工程力学第1章 绪论

工程力学主要教科书：《工程力学》（第2版）李卓球朱四荣主编，武汉：武汉理工大学出版社，2014.8主要参考书：范钦珊主编，《工程力学》（工程静力学与材料力学），北京：机械工业出版社，2002.7北京科技大学、东北大学编，工程力学（静力学和材料力学），北京：高等教育出版社，1997孙训方等，《材料力学》第四版I、II，北京：高等教育出版社，2002.8刘鸿文，《材料力学》第三版，北京：高等教育出版社，1992.7第1章绪论内容提要1.1什么是工程力学1.2力学发展的简要回顾1.3工程力学的研究方法1.4工程力学的基本研究主线1.1什么是工程力学力学是研究力与运动的科学。大到宇宙，小到基本粒子，力与运动无所不在。1.1什么是工程力学力学的地位力学横跨自然科学与工程技术。1.1什么是工程力学力的作用与物质的运动是自然界和人类活动最基本的现象，它所阐明的规律带有普遍的性质，这奠定了力学在科学体系中的基础（科学）地位。力学以工程和自然界的真实介质和系统为研究对象，绝大多数科学技术和工程领域不断提出大量新的力学问题急需解决，力学植根于国民经济和国防建设的各个门类。这又奠定了力学的工程技术地位。1.1什么是工程力学工程力学是力学学科的一个分支工程力学是研究实际工程中的力学问题，并将力学原理应用于工程技术领域的科学。1.1什么是工程力学工程力学课程的主要内容静力学材料力学1.1什么是工程力学什么是静力学？静力学又称刚体静力学，主要是研究刚性物体在平衡状态时的受力问题。刚性物体是假定物体不变形的一种理想化状态。平衡状态是一种特殊的运动状态。1.1什么是工程力学什么是材料力学？材料力学以变形固体为研究对象，主要研究变形固体的受力、变形、破坏的一门科学。1.1什么是工程力学如何确保施工中的桥梁面板正确对接？桥梁面板如何受力？桥梁面板如何变形？如何确保桥梁安全服役？（长期服役不破坏是最基本的要求）1.1什么是工程力学这就需要研究拉索、桥梁面板的受力、变形和破坏时的安全余量。1.1什么是工程力学1.2力学发展的简要回顾力学是人类科学历史上起源最早的学科之一，来源于人类早期的生产实践。“科学的发生和发展，一开始就是由生产决定的。”(恩格斯)有关力学最早的文字叙述

墨翟(di)（公元前468～382）在他所著的《墨经》里，已对力和运动，下了适当的定义：“力，形之所以奋也。”书中论述了杠杆的平衡问题。指出，杠杆的平衡不但取决于加在两端的重量，还与“本”（重臂）、“标”（力臂）的长短有关，进而得出“长、重者下，短、轻者上”的结论。1.2力学发展的简要回顾建于隋代（605年）的河北赵州桥,桥长64.4米，跨径37.02米，用石2800吨,是当今世界上跨径最大、建造最早的单孔敞肩型石拱桥。赵州桥距今已1400年，经历了10次水灾，8次战乱和多次地震，依然完好无损.古罗马的拱桥1.2力学发展的简要回顾2200年以前建造的都江堰安澜索桥,位于都江堰鱼嘴分水堤上，横跨岷江内外江，全长约500米。是名播中外的古索桥，被誉为我国古代五大桥梁之一。是都江堰最具特征的景观。

斗拱是中国古代建筑独特的构件。斗拱在商周、战国时代就已出现，色彩艳丽、上下叠落、层层咬合的斗拱，是柱与屋顶的过渡部分，不但能使屋檐上翘和向外伸展，而且起到了承受屋顶重量并分散到柱身上的作用，它那类似弹簧的消力，在地震发生时，还能极大减轻建筑屋顶的破坏程度。雅典女神庙建于438B.C.1.2力学发展的简要回顾古罗马的农神庙TheForum.ExamplesofearlyRomancolumnconstructioncanbeseeninthe39ft.4in.granitecolumnsoftheTempleofSaturn(AD284,leftforeground)andthe48ft.5in.highcolumnsoftheTempleofCastorandPollux(AD6,rightbackground).(Rome,Italy)1.2力学发展的简要回顾1.2力学发展的简要回顾建于辽代（1056年）的山西应县佛宫寺释迦塔,塔高9层共67.31米，用木材7400吨.900多年来历经数次地震不倒，现存唯一木塔.是我国现存最高最古的一座木结构塔式建筑，是世界建筑史上的瑰宝，是全国重点文物保护单位。

