工程力学第一章 绪论

第一章绪论一、

什么是力学二、力学与工程三、现代力学的发展及其特点七、工程静力学研究主线五、最基本概念--力和运动四、学科分类六、一般研究方法1一、什么是力学?是各技术工程学科的重要理论基础，是沟通自然科学基础理论与工程实践的桥梁。所阐述的规律带有普遍性，是一门基础科学。直接服务于工程,又是一门技术科学。力学是研究物质机械运动规律的科学。墨子：“力，形之所以奋也”。（公元前4世纪）

力是物体为什么改变其状态的原因。

2机械、结构等受力如何？如何运动？如何变形？破坏？如何控制设计？其目的是：

了解工程系统的性态并为其设计提供合理的规则。工程力学（或者应用力学）是:将力学原理应用实际工程系统的科学。性态规则3

二、力学与工程以力学与航空航天工程为例简单回顾。4实验探索：风筝、火箭、模拟鸟类滑翔等。问题一、如何飞起来？5到19世纪末，经典流体力学基础已经形成。1783年6月，法蒙高兄弟布袋式热气球飞行。1875年，氢气球载人飞行到万米高空。19世纪后，出现了飞艇。充填氢、氦、热空气等产生升力，用动力装置辅助控制,可以向任意方向飞行。空气静力飞行：（气球、飞艇）

到20世纪，人们从理论和实践二方面研究飞行器与空气相对运动时作用力(升力，阻力)的产生及其规律。空气动力学

发展并形成新分枝。空气动力飞行：61949年，第一架喷气式客机“彗星号”,可载客80名，最大起飞重量达70吨，跨音速。1903年，莱特兄弟（美国）的木制机身、双层帆布机翼螺旋桨飞机第一次飞行。7空气动力试验---风洞实验8问题二如何飞？作为刚体，研究运动规律和控制。飞行力学问题三如何保证结构的安全？

无缺陷均匀材料，变形体。研究对象材料力学性能、结构应力分析、失效判据、设计规范。研究内容

材料力学、结构力学、弹性力学、计算力学等。

属于静强度设计。相应学科9飞机整机结构强度实验机翼破坏实验10机身结构强度实验11材料缺陷的影响如何？载荷变化的影响如何？60年代末，美国空军F-111飞机连续发生灾难性事故，是由含裂纹构件的脆性断裂引起的，断裂力学方法也从此引入飞机设计中。断裂力学--考虑材料缺陷和裂纹近代，复合材料，智能结构的研究。目标：更轻、更快、更安全（自监测、自诊断）1952年，“Comet”试飞300多小时后投入使用。1954年元月突然发生空中爆炸，坠落于地中海。残骸研究后表明，起源于机身开口拐角处的裂纹，在扰动载荷作用下扩展导致破坏。疲劳力学--考虑载荷变化和重复作用的影响12

振动、噪声控制；稳定性和可操纵性力学与工程紧密结合。是一门既古老又年轻的学科，它对于近、现代科学技术的进步，有重要的影响。问题四、如何更加舒适？飞起来?跨、超音速空气动力学喷气机、后掠翼、复合材料快速理论力学飞行力学如何飞？安全振动噪声；稳定性舒适材料力学结构力学弹性力学计算力学疲劳力学断裂力学空气动力学双、单翼机气球、飞艇流体力学实验力学13大型汽轮机转子结构的破坏例：14

轴叶轮

疲劳断裂破坏15

转子轴疲劳开裂

疲劳断裂破坏16叶片击穿厂房17台南高屏大桥断裂2000年8月27日下午3时20分，台湾南部高屏大桥断裂，大桥中间下陷部分长达100米。17辆车坠河，22人受伤。采沙过度，河面沉降10余米，桥墩先断裂。182000年７月25日，法航协和式客机坠毁，113人死亡。地面铁条使轮胎爆裂，碎片侵入发动机。19汽车议碰撞嗓试验20建筑倾物控妹制爆电破21上海丈东拳方电姻视塔高3夫00m球径众45m22抗震巷模型破试验（破撤坏部评位、厌破坏坦形式高、抗佳震能把力）23材料与对象：金属、土木石等新型复合材料、高分子材料、结构陶瓷、功能材料。尺度：宏观、连续体含缺陷体，细、微观、纳米尺度。3.众1力学棉研究惭的发图展：应用喂领域：航空片、土勤木、咽机械猜、材话料生裹命、微边电子及技术酒等三、租现代桐力学倾发展蛇及其内特点实验套技术：电、果光测缘瑞实验业技术全息察、超业声、岂光纤邮测量免，及实粗验装狡置的妇大型歪化。24静强弱度、俗断裂或控制塔设计睬、抗羽疲劳旋设计蛙、刚度政设计损伤涉容限暂设计稻、结狱构优美化设湾计、耐久崭性设驻计和慈可靠尊性设戚计等周。保证结构与构件的安全和功能

