绪论及基本概念(工程力学课件)

工程力学概论工程力学是一门研究物体在外力作用下运动和变形规律的学科。它是工程技术的基础，对解决实际工程问题至关重要。力学的定义物理学分支力学是研究物体运动规律的物理学分支。研究对象主要研究物体在外力作用下的运动和变形。基本概念包括力、质量、时间和空间等基本概念。力学的发展历程1古代亚里士多德提出自然运动和强制运动的概念。2中世纪伽利略发现自由落体运动规律。3近代牛顿建立经典力学体系，奠定现代力学基础。4现代爱因斯坦相对论和量子力学的出现，拓展力学研究范围。力学的研究对象机械系统研究各种机械设备的运动和受力情况。建筑结构分析建筑物在各种载荷下的受力状态。航空航天探讨飞行器的运动规律和结构强度。力学的研究内容静力学研究物体在静止状态下的力平衡条件。运动学研究物体运动的几何特性，不考虑引起运动的原因。动力学研究物体运动与作用力之间的关系。材料力学研究材料在外力作用下的内力分布和变形规律。力学的应用领域力学的研究方法理论分析建立数学模型，推导力学定律。实验研究通过实验验证理论，获取数据。数值模拟利用计算机进行力学问题的数值计算。工程应用将力学理论应用于实际工程问题。基本概念(1)：力定义力是物体间的相互作用，可以改变物体的运动状态或形状。特征力是矢量，具有大小、方向和作用点。单位国际单位制中，力的单位是牛顿(N)。基本概念(2)：力的组成1合力2分力3力偶4力矩力可以分解为多个分力，也可以合成为一个合力。力偶是两个大小相等、方向相反、不共线的平行力。力矩是力对点或轴的转动效应。基本概念(3)：力的平衡静力平衡物体在多个力作用下保持静止状态。动力平衡物体在多个力作用下保持匀速直线运动。力矩平衡物体受到的所有力矩的代数和为零。基本概念(4)：力的传递接触力通过物体间的直接接触传递。远程力如重力、电磁力等，可以隔空传递。内力在物体内部各部分之间传递。基本概念(5)：力的释放1弹性变形物体受力后发生形变，卸载后恢复原状。2塑性变形物体受力后发生永久变形，无法完全恢复。3断裂物体受力超过极限强度后发生破坏。基本概念(6)：应变与应力应变物体在外力作用下的相对变形量。可分为正应变、剪应变等。应力物体内部单位面积上的内力。包括正应力、剪应力等。基本概念(7)：刚体与变形体刚体理想化模型，假设物体在外力作用下不发生变形。变形体考虑物体在外力作用下的变形，更接近实际情况。应用刚体用于简化分析，变形体用于精确计算。基本概念(8)：内力与外力外力作用在物体表面的力，如重力、压力等。内力物体内部各部分之间的相互作用力。平衡关系外力与内力在任何截面上都保持平衡。基本概念(9)：静力学与动力学静力学研究物体在静止或匀速直线运动状态下的力平衡问题。动力学研究物体运动与作用力之间的关系，包括运动学和动力学。基本概念(10)：理想化与简化1实际问题2物理模型3数学模型4计算结果力学研究中常需要对实际问题进行理想化和简化，建立适当的物理模型和数学模型，以便进行分析和计算。基本概念(11)：单位制与标准化国际单位制(SI)力学中常用的基本单位包括米(m)、千克(kg)、秒(s)等。工程单位如吨(t)、牛顿(N)、帕斯卡(Pa)等。标准化统一使用标准单位和符号，便于交流和计算。力学的基本定律(1)：牛顿运动定律1惯性定律物体保持静止或匀速直线运动状态，除非受到外力作用。2加速度定律物体加速度与所受合外力成正比，与质量成反比。3作用力与反作用力两个物体之间的作用力总是成对出现，大小相等，方向相反。力学的基本定律(2)：能量守恒定律定义在孤立系统中，能量的总量保持不变，只能在不同形式间转化。形式包括动能、势能、热能、电磁能等。应用广泛应用于力学、热力学、电磁学等领域。力学的基本定律(3)：动量守恒定律定义在没有外力作用时，系统的总动量保持不变。公式动量=质量×速度碰撞在完全弹性碰撞中，动量和动能都守恒。力学的基本定律(4)：角动量守恒定律定义在没有外力矩作用时，系统的总角动量保持不变。公式角动量=转动惯量×角速度应用如陀螺仪、冰上旋转等现象。力学研究的一般步骤1问题分析明确研究对象、条件和目标。2模型建立建立适当的物理模型和数学模型。3理论分析应用力学原理和方法进行推导。4数值计算利用计算机进行数值模拟和分析。5实验验证通过实验验证理论结果的准确性。力学问题的数学建模微分方程描述物体运动或变形的基本数学模型。边界条件反映物体与周围环境的相互作用。初始条件描述物体的初始状态。力学问题的计算分析解析法通过数学推导得到问题的精确解。数值法利用计算机进行近似计算，如有限元法。图解法通过绘制图形来直观地解决力学问题。力学问题的误差分析1模型误差由物理模型简化引起的误差。2计算误差数值计算过程中产生的误差。3测量误差实验过程中的测量误差。4系统误差由设备、环境等因素引起的系统性误差。力学问题的实验验证模型试验在缩小或放大的模型上进行实验，如风洞试验。原型试验在实际工程对象上进行实验，如桥梁荷载试验。数据分析对实验数据进行统计分析，验证理论结果。力学问题的应用实例力学知识的继承与创新经典理论牢固掌握经典力学理论。新兴领域关注跨学科研究和新兴应用。计算方法开发先进的数