工程力学课件工程静力学

工程静力学工程静力学是工程力学的一个分支，主要研究物体在静止状态下的受力分析和运动规律。课程内容包括力学基本概念、静力学公理、力的合成与分解、力偶、力矩、平衡条件、桁架结构、摩擦等。内容概述11.静力学基础涵盖力的概念、力系、力矩、平衡条件等基础知识。22.结构受力分析学习梁、桁架、框架等常见结构的受力情况及计算方法。33.结构强度与稳定性分析结构的承载能力，确保结构在使用过程中不会发生破坏或失稳。44.工程应用介绍工程静力学在实际工程项目中的应用，如桥梁、建筑、机械等。静力学的基本概念物体静止静力学研究的是物体在静止状态下的受力情况以及平衡条件。力的作用力是物体间相互作用的结果，力的作用可以改变物体的运动状态或形状。力的平衡当作用于物体上的所有力相互抵消，物体保持静止或匀速直线运动，则称这些力处于平衡状态。力和力系力的概念力是物体之间的相互作用，是改变物体运动状态的原因。力的大小和方向力的作用点力的表示力的表示方法包括力矢，力多边形，力矩等。力系作用在一个物体上的多个力的集合，称为力系。力系的分类力系可以分为平衡力系，非平衡力系，汇交力系，平行力系等。力的分解和合成1平行四边形法则两个力合成，用平行四边形对角线表示合力。2三角形法则将两个力首尾相接，连接起点和终点，得到合力。3力的分解将一个力分解成两个或多个力的组合。力的分解和合成是工程力学的基础，用于分析结构的受力情况。力的合成可以得到合力，可以用于计算结构的整体受力。力的分解可以将一个力分解成多个力的组合，方便分析每个力的作用效果。平面力系的均衡条件力的平衡合力为零，即所有力的向量和为零。这表示物体处于静止状态或匀速直线运动状态。力矩平衡，即所有力对任意一点的力矩之和为零。这表示物体不会发生转动。平面力系平衡是指作用在刚体上的所有力在同一平面内，并且满足力平衡和力矩平衡的条件。平面力系的均衡条件是工程静力学中的核心概念，它为分析结构的稳定性、计算结构的内力以及确定结构的承载能力提供了基础。摩擦力静摩擦力物体处于静止状态时，阻止物体运动的力。滑动摩擦力物体相对运动时，阻碍物体运动的力。滚动摩擦力物体滚动时，阻碍物体运动的力。摩擦系数摩擦力的大小与正压力和摩擦系数有关。重心与质心重心重心是物体上所有质量的中心点，物体在重力作用下会绕重心旋转。质心质心是物体上所有质量的几何中心点，用于描述物体的整体运动。应用重心与质心在工程力学中应用广泛，例如结构稳定性分析和力矩计算。梁的受力分析梁的受力分析是工程静力学中一个重要的内容，它可以帮助我们理解梁在各种荷载作用下的受力情况，从而进行结构的设计和计算。分析梁的受力，首先要确定梁的支座类型，然后根据荷载类型和位置，确定梁的受力形式，最后绘制梁的受力图，并根据力学原理进行计算。简单支撑梁的计算1计算步骤首先，建立梁的受力模型。然后，根据力学平衡原理，计算梁上的支座反力。2确定载荷确定梁上作用的载荷类型和大小，例如集中力、均匀分布力或三角形分布力。3计算弯矩根据载荷和支座反力，计算梁上任意截面的弯矩，并确定最大弯矩值。4计算剪力根据载荷和支座反力，计算梁上任意截面的剪力，并确定最大剪力值。简支梁的挠度计算1计算方法采用叠加法或积分法2边界条件两端自由，无约束3挠度方程根据梁的形状和载荷求解简支梁的挠度计算方法，根据不同的载荷形式和边界条件，采用相应的计算方法，最终得到梁的挠度方程，从而确定梁在不同位置的挠度。连续梁的计算连续梁的定义连续梁是指跨越多个支点的梁。连续梁的支点数量比跨数多一个。平衡方程连续梁的计算需要应用平衡方程，包括力的平衡方程和力矩的平衡方程。变形协调方程连续梁的变形协调方程反映了梁的变形关系，是计算的关键步骤。求解通过建立平衡方程和变形协调方程，可以解出连续梁的内力、弯矩和挠度。静定结构的计算确定结构类型首先，判断结构是否为静定结构，满足静力平衡条件。建立受力模型将结构简化为受力模型，包含所有外力、约束力和内部力。列写平衡方程根据静力平衡条件，列写出结构的平衡方程，包括力和力矩平衡。求解未知量解平衡方程组，求解结构中所有未知量，包括力和力矩。绘制力图根据求解结果，绘制结构的力图，清晰地展示各点受力情况。静不定结构的计算静不定结构的计算方法是工程力学的重要组成部分，它涉及到结构受力分析、变形计算和稳定性分析等关键内容。通过运用静不定结构的计算方法，我们可以有效地分析和预测结构在各种荷载作用下的响应，从而确保结构的安全性和可靠性。1力平衡方程静力平衡方程是求解静不定结构的基本方法，它通过分析结构上的各种力来建立方程组，然后求解出未知力。