课件-概念结构力学

概念结构力学概念结构力学是结构力学发展的新方向，它强调结构的整体性能和功能，以及结构与周围环境的相互作用。课程导言课程简介本课程深入探讨结构力学的基础知识，为学生打下坚实的基础。课程目标掌握结构力学的基本原理、计算方法和应用技巧。课程内容涵盖力学概念、受力分析、应力分析、位移分析、材料性能、连接方式等。学习方法课堂讲授、案例分析、课后练习、实践操作相结合。力学概念1力学研究物体机械运动及其变化规律的科学2静力学研究物体处于平衡状态下的力学3动力学研究物体在力的作用下运动规律的力学力的分类外力来自物体外部的作用力，例如重力、拉力、压力等内力物体内部各部分之间的相互作用力，例如摩擦力、弹力等静力使物体保持静止状态的力，例如重力、支持力等动力使物体发生运动或改变运动状态的力，例如推力、拉力等力的表示法力的表示方法可以帮助我们更直观地理解力的作用。力的表示方法主要有两种：矢量法和解析法。矢量法是用箭头来表示力的方向和大小，箭头长度代表力的大小，箭头方向代表力的方向。解析法是用力的三个分量来表示力的大小和方向，分别是力的水平分量、垂直分量和法向分量。受力分析1识别结构确定结构类型2隔离物体选取待分析的物体3绘制受力图标注作用在物体上的所有力受力分析是结构力学的重要步骤。通过识别结构、隔离物体和绘制受力图，可以清楚地了解物体所受的各种外力，为后续的应力分析、位移分析和稳定性分析奠定基础。受力分析-集中力系1定义集中力系指作用于物体上的所有力，可以简化为作用于物体上的一个合力，且该合力的作用点为所有力的作用点的合力点。2步骤首先，确定物体的受力情况。然后，根据力的大小和方向，将所有力分解成水平和垂直方向的力。3应用集中力系的概念在结构力学中得到了广泛应用，例如在分析桥梁、建筑物和机器的受力情况时，可以将多个力简化为一个合力，从而简化计算过程。受力分析-分布力系定义分布力系是指作用在物体表面上的力，这些力在物体表面上的分布是连续的，而不是集中在一点上的。例如，压力、风力、水压等。简化方法对于分布力系，通常可以用一个合力来代替它，这个合力的作用点被称为分布力系的合力作用点。求合力分布力系的合力大小等于分布力系的面积，合力作用点位于分布力系的形心上。举例比如一个均匀的分布载荷作用在梁上，可以用一个集中力来代替，这个集中力的作用点位于梁的中心位置。力的平衡静力平衡合力为零，物体保持静止状态。动态平衡物体以恒定速度运动，合力为零。平衡条件所有外力的合力等于零，所有外力矩的合力矩也等于零。支座反力支座反力是结构支撑点对结构施加的力，用来平衡结构所受的外部荷载。支座反力的方向和大小取决于结构的形状、荷载类型以及支座的类型。常见的支座类型包括固定支座、滚动支座和滑动支座，每种支座的约束条件不同，反力也存在差异。支座反力分析是结构力学中非常重要的一个环节，可以帮助我们了解结构的受力情况，并确保结构的安全稳定。简单支撑梁简单支撑梁是常见的结构形式之一，其特点是两端支承在两个固定的支撑点上。简单支撑梁可以承受垂直载荷，并将其传递给支撑点，在工程结构中应用广泛，例如房屋的楼板、桥梁的横梁等。简单支撑梁的受力分析简单支撑梁是指两端用支座支撑的梁，受力分析是分析梁在各种外力作用下的受力情况，为后续的应力分析和位移分析奠定基础。1载荷类型集中荷载、分布荷载、弯矩荷载2支座反力支座对梁的约束力3内力梁内部产生的剪力、弯矩通过受力分析可以确定梁各截面的受力情况，为后续的应力分析和位移分析提供数据支持。简单支撑梁的应力分析应力定义应力是物体内部抵抗外力作用而产生的内力，是单位面积上的内力。应力分类简单支撑梁的应力主要包括正应力和剪应力，正应力垂直于截面作用，剪应力平行于截面作用。应力计算应力的大小可以通过外力、截面面积以及材料的弹性模量等参数进行计算。应力分布应力在梁的横截面上并非均匀分布，通常在梁的中心处最大，在边缘处最小。应力分析应力分析是结构力学的重要内容，它可以帮助我们判断结构的安全性，并指导结构的设计与施工。简单支撑梁的位移分析1位移计算应用材料力学公式2边界条件梁的固定端点约束3载荷类型集中力、分布力、弯矩4材料参数弹性模量、泊松比位移分析是评估简单支撑梁在受载荷作用下的变形程度。通过计算梁的挠度和倾斜角，可以预测梁的整体稳定性。悬臂梁悬臂梁是一种一端固定，另一端自由的梁。悬臂梁广泛应用于建筑、桥梁和机械工程等领域，例如阳台、屋顶、起重机臂等。悬臂梁承受集中力或分布力的作用，会导致梁发生弯曲变形。