工程力学1绪论及静力学基础

工程力学1绪论及静力学基础汇报人：AA2024-01-28目录contents课程引言静力学基本概念静力学公理与定理约束与约束力物体的受力分析与受力图静力学平衡方程及其应用静力学在工程中的应用课程引言01工程力学的定义01工程力学是研究物体机械运动规律的科学，是力学的一个分支。它主要研究物体在力的作用下产生的变形和破坏以及刚度、强度、稳定性和振动等方面的问题。工程力学的研究对象02工程力学的研究对象包括各种工程结构，如建筑、桥梁、道路、隧道、水利设施等，以及机械、航空、航天等各种工程领域中的构件和系统。工程力学的研究方法03工程力学采用理论分析、实验研究和数值模拟等方法，对物体的机械运动规律进行研究，为工程设计提供理论依据和技术支持。工程力学概述课程目标与要求课程目标本课程的目标是使学生掌握工程力学的基本概念和基本原理，具备分析和解决工程实际问题的能力，为后续专业课程的学习打下坚实的基础。课程要求要求学生掌握静力学的基本概念和基本原理，掌握物体的受力分析、力系的简化、平衡条件及应用等方面的知识，具备运用所学知识分析和解决工程实际问题的能力。本课程采用课堂讲授、讨论、案例分析等多种教学方法，引导学生积极参与课堂学习和讨论，激发学生的学习兴趣和主动性。学习方法建议学生在课前认真预习相关知识点，带着问题听课；课后及时复习巩固所学内容，多做习题加强练习；积极参与课堂讨论和案例分析，提高分析问题和解决问题的能力。学习建议学习方法与建议静力学基本概念02静力学主要研究物体在力系作用下的平衡条件，以及如何确定力的大小和方向。静力学的任务是确定物体在给定力系作用下的平衡状态，以及求解未知力的大小和方向，为工程实践提供理论支持。静力学研究对象与任务研究任务研究对象力的概念力是物体间相互作用的结果，是改变物体运动状态的原因。力的性质力具有大小、方向和作用点三个要素，遵循牛顿第三定律，即作用力与反作用力大小相等、方向相反、作用在同一直线上。力的概念与性质力系的概念与分类作用于物体上的一组力称为力系。力系的概念根据力系中各力的作用线分布特征，可将力系分为汇交力系、平行力系和一般力系三类。其中，汇交力系中各力的作用线交于一点，平行力系中各力的作用线相互平行，一般力系则不具有上述两种特征。力系的分类静力学公理与定理03VS作用于刚体的两个力平衡的充分与必要条件是，此二力大小相等，方向相反，作用线重合。作用力与反作用力公理两物体间存在作用力与反作用力，两力大小相等，方向相反，分别作用在两个物体上。二力平衡公理二力平衡公理与作用力与反作用力公理作用在物体上同一点的两个力可以合成为一个合力，合力也作用于该点，其大小和方向由以两个力为邻边所构成的平行四边形的对角线确定。在已知力系上加上或减去任意平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用效应。力的平行四边形法则加减平衡力系原理力的平行四边形法则与加减平衡力系原理三力平衡汇交定理刚体受三个不共面的力作用而平衡时，此三力的作用线必汇交于一点。刚化原理在静力学中，可将变形固体视为刚体，忽略其微小变形，从而简化问题的分析过程。三力平衡汇交定理与刚化原理约束与约束力04约束的概念约束是指对物体运动自由的限制，即物体间的相互作用力。在工程实际中，约束普遍存在，如桥梁的支座、机械零件的配合面等。要点一要点二约束的分类根据约束的性质和作用方式，约束可分为柔性约束、光滑面约束和固定端约束等。约束的概念与分类由柔软的绳索、链条或皮带等构成的约束。其约束力作用线沿柔索中心线，指向物体，恒为拉力。柔性约束当两物体接触面之间的摩擦力小到可以忽略不计时，可将接触面视为理想光滑的约束。不论接触面是平面或曲面，都不能限制物体沿接触面切线方向的运动，而只能限制物体沿着接触面的公法线指向并离开物体的运动。光滑面约束常见约束及其约束力分析静力平衡法根据静力学平衡条件，列出物体所受外力和约束力的平衡方程，从而求解约束力。