工程力学绪论

1、工程力学绪论版权所有， 2000年2月，南京航空航天大学航空宇航学院诀窍理解概念掌握方法灵活应用 什么是工程力学？工程力学是研究物体宏观机械运动的学科工程力学是研究物体宏观机械运动的学科 工程力学的研究对象你知道吗？面向工程面向工程两类机械运动工程力学的研究内容n材料力学部份n刚体力学部份刚体静力学刚体运动学刚体动力学H在满足强度、刚度和稳定性的目要求下，为设计既经济又安全的构件，提供必要的理论基础和计算方法力是物体力是物体间间相互的机械作用。这种作用有相互的机械作用。这种作用有两种两种效应效应：使物体的使物体的运动状态运动状态或或/ /和和形状形状发生变化。发生变化。内效应内效应外效应外效应

2、古代的力学北京故宫河南赵州桥双曲拱桥双曲拱桥不用钢筋水泥不用钢筋水泥一千六百余年仍可行车马一千六百余年仍可行车马力学发展的历史蒸汽机车蒸汽机车澳大利亚悉尼双拱结构，桁架与拱的结合。双拱结构，桁架与拱的结合。凭桥面的承拉能力，拉压自成平衡，对桥墩的抗弯凭桥面的承拉能力，拉压自成平衡，对桥墩的抗弯要求不高，对桥墩的支座沉降不敏感。要求不高，对桥墩的支座沉降不敏感。 桥面承力柱缆索拉杆江阴长江大桥 缆索长度或调的拉杆防撞护栏江阴长江大桥缆索探索与风险探索与风险现代桥梁的箱形结构25 2007年年8月月1日，日，美国明尼苏达州明美国明尼苏达州明尼阿波利斯市的尼阿波利斯市的35号州际高速公路上号州际高速

3、公路上横跨密西西比河的横跨密西西比河的大桥发生垮塌，造大桥发生垮塌，造成成50多辆汽车坠落，多辆汽车坠落，4人死亡，人死亡，50多人多人受伤。受伤。2627加拿大圣劳伦斯河上的魁北克大桥, 最大跨度 548米，是当时此类大桥中最大的。 28u 1907年年8月月29日在建造中的魁北克大桥由于日在建造中的魁北克大桥由于杆件失稳引起整座大桥垮塌。杆件失稳引起整座大桥垮塌。29u 现在的魁北克大桥现在的魁北克大桥结构破坏的航空器实例海洋石油钻井平台海洋石油钻井平台和平号空间站和平号空间站 太阳能电池帆板太阳能电池帆板 国际空间站国际空间站 国际空间国际空间站站 机械加工用的钻床的立柱，机械加工用的钻

4、床的立柱，如果强度不够，就会折断如果强度不够，就会折断(断裂断裂)或折弯或折弯(塑性变形塑性变形)；如果刚度不；如果刚度不够，钻床立柱即使不发生断裂够，钻床立柱即使不发生断裂或者折弯，也会产生过大弹性或者折弯，也会产生过大弹性变形（图中虚线所示为夸大的变形（图中虚线所示为夸大的弹性变形），从而影响钻孔的弹性变形），从而影响钻孔的精度，甚至产生振动，影响钻精度，甚至产生振动，影响钻床的在役寿命。床的在役寿命。 稳定失效的例子稳定失效的例子多见于承受轴向压多见于承受轴向压力的工程构件。力的工程构件。 翻斗货车的液压翻斗货车的液压机构中的顶杆，如机构中的顶杆，如果承受的压力过大，果承受的压力过大，或

5、者过于细长，就或者过于细长，就有可能突然由直变有可能突然由直变弯，发生稳定失效。弯，发生稳定失效。 压杆压杆 工程设计的任务之一就是保证构件在确定的外工程设计的任务之一就是保证构件在确定的外力作用下正常工作而不发生强度失效、刚度失效和力作用下正常工作而不发生强度失效、刚度失效和稳定，即保证构件具有足够的稳定，即保证构件具有足够的强度强度(strength)、刚度刚度(rigidity)与与稳定性稳定性(stability)。 所谓强度所谓强度是指构件受力后不能发生破坏或产生是指构件受力后不能发生破坏或产生不可恢复的变形的能力；不可恢复的变形的能力； 所谓刚度所谓刚度是指构件受力后不能发生超过工

