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文件名称:哈工大工程力学课件.pptx
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更新时间:2025-06-05
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哈工大工程力学课件

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目录

工程力学基础

工程力学在工程中的应用

静力学分析

材料力学性质

动力学原理

力学实验与实践

工程力学基础

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

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,遵循平行四边形法则。

力的合成与分解

牛顿第一定律定义了惯性,第二定律解释了力与加速度的关系,第三定律阐述了作用力与反作用力。

牛顿三大定律

01

02

03

力学的分类

静力学

流体力学

材料力学

动力学

研究物体在力的作用下保持静止状态的条件和规律,如建筑结构的稳定性分析。

涉及物体运动状态变化的力学分支,例如分析飞行器的飞行轨迹和速度变化。

研究材料在外力作用下的应力、应变关系,如桥梁材料在不同载荷下的变形分析。

探讨流体的运动规律和力的作用,例如水坝设计中水流对结构的影响。

基本力学定律

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,作用力和反作用力总是成对出现,大小相等、方向相反,如火箭推进。

牛顿第三定律

03

静力学分析

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

结构受力分析

绘制受力图是分析结构受力的基础,通过图示可以直观地展示出结构上的力和力矩。

受力图绘制

根据静力学原理,建立结构的平衡方程,以确定未知力的大小和方向。

平衡方程建立

应用截面法分析复杂结构,通过切割截面来简化问题,求解截面上的内力分布。

截面法应用

在受力分析中考虑材料的力学性质,如弹性模量、屈服强度等,以确保结构安全。

材料力学性质考虑

静力学应用实例

在桥梁设计中,静力学分析用于确保结构在各种载荷作用下的稳定性和安全性。

桥梁设计

01

02

工程师利用静力学原理分析建筑物的受力情况,以预防潜在的结构问题。

建筑结构分析

03

静力学分析帮助设计师确定零件在静态载荷下的应力分布,确保机械的可靠性和耐用性。

机械零件设计

材料力学性质

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,是材料力学分析的基础。

应力的定义与分类

应变是材料在外力作用下产生的形变与原始尺寸的比值,通常通过应变片等仪器进行测量。

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,是工程设计中预测材料行为的重要工具。

胡克定律的应用

屈服是指材料在应力作用下永久变形的开始,断裂则是材料完全失去承载能力的临界点。

材料的屈服与断裂

材料力学性能测试

通过拉伸试验机对材料施加拉力,测量其应力-应变关系,评估材料的抗拉强度和延展性。

拉伸测试

01

使用压缩试验机对材料施加压力,确定材料在压缩状态下的力学行为和承载能力。

压缩测试

02

通过摆锤式或落锤式冲击试验机对材料进行冲击,测量其在冲击载荷下的韧性或脆性。

冲击测试

03

材料选择与应用

在选择材料时,需考虑其强度和刚度是否满足工程需求,如桥梁建设中钢材的选用。

强度与刚度要求

材料的耐腐蚀性对于长期使用的工程结构至关重要,例如海上平台的防腐蚀涂层。

耐腐蚀性考量

在高温环境下工作的材料,如发动机部件,必须具备良好的热稳定性。

热稳定性分析

对于承受周期性载荷的材料,如飞机结构件,需评估其疲劳寿命以确保安全。

疲劳寿命评估

动力学原理

运动学基础

位移是描述物体位置变化的矢量,速度则是位移随时间的变化率,是动力学分析的基础。

位移与速度

加速度描述物体速度的变化率,是物体运动状态改变的量度,对于理解运动变化至关重要。

加速度概念

通过牛顿第二定律,结合初始条件和边界条件,可以建立描述物体运动状态的数学方程。

运动方程的建立

相对运动分析考虑了不同参考系下物体的运动状态,是解决复杂动力学问题的关键方法。

相对运动分析

动力学方程

牛顿第二定律

01

牛顿第二定律是动力学方程的基础,它表明力等于质量乘以加速度,即F=ma。

动量守恒定律

02

动量守恒定律指出,在没有外力作用的情况下,系统的总动量保持不变。

能量守恒定律

03

能量守恒定律说明,在一个封闭系统中,能量不能被创造或消灭,只能从一种形式转换为另一种形式。

动力学问题解决方法

通过分析物体受力情况,应用牛顿三大定律来解决动力学问题,如计算物体加速度。

01

牛顿运动定律应用

利用能量守恒定律,分析系统能量转换和守恒情况,解决涉及能