总长十几万里的中华巨龙——万里长城，是人类古代最巨大壮观的工程。并且它在不同时代、不同地点、因险制塞、呈现着千姿百态、无一类同的奇丽景观，体现了建筑上的艺术才思。长城由城关、城墙、敌台、烽火台等构成的，是我国古代各地和各民族统治集团间的军事防御工程体系。它是两三千年来，由各族人民反复多次修筑而成的，是月球上唯一能观测到的人工建筑。

静力学通过两千年的发展，到19世纪已形成了一门相对完整的学问。为当时社会的简单工具、土木建筑、桥梁、交通工具等发展作出了重要贡献。1.2力学发展的简要回顾希腊哲学家亚里斯多德Aristotle,384B.C.－322B.C.也提出了杠杆平衡(equilibriumoflevers)问题。同时还提出了影响今后近2千年的力学观点。如地心说、物体下落说等唯象说。1.2力学发展的简要回顾阿基米德（公元前287～212）古希腊伟大的数学家、力学家。生于西西里岛的叙拉古，卒于同地。他和I.牛顿、C.F.高斯并列为有史以来三个贡献最大的数学家。在他的两本著作里，《论平面图形的平衡》、《论浮体》用了明确而普遍的方式.建立了杠杆平衡学说(Relationshipsfortheequilibriumoflevers)，奠定了几何静力学(Staticsforgeometry)、重心静力学(Staticsforbarycenter)。1.2力学发展的简要回顾达.芬奇（1452～1519）

莱昂纳多.达.芬奇是意大利文艺复兴时期的第一位画家，也是整个欧洲文艺复兴时期最杰出的代表人物之一。他是一位思想深邃、学识渊博、多才多艺的艺术大师、科学巨匠、文艺理论家、大哲学家、诗人、音乐家、工程师和发明家。他在几乎每个领域都做出了巨大的贡献。后代的学者称他是“文艺复兴时代最完美的代表”，是“第一流的学者”，是一位“旷世奇才”。所有的以及更多的赞誉他都当之无愧。

提出了力矩(moment)的概念、自由落体(fallingbodies)经验公式等1.2力学发展的简要回顾芬兰史蒂芬（1548～1620）由斜面问题的研究，得出了力的合成(compositionofforces)与力的分解（Decomposeofforces)定律，即力的平行四边形原理；FFyFxFF2F11.2力学发展的简要回顾法国科学家法利农（1654一1722）提出了力矩moment定理；潘索（1777～1859）提出了力偶coupleofmoment的概念及有关的理论，使得静力学的理论得到了进一步的发展。1.2力学发展的简要回顾16世纪以后,自然科学随同文艺复兴以及社会的巨大变革开始发展起来。力学通过漫长的停滞后在动力学方面得到了迅速发展。

由于社会变革，当时从行会手工业生产转变为工场手工业生产。研究机械的运动和寻找它的规律的任务被提了出来；航海需要天文学（天体力学）的帮助；在战争中广泛利用火炮，提出了弹道学这一中心同题。随着上述任务的需求，动力学首先得到了发展。1.2力学发展的简要回顾哥白尼(1473～1543)伟大的波兰天文学家，日心说的创立者，近代天文学的奠基人他的《天体运行论》的太阳中心学说，在科学界引起了宇宙观的大革命；1.2力学发展的简要回顾开普勒（1571～1630）根据哥白尼的学说以其他天文学家的观测资料，得出了行星运动三大定律，成为牛顿万有引力(universalgravitation)的基础。

