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工程力学第五版课件

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目录

壹

工程力学基础

陆

课件学习资源

贰

结构分析方法

叁

动力学与振动

肆

流体力学基础

伍

工程力学应用

工程力学基础

壹

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

力的合成是将多个力合并为一个合力，分解则是将一个力拆分为多个分力，遵循平行四边形法则。

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

01

02

03

静力学原理

在静力学中，一个物体处于平衡状态时，作用在物体上的所有力和力矩必须相互抵消。

力的平衡条件

静力学研究如何将复杂的力系统分解为简单的分力，以及如何将多个力合成一个合力。

力的分解与合成

通过静力学原理，可以了解力如何通过刚体传递，包括力的传递路径和作用效果。

力的传递原理

静力学中，力矩是力与力臂的乘积，物体的转动平衡要求所有作用力矩的代数和为零。

力矩与转动平衡

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

01

屈服强度指材料开始发生塑性变形的应力极限，例如铝合金在特定条件下具有较高的屈服强度。

屈服强度

02

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优异的断裂韧性。

断裂韧性

03

材料力学性质

疲劳极限

硬度

01

疲劳极限是材料能够承受的循环应力上限，不引起疲劳破坏的最大应力，如钛合金在航空领域的应用。

02

硬度是材料表面抵抗其他硬物压入的能力，例如淬火后的钢硬度显著提高。

结构分析方法

贰

静定结构分析

静定结构指的是在给定荷载作用下，其内力和位移仅由静力平衡条件唯一确定的结构。

静定结构的定义

静定结构按其几何形状和受力特点，可分为静定梁、静定桁架、静定拱等类型。

静定结构的分类

分析静定结构时，常用的方法包括截面法、虚功原理和力法等，以确保计算的准确性和简便性。

静定结构分析方法

例如，分析一座简单的静定桁架桥，通过截面法可以确定各杆件的内力分布情况。

静定结构的实例分析

超静定结构分析

超静定结构具有多余约束，冗余度是指结构中约束的数量超过其自由度的情况。

冗余度的概念

01

02

03

04

力法是通过引入多余未知力，将超静定结构转化为静定结构进行分析的一种方法。

力法分析

位移法通过考虑结构的位移，利用刚度矩阵和载荷向量来求解超静定结构的内力和位移。

位移法分析

在超静定结构分析中，影响线用于确定结构在移动荷载作用下的最不利位置和响应。

影响线的应用

结构力学实验

通过制作结构模型并进行加载测试，观察其变形和破坏模式，验证理论分析的准确性。

模型测试

对结构所用材料进行拉伸、压缩、弯曲等实验，确定其力学性能参数。

材料性能测试

使用超声波、X射线等技术对结构进行检测，评估其内部缺陷和整体健康状况。

非破坏性检测

动力学与振动

叁

动力学基础

牛顿的三大运动定律是动力学的基石，描述了力与物体运动状态变化之间的关系。

01

牛顿运动定律

能量守恒定律指出，在一个封闭系统中，能量不会凭空产生或消失，只会从一种形式转换为另一种形式。

02

能量守恒定律

动量守恒定律表明，在没有外力作用的情况下，系统的总动量保持不变，是分析碰撞问题的关键。

03

动量守恒定律

振动理论基础

简谐振动是最基本的振动形式，描述了物体在恢复力作用下做周期性往复运动的特性。

简谐振动

01

阻尼振动考虑了能量耗散因素，物体在振动过程中振幅逐渐减小直至停止。

阻尼振动

02

受迫振动发生在外部周期性力作用下，系统振动频率与外力频率相同或成倍数关系。

受迫振动

03

共振是受迫振动的一种特殊情况，当外力频率与系统固有频率相等时，振幅达到最大。

共振现象

04

振动控制方法

主动振动控制

通过外部能量输入来抵消或减少结构振动，如使用作动器和控制系统。

智能材料应用

利用压电材料、形状记忆合金等智能材料的特性，实现振动的实时控制和调节。

被动振动控制

半主动振动控制

利用结构本身的特性来吸收或分散振动能量，例如使用隔振垫和阻尼器。

结合主动与被动控制的优点，通过调节阻尼器参数来适应不同振动条件。

流体力学基础

肆

流体静力学

流体静压力的概念

流体静力学研究流体在静止状态下的压力分布，如水压在不同深度的增加。

01

02

帕斯卡定律

帕斯卡定律指出，封闭容器中的流体静压力在各个方向上是相同的，如液压千斤顶的工作原理。

03

阿基米德原理

阿基米德原理描述了浮力的产生，即流体对浸入其中的物体施加的向上力，如船舶的浮力原理。

流体动力学

伯努利原理描述了流体运动中速度、压力和高度之间的关系，是设计飞机机翼和水轮机的关键理论。

伯努利原理

层流是有序的流体流动状态，而湍流