6、程允是指构件受力后不能发生超过工程允许的弹性变形的能力；许的弹性变形的能力； 所谓稳定性所谓稳定性是指构件在压缩载荷的作用下，是指构件在压缩载荷的作用下，保持平衡形式不能发生突然转变的能力（例如细保持平衡形式不能发生突然转变的能力（例如细长直杆在轴向压力作用下，当压力超过一定数值长直杆在轴向压力作用下，当压力超过一定数值时，在外界扰动下，杆会突然从直线平衡形式转时，在外界扰动下，杆会突然从直线平衡形式转变为弯曲的平衡形式）。变为弯曲的平衡形式）。 为了完成常规的工程设计任务，需要为了完成常规的工程设计任务，需要进行以下几方面的工作：进行以下几方面的工作： 分析并确定构件所受各种外力的大分析并确

7、定构件所受各种外力的大小和方向。小和方向。 研究在外力作用下构件的内部受力、研究在外力作用下构件的内部受力、变形和失效的规律。变形和失效的规律。 提出保证构件具有足够强度、刚度提出保证构件具有足够强度、刚度和稳定性的设计准则与设计方法。和稳定性的设计准则与设计方法。 工程力学课程就是讲授完成这些工作工程力学课程就是讲授完成这些工作所必需的基础知识。所必需的基础知识。 工程力学任务工程力学能解决的问题运动问题运动问题动力学问题动力学问题结构强度结构强度结构刚度结构刚度结构稳定性结构稳定性 刚体与变形体刚体与变形体 塔式吊车起吊重物后，塔式吊车起吊重物后，组成塔吊的各杆件都要组成塔吊的各杆件都要发

8、生变形，这时可以认发生变形，这时可以认为塔吊是变形体。为塔吊是变形体。 但是，如果仅仅研究但是，如果仅仅研究保持塔吊平衡时重物重保持塔吊平衡时重物重量与配重之间的关系时，量与配重之间的关系时，又可以将塔吊整体视为又可以将塔吊整体视为刚体。刚体。48静力学静力学变形固体变形固体材料力学属材料力学属固体力学固体力学研究研究刚体刚体，研究研究力力的平衡关系。的平衡关系。材料力学材料力学 研究研究变形体变形体， 研究研究力力与与变形变形的关系。的关系。研究模型研究模型 构件构件: 工程结构或机械的工程结构或机械的各组成部分。各组成部分。49研究模型研究模型 构件的分类：构件的分类：杆；杆；板、壳体；板

9、、壳体；块体。块体。构件构件: 工程结构或机械的各组成部分。工程结构或机械的各组成部分。 对构件的三项对构件的三项基本要求基本要求u 强度强度构件应具有足够构件应具有足够的的抵抗破坏抵抗破坏的能的能力。力。u 刚度刚度构件应具有足够的构件应具有足够的抵抗变形抵抗变形的能力。的能力。50u 刚度刚度构件应具有足够的构件应具有足够的抵抗变形抵抗变形的能力。的能力。u 稳定性稳定性构件应具有足够的构件应具有足够的保持其原有平衡状态保持其原有平衡状态的能力的能力.2 材料力学的任务材料力学的任务1）研究构件的强度、刚度和稳定性；）研究构件的强度、刚度和稳定性；511、足够的强度：指抵抗破坏的能力，破坏

10、指工程意义上的破坏、足够的强度：指抵抗破坏的能力，破坏指工程意义上的破坏，通常是指断裂或永久变形。，通常是指断裂或永久变形。 2、足够的刚度：指抵抗变形的能力，变形指构件形状尺寸的变、足够的刚度：指抵抗变形的能力，变形指构件形状尺寸的变化。变形又可分为弹性变形和塑性变形。化。变形又可分为弹性变形和塑性变形。 弹性变形：载荷去除后可以完全恢复的变形。弹性变形：载荷去除后可以完全恢复的变形。 塑性变形：载荷去除后不能恢复的那一部分变形。塑性变形：载荷去除后不能恢复的那一部分变形。 3、稳定性：指杆件保持原有变形方式能力，不同受载方式的变、稳定性：指杆件保持原有变形方式能力，不同受载方式的变形方式不同。形方式不同。 不同结构材料和截面形状的杆件有着不同的强度、刚度和稳定性不同结构材料和截面形状的杆件有着不同的强度、刚度和稳定性，即有不同的，即有不同的承载能力。承载能力。u强度、刚度和稳定性强度、刚度和稳定性结构