1.2力学发展的简要回顾伽利略(Glileo,1564－1642)伽利略(Glileo,1564，2，15－1642，1，8)伽利略在科学史上是一位难得的天才，是意大利文艺复兴后期，伟大的力学家、天文学家、哲学家。近代实验物理学的开拓者，被誉为“近代科学之父”。后人称他为“科学实验之父”。1.2力学发展的简要回顾伽利略在力学上的贡献简述如下认真研究动力学第一人；提出了惯性原理；发现了摆周期的等时性原理；材料力学及其实验1.2力学发展的简要回顾伽利略是世界上第一个认真研究动力学的学者。伽利略对运动基本概念，包括重心、速度、加速度等都作了详尽研究并给出了严格的数学表达式。尤其是加速度概念的提出，在力学史上是一个里程碑。有了加速度的概念，力学中的动力学部分才能建立在科学基础之上，而在伽利略之前，只有静力学部分有定量的描述。1.2力学发展的简要回顾伽利略关于梁的试验1.2力学发展的简要回顾在静力学与梁等方面他对梁进行了最早的实验研究。伽利略在力学方面的成果集中反映在他的著作《关于两种新科学的谈话》中，他这里所说的两种新科学指的是材料力学和动力学。1.2力学发展的简要回顾牛顿(Isacewton,1642，12，25－1727，3，20，84岁)

1.2力学发展的简要回顾牛顿对整个自然科学的最重要的贡献是他的巨著《自然哲学的数学原理》。这本书出版于1687年，书中提出了万有引力理论并且系统总结了前人对动力学的研究成果，后人将这本书所总结的经典力学系统称为牛顿力学。1.2力学发展的简要回顾《自然哲学的

数学原理》

最早版本1.2力学发展的简要回顾在整个18、19世纪里，牛顿成为整个自然科学的偶像。牛顿与牛顿力学的影响所以这样大，是由于：1.2力学发展的简要回顾首先，牛顿力学最后证明了力学原理不仅能适用于地球上的石头下落，也适用于天上的星球运动。它是普遍适用的。牛顿力学进一步支持了哥白尼学说，而且将它发展到新阶段。1.2力学发展的简要回顾科学总是以客观规律取代神或人造的各种成见。牛顿在《原理》中的名言：“我不虚构假设”，这是科学的宣言。1.2力学发展的简要回顾其次，在科学的方法论上，是从实验和观察归纳总结出规律，然后依据这规律指导人们去认识新的现象。1.2力学发展的简要回顾在供奉国王和国王加冕的西敏寺，仅摆了两位科学家的雕刻：牛顿；达尔文。1.2力学发展的简要回顾经典力学是从哥白尼提出的太阳中心学说开始，由伽利略奠基，而由牛顿总其而成的。1.2力学发展的简要回顾值得注意的是：最伟大的科学家几乎都集中在这一学科，如伽利略、惠更斯、牛顿、胡克、莱布尼兹、伯努利、拉格朗日、欧拉、达朗伯等。由于这些杰出科学家的努力，借助于当时取得的数学进展，使力学取得了十分辉煌的成就，在整个知识领域中起着支配作用。1.2力学发展的简要回顾进入19世纪后，欧洲各主要国家相继完成了工业革命，大机器工业生产对力学提出了更高的要求。为适应当时土木建筑、机械制造和交通运输的发展，主要是材料力学、结构力学和流体力学得到了发展和完善。建筑、机械中出现的大量强度和刚度问题，由材料力学或结构力学计算。作为探索普遍规律而进行的基础研究，弹性力学也取得了很大的进展。1.2力学发展的简要回顾20世纪以来形成了近代力学1900年直至1960年，力学随着航空航天的发展形成了近代力学。力学还解决了核爆炸中对猛烈炸药爆轰的精密控制、强爆炸波的传播、反应堆的热应力等重要问题。1.2力学发展的简要回顾近代力学的新时代：力学+计算机20世纪60年代兴起的有限元法，能够将一个复杂的结构经离散化处理为有限单元的组合后，计算机可以对这种复杂的结构系统迅速计算出结果。有限元法是力学、数学、与计算机的巧妙结合，她一出现，就显示出无比的优越性，被广泛地应用于工程技术的各个领域，例如汽车碰撞、复杂结构的服役过程模拟等这类复杂的设计与计算，已成为现实。举例说明：1.2力学发展的简要回顾汽车碰撞护栏的计算机模拟1.2力学发展的简要回顾某载货车前轴有限元分析（东风汽车工程研究院CAE室）1.2力学发展的简要回顾强风吹圆柱的速度模拟1.2力学发展的简要回顾核电站烟囱整体有限元模型1.2力学发展的简要回顾核电站竖直烟囱固定支架与烟囱连接局部分析核电站竖直烟囱在龙卷风和地震作用下的受力、变形、破坏情况。1.2力学发展的简要回顾工程力学课程中所涉及两部分内容，是自然科学发展中长期积累的经典内容