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西南交大工程力学课件

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目录

第一章

工程力学基础

第二章

力学分析方法

第四章

力学实验与实践

第三章

力学在工程中的应用

第六章

力学课件学习资源

第五章

力学软件工具

工程力学基础

第一章

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

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静力学原理

力的分解与合成

力的平衡条件

静力学中，物体处于平衡状态时，作用在物体上的所有力和力矩之和必须为零。

通过力的分解与合成原理，可以简化复杂力系，便于分析物体受力情况。

力的传递原理

工程力学中，力可以通过刚体传递而不改变其大小和方向，这是静力学分析的基础之一。

材料力学性质

弹性模量是衡量材料抵抗形变能力的重要参数，如钢的弹性模量远高于木材。

弹性模量

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屈服强度指材料开始发生塑性变形时的应力极限，例如铝合金在特定条件下屈服强度会降低。

屈服强度

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断裂韧性衡量材料抵抗裂纹扩展的能力，例如碳纤维复合材料具有较高的断裂韧性。

断裂韧性

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材料力学性质

疲劳极限

疲劳极限是指材料在反复应力作用下不发生疲劳破坏的最大应力值，如钛合金在航空领域的应用。

硬度测试

硬度测试是评估材料表面抵抗局部塑性变形的能力，例如淬火钢的硬度测试结果通常较高。

力学分析方法

第二章

力系简化技巧

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

力的合成与分解

利用力矩平衡原理，将力系简化为力矩相等的单一力，简化了力系的分析过程。

力矩平衡原理

对于平行力系，可以将其简化为一个等效的合力，通过计算合力的大小和作用线简化分析。

平行力系的简化

通过将空间力系投影到三个主坐标轴上，简化为三个相互独立的平面力系进行分析。

空间力系的投影法

结构受力分析

疲劳分析

静力分析

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疲劳分析用于预测结构在重复载荷作用下的寿命，例如，飞机机翼在多次起降后的疲劳损伤评估。

静力分析用于确定结构在恒定载荷作用下的应力和变形，如桥梁在自重和车辆荷载下的分析。

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动力分析考虑时间因素，评估结构在动态载荷（如地震、风载）下的响应，如高层建筑的抗震设计。

动力分析

力学模型建立

在建立力学模型时，首先要明确研究对象的物理特性及所受的外力，同时确定边界条件。

确定研究对象和边界条件

将复杂的实际工程问题简化为理想化的力学模型，忽略非关键因素，突出主要矛盾。

简化实际问题

根据问题的性质选择适当的力学理论，如静力学、动力学、材料力学等，以指导模型的建立。

选择合适的力学理论

运用数学工具，如微积分、线性代数等，对力学模型进行定量分析和求解。

应用数学工具

力学在工程中的应用

第三章

结构工程实例

西南交大附近的金沙江大桥，运用力学原理设计，确保了桥梁的稳定性和耐久性。

桥梁建设

穿越复杂地质条件的成渝高铁隧道群，力学分析帮助确保了隧道的结构安全和施工顺利进行。

隧道工程

成都天府新区的地标建筑——成都国际金融中心，其设计充分考虑了风力和地震力的影响。

高层建筑

机械设计应用

结构强度分析

在机械设计中，通过力学原理分析结构强度，确保机械部件在承受载荷时的安全性和可靠性。

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动力系统优化

利用力学知识对机械的动力系统进行优化，提高能效比，减少能耗，延长机械使用寿命。

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振动控制

在机械设计中应用力学原理，通过减震器和隔振材料等手段，控制和减少机械振动，提高运行稳定性。

土木工程案例

桥梁建设

力学原理在桥梁设计中至关重要，如港珠澳大桥的悬索桥结构设计，展现了力学在解决复杂工程问题中的应用。

高层建筑

上海中心大厦的建造过程中，力学分析确保了结构的稳定性和抗风能力，体现了力学在高层建筑中的应用。

土木工程案例

在挖掘地铁隧道时，力学分析帮助工程师评估土壤压力和支护结构的稳定性，如北京地铁的建设。

隧道工程

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三峡大坝的建设过程中，力学计算确保了大坝的结构安全和防洪能力，展示了力学在水利工程中的应用。

大坝建设

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力学实验与实践

第四章

实验室设备介绍

用于测试材料的拉伸、压缩和弯曲性能，是力学实验中不可或缺的设备。

万能材料试验机

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捕捉高速运动物体的瞬间变化，常用于研究材料断裂和冲击实验。

高速摄像机

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实时记录实验数据，分析材料在不同条件下的力学行为，保证实验结果的准确性。

数据采集系统

实验操作流程

在进行力学实验前，学生需熟悉实验设备，阅读实验指导书，准备必要的