工程力学第七章课件
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目录
工程力学基础概念
01
材料力学性能
03
力学实验与分析
05
静力学原理
02
梁的弯曲理论
04
工程案例分析
06
工程力学基础概念
01
力学的定义
力学是研究物体运动规律和力的作用效果的科学，是工程学的基础。
力学作为科学分支
力是改变物体运动状态的原因，力学通过数学模型描述力与物体运动之间的关系。
力与运动的关系
力学在工程中的应用
桥梁建设
航空航天工程
机械设计
建筑结构分析
力学原理在桥梁设计中至关重要，如悬索桥利用拉力和压力的平衡来支撑桥面。
工程师运用力学知识分析建筑结构的稳定性，确保建筑物能够承受各种载荷而不发生倒塌。
机械部件的设计需要精确计算力的作用，以保证机械在运行中的可靠性和效率。
航空航天器的设计和发射都需要精确的力学计算，以确保其在极端条件下的性能和安全。
基本力学量和单位
力的国际单位是牛顿（N），例如1N的力可以使1千克物体产生1米/秒2的加速度。
力的单位
长度的基本单位是米（m），用于衡量物体的尺寸或距离，如1米等于100厘米。
长度的单位
质量的基本单位是千克（kg），它是一个物体惯性的量度，不随位置改变而变化。
质量的单位
时间的基本单位是秒（s），用于度量事件持续的长短，如1分钟等于60秒。
时间的单位
01
02
03
04
静力学原理
02
静力平衡条件
物体处于静力平衡时，所有作用力产生的力矩之和也必须为零，确保物体不发生旋转。
力矩的平衡条件
在静力平衡状态下，物体所受的外力之和为零，即所有力的矢量和等于零。
力的平衡条件
力系的简化
在静力学中，通过合成与分解力，可以将复杂力系简化为更易于分析的基本力系。
力的合成与分解
01
力矩是力与力臂的乘积，通过计算力矩可以简化力系，确定力的作用效果。
力矩的概念及其应用
02
对于平行力系，可以将其简化为一个合力，简化计算过程并分析其对物体的作用效果。
平行力系的简化
03
结构的稳定性分析
通过分析结构受力情况，确定结构是否处于静力平衡状态，以评估其稳定性。
平衡状态的判定
引入安全系数概念，确保结构在设计载荷作用下具有足够的稳定性储备。
稳定性安全系数
计算结构能够承受的最大载荷，超过此载荷结构将失去稳定性，发生失稳现象。
临界载荷计算
材料力学性能
03
材料的应力与应变
应力是材料内部单位面积上的内力，分为正应力和剪应力，如拉伸和压缩测试中的测量。
应力的定义与分类
应变是材料形变与原始尺寸的比值，通常通过应变片或引伸计来测量材料的变形情况。
应变的概念及其测量
胡克定律描述了弹性范围内应力与应变的线性关系，是材料力学性能分析的基础。
胡克定律的应用
屈服现象是指材料在应力超过一定值后发生永久变形，屈服强度是材料开始屈服的应力值。
屈服现象与屈服强度
材料的力学特性
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
断裂韧性衡量材料抵抗裂纹扩展的能力，例如碳钢的断裂韧性比玻璃高，更不易断裂。
断裂韧性
屈服强度指材料开始发生塑性变形时的应力极限，例如铝合金在特定载荷下会发生屈服。
屈服强度
材料的破坏准则
最大应力理论认为，当材料中的最大主应力达到其极限强度时，材料就会发生破坏。
最大应力理论
最大应变理论指出，当材料的最大主应变达到其极限应变时，材料将发生破坏。
最大应变理论
最大剪应力理论认为，当材料中的最大剪应力达到其极限剪应力时，材料将发生剪切破坏。
最大剪应力理论
能量破坏理论基于能量守恒原理，认为当材料吸收的能量达到其破坏能量时，材料将发生破坏。
能量破坏理论
梁的弯曲理论
04
梁的弯曲应力
正应力分布
在梁的弯曲过程中，梁的上下表面分别承受拉应力和压应力，中间部分应力较小。
剪应力分布
梁的剪应力主要出现在支点附近，沿梁的长度方向分布不均匀，最大值通常出现在固定端。
应力计算公式
根据梁的弯曲理论，可以推导出正应力和剪应力的计算公式，用于工程设计和分析。
梁的变形计算
通过梁的弹性模量、截面惯性矩和载荷分布，计算出梁在受力后的最大挠度。
计算梁的挠度
01
在复杂载荷作用下，利用叠加原理将多个简单载荷情况下的变形结果相加，得到总变形。
应用叠加原理
02
在计算梁的变形时，对于短梁或剪切刚度较小的情况，需要考虑剪切变形的影响。
考虑剪切变形
03
莫尔积分是计算梁变形的一种方法，适用于任意载荷分布情况下的梁变形计算。
使用莫尔积分
04
梁的剪力和弯矩图
通过分析梁上各截面的受力情况，绘制剪力图，直观显示剪力的大小和分布。
剪力图的绘制
剪力图和弯矩图相互关联，剪力的变化直接影响弯矩的分布，反之亦然。
剪力与弯矩的关系
根据梁上不同截面的弯矩值，绘制弯矩图，展示梁在受力时的弯曲程度。
弯矩图的绘制
力学实验与分析
05