设计-制造-使用-维护的综合分析与控制，功能—安全—经济的综合性评价，自感知、自激励、自适应（甚至自诊断、自修复）的智能结构。设计目标：设计臣准则：253.身2缠现代王力学成的特很点应用调现代船计算享机、牵信息挨技术，与其锣他基出础或评技术夏学科艳相互命结合布与渗栽透。材料设计：按所要求的性能设计材料。(90年代)计算机应用：计算力学+计算机应用(60年代)解决复杂、困难的工程实际问题。使工程结构分析技术；（结合CAD技术）监测、控制技术（如振动监测、故障诊断）；工程系统动态过程的计算机数值仿真技术；广泛应用至各工程领域。2690橡年代唤开始彩，力敢学与流材料命、控芹制（扒包括徒传感副与激泪励）威、计泪算机粪相结宣合，叼研究畏发展壤面向耳21益世纪叙的、具有漏“活雁”的共功能及的智民能结斥构。智能肠结构：生物材料力学性能、微循环、定量生理学、心血管系统临床问题和生物医学工程等。“没有生物力学，就不能很好地了解生理学。”生物力学：(70年代冯元祯博士)依托攻新兴胖产业妨发展镰力学。航空汁航天剃、信昨息、雾生命有、功氏能材尤料等27四、择学科棋分类静力沫学：研究求力系冠或物阵体的应平衡井问题霞，不蛇涉及欲物体运动溜状态奥改变谜；如春飞机通停在痰地面锅或巡沾航。运动学：研究物体如何运动，不讨论运动与受力的关系；如飞行轨迹、速度、加速度。动力学：研究力与运动的关系。如何提供加速度？按运参动与豆否分：28按研达究对鼓象分：一般六力学：对拐象是克刚体届。研蜡究力采及其傅与运怀动的票关系梳。有理论低力学，分析医力学等。流体豪力学：对王象是周气体姿和液涛体。有水力核学、逝空气米动力躬学等。固体血力学：对炸象是思可变投形固弃体。您研究喉强度骡、变皆形、碰破坏等泼。疫有材料晨力学刮、结违构力孔学、牵弹性司力学、销塑性殿力学届、断绵裂、派疲劳等。

(理论分析、实验和数值计算)有实验力学、计算力学二个方面的分支。按研究手段分：

有飞行力学、船舶结构力学、岩土力学等。按应用领域分：29五、寄最基煎本概研念-棕-力社和运鲜动力学融既要福研究把力，享又要籍研究哗运动谋，还要蚕将力麦和运皆动二嗽者联俘系起举来。力是物体间的相互作用。1.力：直接接触的物体，通过接触表面的相互作用。如物体间压力等。表面力分布作用在接触面上。表面力非直接接触物体间的相互作用。如物体重力、惯性力、电场力、磁场力等。体积力分布作用在物体整个体积内，与质量有关。体积力302.运动宇：是力淹(力旬系)泡作用托的结以果。浇有二鼓种效达应：物体空间位置随时间的变化。如飞机在空中飞行，复杂的运动。运动—（外效应）物体自身形状的局部畸变。如机翼、机身结构的变形。变形—（内效应）313.力与矛运动萝之关木系的乖研究，属钥于动力杀学。是动力哨学基挠本方闯程。注意F、a是矢钢量。牛顿乓第二本定律限:物体连运动次状态轧的改喷变(dv毁/d长t=a)与作唯用于尸其上的力涉成正宾比，疮并发菜生于怕该力笼的作弯用线过上。力与变形之关系，是与材料有关的物理行为。4.力与固体的变形之关系的研究,属固体力学。特别剩地，垮若物删体的躲运动蛙状态产不发裕生改俱变（a=0）,则称匀物体垃处于平衡。32提出问题，选择有关的研究系统。对系统进行抽象与简化，建立力学模型。利用力学原理进行分析、推理，得出结论与已知结论相比较，或由实验进行验证。确认或进一步改善模型，深化认识六、仇一般宴研究柿方法工程鹊力学仪解决孟问题留的一禽般方葵法，磨类似胸于一告般科撑学研悬究的崭普遍烤方法达，可费归纳情为：建立切力学驰模型很是最纵关键卡的。(度需要症知识你和经晨验)模型殃包括段材料项性能笛、载古荷、界约束诊、几露何形玩状等真实龄情况桑的理则想化筹和简别化。33材器料赢模膨型变形帜体模遗型刚体模型34汽车漂通过名轮胎摄作用觉在桥采面上扇的集忧中力紫模型载闻荷兆模萍型桥面板作用在钢梁的分布力模型35例如皆，研高究工舰程构呈件（旨如杆岁、梁更、轴恋等）早时，先将粱其理招想化疾为刚体，研术究其玻上的皇受力凉和运张动；建立纱力学叙模型智是最躬关键摩的。(新需要陪知识等和经桥验)研究赌不同诊的问胜题，涌采用伯不同税的模活型。好的衣模型源，既洒能使初问题恭的求础解简医化，又能华使结铺果基发本符亚合实挎际情伍况，类满足远精度料。若进一步考虑材料的塑性，可研究其弹—塑性行为。就会得到更进一步的启发。再将其视为变形体，并假定变形是弹性的，研究在载荷作用下构件的弹性变形；36七、牵工程牵静力晶学研屡究主呀线工程亏力学感问题的分怕析，杜一般抛都需均要进忠行--胖--倍力的螺研究肤。--骡--技运动退和变责形的渴研究走。--躲--你联系糟力与河运动型、力污与变兴形之烧关系妻的研逢究。若构椅件处马于静巡寿止或砖平衡催状态户，则撤不必绒考虑叠其运放动。平衡及状态队的力墓学问泄题—铁—称骆为静力上学问奸题。力的平衡关系、变形的几何协调关系和力与变形间的物理关系。研究