2变形协调方程变形协调方程是描述结构变形之间的关系，它通过分析结构的变形来建立方程组，然后求解出未知的变形量。3材料本构关系材料本构关系是描述结构材料的力学性质，它通过分析材料的应力和应变关系来建立方程组，然后求解出未知的应力。构件受压稳定性材料强度材料本身的抗压能力构件截面尺寸截面形状和尺寸影响稳定性约束条件支撑方式和约束条件对稳定性有重要影响荷载类型和大小荷载的分布和大小对稳定性有重要影响结构分析的基本方法11.力法力法以结构的内力为未知量，通过平衡方程求解结构的内力。22.位移法位移法以结构的位移为未知量，通过变形协调方程求解结构的内力。33.矩阵法矩阵法将结构分析问题转化为矩阵方程，利用计算机进行求解。44.有限元法有限元法将结构离散化，利用有限元方程求解结构的内力。工程结构的类型框架结构框架结构由梁和柱组成，结构刚度大，抗震性能好。常用钢筋混凝土或钢结构。剪力墙结构剪力墙结构主要依靠墙体来承担横向荷载，抗震性能好，适用于高层建筑。组合结构组合结构由多种结构形式组合而成，综合了不同结构的优点，适用于复杂结构的建筑。网架结构网架结构由杆件组成的空间网格结构，重量轻，抗震性能好，适用于大跨度建筑。工程结构的设计原则安全可靠确保结构在各种荷载作用下能够安全运行，满足使用年限和安全标准。选择材料、设计方案和施工工艺，保证结构的安全性和可靠性。经济合理在满足安全可靠的前提下，力求设计经济合理，降低工程造价。优化结构形式、材料选择和施工工艺，提高工程经济效益。美观实用结构设计应考虑美观实用，与周围环境协调一致。根据建筑功能和环境要求，选择合适的结构形式和材料，打造美观实用，功能完善的建筑。可维护性设计应考虑结构的可维护性，方便维修和保养。设置必要的维护通道和检修口，便于维护和保养，延长结构的使用寿命。工程结构常见问题工程结构在设计、施工和使用过程中，会遇到各种问题，例如材料缺陷、施工质量问题、荷载超标、环境因素等。这些问题会导致结构安全隐患，甚至引发事故。为了防止问题发生，需要进行严格的质量控制，定期进行维护检查，并及时采取措施解决发现的问题。工程结构的荷载风荷载风荷载是建筑物在风力作用下所受到的力，是影响建筑结构安全的重要因素。雪荷载雪荷载是建筑物在雪覆盖下所受到的力，主要影响屋顶结构的承载能力。地震荷载地震荷载是建筑物在地震发生时所受到的力，主要影响建筑物的抗震性能。活荷载活荷载是指建筑物在使用过程中产生的可变荷载，例如人员、家具、设备等。荷载组合11.永久荷载建筑物自身重量、固定设备和管道等22.可变荷载人员、家具、雪、风等33.地震荷载地震作用下产生的惯性力44.温度荷载温度变化导致的膨胀或收缩应力分析应力分析是结构力学的重要组成部分，通过分析结构内部的应力分布，可以判断结构的强度和稳定性。强度计算强度计算工程静力学中的核心概念作用力构件上的外力应力构件内部的抵抗力强度条件应力应小于材料的屈服强度或抗拉强度安全系数保证结构安全，应力应远小于材料强度正应力和剪应力计算正应力和剪应力是工程力学中重要的概念，用于分析构件在受力时的内部应力状态。正应力是指作用在物体横截面上垂直于截面的力，而剪应力是指作用在物体横截面上平行于截面的力。正应力和剪应力的计算对于评估构件的强度和安全性至关重要。1正应力由外力引起的物体内部垂直于截面的应力。2剪应力由外力引起的物体内部平行于截面的应力。3应力集中在几何形状突变处，应力会急剧增加。4强度计算根据应力计算构件的承载能力。梁挠度分析1挠度计算基于材料力学理论，应用微积分方法2影响因素荷载大小、材料特性、截面形状3安全评估控制变形，确保结构安全梁的挠度是指梁在荷载作用下发生的变形量，是衡量梁结构安全性和使用性能的重要指标。工程应用中，需通过计算分析梁的挠度，确保其在承载荷载的同时，变形不超过允许范围。变形计算1定义与概念变形计算是指在荷载作用下，结构或构件的几何形状、尺寸发生的变化。2计算方法常见方法包括：弹性力学、有限元方法和实验测试。3重要性变形计算可以评估结构的安全性、稳定性和耐久性。应用实例分析工程静力学应用广泛，涉及许多领域。例如，桥梁设计和建设需要考虑结构的受力、稳定性和变形，以确保桥梁的安全性、可靠性和耐久性。例如，桥梁设计中需要进行静力学计算，确定桥梁的承载能力和抗风能力，并根据计算结果选择合适的材料和结构形式。此外，桥梁建设过程中也需要运用工程静力学原理，例如，在桥梁的施工过程中需要考虑荷载的影响，避免桥梁因荷载过大而发生变形或破坏。课堂讨论与总结问题讨论