这种方法适用于简单结构或已知部分约束力的情况。虚位移法通过假设物体发生虚位移，利用虚功原理建立方程求解约束力。这种方法适用于复杂结构或难以直接应用静力平衡法的情况。图解法在特定条件下，可以通过作图的方式直观地表示出约束力的大小和方向。这种方法简便易行，但精度较低，适用于初步分析和设计阶段。约束力的求解方法物体的受力分析与受力图05将研究对象从周围物体中隔离出来，单独进行受力分析。隔离法整体法假设法将几个物体视为一个整体，分析整体受到的外力。在分析物体受力时，先假设物体处于某种状态，然后根据已知条件进行推理分析。030201物体的受力分析方法绘制步骤确定研究对象，画出其轮廓图。在轮廓图上标出作用在研究对象上的所有外力。受力图的绘制步骤与注意事项用箭头表示力的方向，线段长度表示力的大小。在箭头附近标出力的名称和大小。注意事项受力图的绘制步骤与注意事项作用在物体上的力必须画在物体上，不能画在物体外。力的方向必须准确表示，不能随意画箭头。同一物体上的力应尽量画在同一比例尺上，以便于比较大小。受力图的绘制步骤与注意事项物体在斜面上的受力分析案例分析一物体研究对象物体的重力、斜面的倾角、物体与斜面之间的摩擦系数已知条件典型案例分析03研究对象两物体组成的系统01分析步骤画出物体的轮廓图，标出重力、斜面对物体的支持力和摩擦力，根据已知条件计算各力的大小和方向。02案例分析二两物体之间的相互作用力分析典型案例分析已知条件两物体的质量、相互作用力的大小和方向分析步骤画出两物体的轮廓图，标出相互作用力和各自的重力，根据已知条件计算各力的大小和方向。典型案例分析静力学平衡方程及其应用06平面力偶系的平衡方程利用力偶的性质和平衡条件，建立平面力偶系的平衡方程，用于解决刚体在平面内的转动平衡问题。平面任意力系的平衡方程通过向某点简化平面任意力系，得到主矢和主矩，进而建立平衡方程，可应用于刚体在平面内的复杂平衡问题。平面汇交力系的平衡方程通过解析法或图解法求解平面汇交力系的平衡问题，可应用于刚体在平面内的平衡分析。平面力系的平衡方程及其应用空间力系的平衡方程及其应用通过向某点或某轴简化空间任意力系，得到主矢、主矩和附加矩，进而建立平衡方程，可应用于刚体在空间中的复杂平衡问题。空间任意力系的平衡方程采用解析法或图解法求解空间汇交力系的平衡问题，适用于刚体在空间中的平衡分析。空间汇交力系的平衡方程根据空间力偶的性质和平衡条件，建立空间力偶系的平衡方程，用于解决刚体在空间中的转动平衡问题。空间力偶系的平衡方程静力学平衡方程的求解方法与技巧几何法利用几何关系直接求解平衡方程，适用于简单的静力学问题。解析法通过代数运算求解平衡方程，适用于复杂的静力学问题。在解析法中，常采用消元法、代入法、矩阵法等技巧简化计算过程。图解法利用图形表示力系和平衡条件，通过作图求解平衡方程。图解法直观易懂，但精度相对较低。数值法采用数值计算方法（如迭代法、有限元法等）求解静力学问题。数值法适用于难以获得解析解或需要高精度解的复杂问题。静力学在工程中的应用07123利用静力学原理，可以分析和计算桥梁在不同荷载作用下的内力和变形，从而确定桥梁的承载能力，保证其安全使用。确定桥梁的承载能力通过对桥梁结构的静力学分析，可以找出结构中的薄弱环节，优化结构设计，提高桥梁的承载能力和稳定性。优化桥梁结构设计静力学分析可以为桥梁施工和维护提供理论依据，指导施工过程中的临时支撑、张拉和加固等措施的制定和实施。指导桥梁施工和维护静力学在桥梁工程中的应用优化建筑结构设计通过对建筑结构的静力学分析，可以优化结构设计，提高结构的承载能力和抗震性能，降低建筑成本。指导建筑施工和验收静力学分析可以为建筑施工和验收提供理论依据，指导施工过程中的支撑、加固和验收标准的制定和实施。分析建筑结构的稳定性利用静力学原理，可以分析建筑结构在自重、风荷载、地震作用等外力作用下的稳定性和安全性。静力学在建筑结构中的应用静力学在机械工程中的应用利用静力学原理，可以分析和计