，作用线与原力系相同。
空间力系的简化
空间力系简化时，需考虑力在三个坐标轴上的分量，通过合成得到等效力和等效力偶。
力的平衡条件
静力平衡要求物体所受的外力和力矩之和为零，例如桥梁在无车辆通过时的受力分析。
静力平衡条件
刚体平衡条件是指刚体在受力后不发生形变，所有点的运动状态相同，如固定在墙上的书架。
刚体平衡条件
动力平衡考虑了物体的加速度，要求合外力等于质量乘以加速度，如电梯加速上升时的力分析。
动力平衡条件
在非惯性参考系中，需要引入惯性力来分析物体的平衡，例如旋转平台上的物体受力分析。
非惯性参考系平衡条件
01
02
03
04
应力与应变分析
应力是物体内部单位面积上的内力，是力学分析中描述材料受力状态的重要参数。
01
应变描述了材料在外力作用下发生的形变程度，是衡量材料变形的物理量。
02
胡克定律阐述了应力与应变之间的线性关系，是进行材料力学分析的基础。
03
通过绘制应力-应变曲线，可以分析材料的弹性模量、屈服强度和断裂特性等重要力学性能。
04
应力的基本概念
应变的定义
胡克定律的应用
应力-应变曲线分析
结构力学应用
第三章
梁与柱的受力分析
通过简支梁和悬臂梁的案例，展示如何计算不同载荷下的弯矩和剪力分布。
梁的弯矩和剪力分析
分析不同支撑条件下柱子的轴力变化，以及如何通过结构设计提高柱的稳定性。
柱的轴力和稳定性分析
探讨梁柱组合结构在实际工程中的应用，如框架结构，以及其受力特点和设计要点。
梁柱组合结构的受力特点
结构稳定性问题
通过分析结构的临界载荷，可以预测结构在极端条件下的稳定性，如桥梁在重载下的安全性能。
临界载荷分析
动力稳定性研究关注结构在动态载荷作用下的响应，如地震对建筑物稳定性的影响。
动力稳定性研究
屈曲失稳是结构稳定性问题中的一个重要方面，例如长柱在受压时可能出现的屈曲现象。
屈曲失稳
荷载作用下的响应
静力荷载响应
01
在静力荷载作用下，结构会产生位移和内力，如桥梁在车辆荷载下的弯曲和拉伸。
动力荷载响应
02
动力荷载如地震或风荷载会导致结构振动，需评估其频率和振幅以确保结构安全。
疲劳荷载响应
03
重复荷载作用下，结构材料会逐渐产生疲劳损伤，如铁路桥梁在火车通行下的长期效应。
动力学与振动
第四章
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
01
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
02
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
03
振动系统的分类
自由振动系统
自由振动系统指的是在没有外力作用下，系统仅依靠初始条件进行振动，如单摆的摆动。
01
02
受迫振动系统
受迫振动系统是在外力周期性作用下进行振动的系统，例如汽车悬挂系统在不平路面上的振动。
03
阻尼振动系统
阻尼振动系统包含能量耗散机