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中南大学工程力学课件PPT

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目录

01

工程力学基础

02

静力学分析

03

材料力学性质

04

动力学原理

05

工程应用实例

06

实验与实践

工程力学基础

01

力学的基本概念

力是物体间相互作用的量度，分为接触力如摩擦力和非接触力如重力。

力的定义和分类

多个力作用于同一物体时，可以合成一个合力；一个力也可以分解为多个分力。

力的合成与分解

牛顿第一定律定义了惯性，第二定律阐述了力与加速度的关系，第三定律说明了作用力与反作用力。

牛顿三大定律

力矩是力与力臂的乘积，描述了力使物体转动的效果；转动平衡指力矩之和为零的状态。

力矩和转动平衡

01

02

03

04

力学的分类

静力学

静力学研究物体在力的作用下保持静止状态的条件，是工程力学中分析结构稳定性的基础。

动力学

动力学关注物体运动状态的变化，包括运动学和动力学两部分，是研究机械运动规律的重要分支。

材料力学

材料力学主要研究材料在外力作用下的应力、应变关系，为工程设计提供材料选择和结构分析依据。

流体力学

流体力学涉及流体（液体和气体）的运动规律，对于工程中涉及流体的系统设计至关重要。

基本力学定律

牛顿第一定律，也称为惯性定律，指出物体会保持静止或匀速直线运动，除非受到外力作用。

牛顿第一定律

01

牛顿第二定律定义了力与加速度的关系，即F=ma，其中F是力，m是质量，a是加速度。

牛顿第二定律

02

牛顿第三定律表明，作用力和反作用力总是成对出现，大小相等、方向相反，如火箭推进。

牛顿第三定律

03

胡克定律描述了弹性体在弹性限度内，应力与应变成正比的关系，是材料力学的基础之一。

胡克定律

04

静力学分析

02

静力平衡条件

力的平衡条件

在静力平衡状态下，物体所受的外力之和为零，即所有力的矢量和等于零。

力矩的平衡条件

物体处于静力平衡时，所有作用力产生的力矩之和也必须为零，确保物体不发生旋转。

结构受力分析

根据受力特点，结构构件可分为拉杆、压杆、弯杆等，每种构件在设计时需考虑不同受力情况。

受力构件的分类

结构在静力平衡状态下，所有作用力和反作用力必须满足力的平衡条件，即合力为零。

力的平衡条件

通过分析材料的应力-应变曲线，可以确定结构在受力时的变形情况和承载能力。

应力与应变关系

支座和约束对结构的受力状态有决定性影响，需分析其类型和对结构稳定性的作用。

支座与约束分析

力系简化方法

通过合成与分解，将复杂力系转化为简单力系，便于分析和计算，如将多个力合成一个合力。

01

力的合成与分解

利用力矩平衡原理，简化力系，确定力的作用效果，例如在桥梁设计中计算支撑点的受力。

02

力矩的概念应用

对于平行力系，可以将其简化为一个等效的单一力和力矩，如在建筑结构分析中简化支撑力。

03

平行力系的简化

材料力学性质

03

材料的应力与应变

应力是材料单位面积上的内力，分为正应力和剪应力，是材料力学分析的基础。

应力的定义与分类

应变描述材料形变与原始尺寸的比值，通过应变片等仪器可以精确测量材料的应变情况。

应变的概念及其测量

胡克定律阐述了应力与应变之间的线性关系，是材料弹性范围内分析的重要工具。

胡克定律的应用

屈服点是材料开始塑性变形的应力值，断裂则标志着材料承载能力的极限。

材料的屈服与断裂

材料的力学性能

抗拉强度是衡量材料承受拉伸力而不破坏的能力，如高强度钢丝在建筑中的应用。

压缩性能描述材料在受到压力时的变形和破坏情况，例如混凝土在重载下的表现。

冲击韧性反映材料在高速冲击载荷下的抗破坏能力，例如桥梁在冰块撞击下的表现。

硬度测试是评估材料抵抗局部压入或划痕的能力，如金属材料硬度的洛氏或维氏测试。

抗拉强度

压缩性能

冲击韧性

硬度测试

疲劳强度指材料在反复应力作用下抵抗破坏的能力，如飞机机翼在多次起降中的表现。

疲劳强度

材料的破坏准则

最大应力理论认为，当材料中的最大主应力达到某一极限值时，材料就会发生破坏。

最大应力理论

01

最大应变理论指出，当材料中的最大主应变超过其极限应变时，材料将发生破坏。

最大应变理论

02

最大剪应力理论认为，材料破坏是由最大剪应力达到临界值引起的，适用于塑性材料。

最大剪应力理论

03

能量破坏理论基于能量守恒，认为材料破坏是由于吸收的能量达到临界值所致。

能量破坏理论

04

动力学原理

04

运动学基础

01

速度与加速度概念

介绍物体运动的速度和加速度定义，如匀速直线运动和匀加速直线运动。

03

运动的相对性原理

解释运动的相对性原理，例如在不同参考系中观察到的运动状态可能不同。

02

位移和时间的关系

阐述位移与时间的关系，例如在不同时间段内物体的位移变化。

04

运动方程的建立

说明如何根据物体的运动状态建立运动方程，例如使用牛顿第二定律。

动力学定律

牛顿第一定