工程力学01-绪论

第一章绪论ChapterOneIntroduction工程力学—–我们身边的科学工程力学—–我们身边的科学工程力学—–我们身边的科学工程力学—–我们身边的科学工程力学—–我们身边的科学1.1工程力学的主要内容1.3杆件及其基本变形形式1.2工程力学的研究对象及其基本假定1.4工程力学的研究方法1.研究物体在力的作用下平衡的力学规律1.1工程力学的主要内容◆力系的平衡条件及其应用◆

物体的受力分析◆力系的等效与简化（刚体静力学基本问题）问题：吊车移动到什么位置时，横梁两端的支撑力最大？最大支撑力等于多少？F1.1工程力学的主要内容力系——作用在物体上力的集合。平衡——物体相对惯性系静止或作匀速直线运动。平衡条件——平衡力系所满足的数学条件。1.研究物体在力的作用下平衡的力学规律（刚体静力学基本问题）2.研究物体在力的作用下变形、破坏的力学规律◆工程构件的力学分析1.1工程力学的主要内容※

强度

(strength)※

刚度

(stiffness)※

稳定性

(stability)FFFF强度构件抵抗破坏的能力ab裂纹裂纹工程力学的结论强度失效智利地震垮塌的桥雪压倒加油站强度失效俄罗斯(Transvaal)水上乐园强度失效强度失效FwFFwF刚度构件抵抗变形的能力ab工程力学的结论齿轮轴刚度失效齿轮轴变形过大，会加速齿轮的磨损，减低轴承的寿命。大梁变形过会出现小车爬坡现象，引起振动。吊车梁刚度失效稳定性构件保持原有平衡形态的能力平衡不稳定转入另一种平衡形式2005年9月5日晚10点10分，北京西单“西西工程4号地”综合楼工地的模板支撑体系失稳，导致脚手架坍塌

，47名工人坠落，造成6人死亡、28人受伤的严重后果。模板失稳山体滑坡◆固体力学的基础性概念※

应力※

应变※

本构关系变形体在承受外作用时内部力的描述变形体在承受外作用时内部变形的描述变形体中应力和应变的关系2.物体受力与变形以及破坏的力学规律◆工程构件的力学分析1.1工程力学的主要内容1.2工程力学的研究对象及其基本假定1.刚体的概念定义：所谓刚体是这样的物体，在力的作用下，其内部任意两点之间的距离始终保持不变。物体理想化的力学模型——刚体刚体是在力的作用下不变形的物体。2.变形体的概念变形：构件尺寸与形状的变化。这时的物体即视为变形固体。分析和讨论将吊车梁看成是刚体还是的变形体？吊车梁在起吊重物时所产生的最大挠度一般不超过梁的跨度的1/500。在研究与变形有关的问题时

在研究物体的运动和平衡规律时刚体变形体变形的绝对大小并不是简化为刚体的条件，更重要的是变形对所研究问题的结果产生的影响要足够小。结论1.2工程力学的研究对象及其基本假定3.关于材料性质的假定3.关于材料性质的假定10–8m考察的尺度量级：考察的尺度量级：10–6m10–4m考察的尺度量级：10–2m考察的尺度量级：1.2工程力学的研究对象及其基本假定材料力学研究的是巨量物质微粒的集合的宏观的力学行为。材料力学研究的是巨量物质微粒的集合的宏观的力学行为。材料力学研究的是巨量物质微粒的集合的宏观的力学行为。3.关于材料性质的假定1.2工程力学的研究对象及其基本假定◆

连续性(continuity)◆

均质性(uniformity)3.关于材料性质的假定材质内部处处力学性能相同材质内部各处力学性能不尽相同1.2工程力学的研究对象及其基本假定◆

连续性(continuity)◆

均质性(uniformity)◆

各向同性(isotropy)3.关于材料性质的假定微观或细观层次上的随机性构成了宏观层次上的各向同性。微观或细观层次上的规律性构成了宏观层次上的各向异性。◆

连续性

◆

均质性

◆

各向同性

1.2工程力学的研究对象及其基本假定hbLhbLwmax4.关于变形的假定（小变形）◆

二阶微量可以忽略，使问题线性化wmax<h绝大多数的工程构件都工作在小变形状态下。小变形假定带来的方便实际平衡的构形进行计算的构形hbLwmax4.关于变形的假定（小变形）◆

二阶微量可以忽略，使问题线性化wmax<h小变形假定带来的方便◆

可以在未变形的构形中进行计算*弹性变形*塑性变形线弹性变形体理想模型连续性均匀性各向同性小变形1.3杆件及其基本变形形式1.工程构件的基本类型建筑工程中的例子1.工程构件的基本类型1.3杆件及其基本变形形式1.工程构件的基本类型1.3杆件及其基本变形形式杆(bar)板(plate)壳(shell)体(body)1.工程构件的基本类型杆

板

壳

体

1.3杆件及其基本变形形式轴线轴线轴线横截面轴线横截面轴线横截面斜截面等截面直杆变截面直杆曲杆2.工程力学的主要研究对象：杆分段等截面直杆1.3杆件及其基本变形形式3.杆件变形的基本形式拉压(tension&compression)扭转(torsion)3.杆件变形的基本形式弯曲(bending)剪切(shearing)组合变形下面的结构具有什么变形效应？工程构件往往产生拉压、扭转、弯曲等组合变形。分析和讨论P下面的结构具有什么变形效应？分析和讨论分析和讨论举例说明：你身边的一些物体在工作或使用时具有什么变形效应？你怎样做可以使一根粉笔发生拉或压或弯或扭变形以至断掉？并观察断面的不同。工程力学不仅要考虑构件整体的平衡，还要考虑局部的平衡。1.4工程力学力学的研究方法

1.力学分析力系平衡研究构件中的各个力学要素（包括外力和内力；包括力和力偶矩）之间的关系。构件整体平衡时，它的任意局部也是平衡的。2.物理分析研究材料的力学性能，研究构件的力学要素（有时还包括热学要素）与几何要素之间的关系。材料的力学性能影响构件的强度、刚度和稳定性。荷载与变形量之间的关系温度变化与应力、变形量之间的关系构件内部应力与应变之间的关系物质重叠裂纹变形协调3.几何分析构件内部变形应该是协调的研究构件和结构中各几何要素之间的关系。构件中应变和变形量之间的关系结构中各构件变形量之间的关系协调不协调不协调变形协调3.几何分析构件之间变形应该是协调的研究构件和结构中各几何要素之间的关系。构件中应变和变形量之间的关系结构中各构件变形量之间的关系协调不协调不协调力学分析力学分析物理分析力学分析物理分析几何分析力学分析物理分析几何分析力学分析物理分析几何分析力学分析物理分析几何分析

以三类分析为核心工程力学以至应用力学的研究方法

深化认识评价结论求解问题提出问题实践需求现象观察归纳与演绎建立模型抽象与简化资料查询材料类型因果分析主次取舍边界与约束力学分析物理分析几何分析计算实验推理实验证实计算机仿真与已知结论比较改善模型提炼规律工程力学以至应用力学的研究方法

力学家与力学史

Timoshenko是著名的俄裔美籍力学家、