悬臂梁的受力分析、应力分析和位移分析是结构力学中的重要内容，帮助工程师设计和评估悬臂梁的结构强度和稳定性。悬臂梁的受力分析1载荷种类悬臂梁主要承受集中力、分布力和弯矩等载荷，需要对其进行分类分析。2支座约束悬臂梁的支座通常为固定铰支座，可以提供水平、垂直和转动约束，约束反力包括水平力、垂直力和弯矩。3平衡方程应用力学中的平衡方程，根据悬臂梁的受力情况，求解支座反力大小和方向。悬臂梁的应力分析1应力集中悬臂梁的应力集中在固定端2弯曲应力弯曲应力沿着梁的长度变化3剪切应力剪切应力集中在梁的中性轴悬臂梁的应力分析需要考虑多种因素，包括载荷类型、梁的材料和尺寸，以及固定端条件。了解悬臂梁的应力分布，有助于工程师设计更安全的结构，并避免结构失效。悬臂梁的位移分析1位移计算根据材料力学公式进行计算2影响因素载荷大小、梁的长度和截面尺寸3位移类型垂直位移、水平位移、旋转位移4分析方法有限元法、叠加法、能量法悬臂梁的位移分析是结构力学中的重要内容，它可以帮助我们了解梁在荷载作用下的变形情况，从而判断结构的安全性。架构力学力学基础架构力学是建筑结构设计的重要组成部分，它研究建筑结构在荷载作用下的力学行为。建筑结构的稳定性、安全性、使用寿命等都与架构力学密切相关。结构分析架构力学运用力学原理分析建筑结构的受力状态，计算结构内力的分布、应力、应变、位移等参数。分析结果可用于评估结构的安全性，并优化结构设计。框架结构力学11.静定框架框架结构可以分为静定框架和超静定框架。静定框架是指结构中各杆件的内力可以由静力平衡方程直接求解，不需要考虑变形。22.超静定框架超静定框架是指结构中各杆件的内力无法由静力平衡方程直接求解，需要考虑变形，并引入位移方程。33.框架结构分析方法常用的框架结构分析方法包括力法、位移法、矩阵法等。这些方法可以用来计算框架结构的内力、变形、应力等。44.框架结构设计框架结构的设计需要考虑材料强度、稳定性、耐久性等因素，确保结构安全可靠。材料受力性能抗拉性能材料抵抗拉伸负荷的能力，决定材料在拉伸载荷下的强度和延展性。抗压性能材料抵抗压缩负荷的能力，决定材料在压缩载荷下的强度和稳定性。抗剪性能材料抵抗剪切负荷的能力，决定材料在剪切载荷下的强度和抵抗变形的能力。抗弯性能材料抵抗弯曲负荷的能力，决定材料在弯曲载荷下的强度和抵抗变形的能力。材料的抗拉性能拉伸强度材料在断裂前所能承受的最大拉伸应力。屈服强度材料开始发生永久变形时的应力。伸长率材料断裂前所能承受的最大拉伸应变。材料的抗压性能材料的抗压性能是指材料在承受压缩载荷时抵抗破坏的能力，通常用抗压强度表示。抗压强度是指材料在破坏前所能承受的最大压力。材料的抗压性能是结构力学设计中重要的参数之一。1000MPa混凝土500MPa钢材50MPa木材10MPa砖不同材料的抗压强度差异很大。例如，混凝土的抗压强度一般在1000MPa以上，而木材的抗压强度一般在50MPa左右。在结构设计中，需要根据材料的抗压强度来选择合适的材料和结构形式。材料的抗剪性能材料抗剪性能指材料抵抗剪切力的能力。剪切强度是指材料在剪切破坏前所能承受的最大剪切应力。剪切强度测试方法通常通过在试样上施加剪切力，测量其所能承受的最大力，并根据试样的截面积计算出剪切强度。材料的抗弯性能抗弯性能是材料抵抗弯曲变形的能力。材料在弯曲载荷作用下，会产生应力，并发生变形，最终可能导致断裂。100强度抗弯强度是指材料在弯曲破坏之前所能承受的最大应力。1000韧性抗弯韧性是指材料在弯曲破坏前所能吸收的能量。10000刚度抗弯刚度是指材料在弯曲载荷作用下抵抗弯曲变形的能力。材料的抗扭性能扭转材料抵抗扭转的能力扭转强度材料在扭转破坏前所能承受的最大扭矩扭转刚度材料在扭转变形时抵抗扭转的能力扭转应力材料在扭转时产生的切向应力扭转应变材料在扭转时产生的切向应变扭转性能在设计轴、杆等构件时至关重要，需要根据具体应用场景选择合适的材料。连接方式螺栓连接螺栓连接是一种常见的连接方式。利用螺栓和螺母将两个或多个零件紧固在一起。焊接连接焊接连接是通过加热金属使其熔化，并将其连接在一起。焊接连接可以承受很大的力量。铆接连接铆接连接是通过使用铆钉将两个或多个零件紧固在一起。铆接连接可以承受较大的拉力。连接强度分析1材料强度连接的材料应满足要求2连接类型选择合适的连接方式3负荷连接需要承受的载荷4环境环境因素的影响连接强度分析评估连接在实际应用中的承载能力。材料强度、连接类型、负荷以及环境因素是影响连接强度的关键因素。选择合适的材料、连接方式，确保连接能够安全可靠地工作。实例分析与讨论实际工程案例桥梁、建筑物、机械结构等。