工程力学课程总论.ppt

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1、 工工 程程 力力 学学 工程力学研究方法工程力学研究方法 工程与工程力学工程与工程力学 工程力学的任务工程力学的任务 工程力学研究对象工程力学研究对象 工程力学研究模型工程力学研究模型工程力学课程绪论工程力学课程绪论 工程与工程力学工程与工程力学岷江上的大型引水枢纽工程,也是现有世界上历史最长的无坝引水工程。始建于公元前256前251年。都江堰赵州桥(安济桥)591599年,跨度37.4米,有“世界桥梁鼻祖”的美誉。H H高层建筑与大型桥梁高层建筑与大型桥梁 浦浦 江江 两两 岸岸H H高层建筑与大型桥梁高层建筑与大型桥梁桥面结构桥面结构桥面结构桥面结构高高层层建建筑筑与与大大型型桥桥梁梁立

2、柱与缆索立柱与缆索立柱与缆索立柱与缆索高高层层建建筑筑与与大大型型桥桥梁梁桥面结构桥面结构高高层层建建筑筑与与大大型型桥桥梁梁桥墩桥墩高高层层建建筑筑与与大大型型桥桥梁梁H 高速列车高速列车 车车 头头 车车 身身 民民 用用 航航 空空 飞飞 机机军军用用飞飞机机苏苏27战斗机战斗机军军用用飞飞机机幻影幻影2000 战斗机战斗机军军用用飞飞机机F16战斗机战斗机Space Shuttle DiscoverySpace Shuttle Discovery美美国国发发现现号号航航天天飞飞机机升升空空航航空空航航天天器器H海洋石油钻井平台海洋石油钻井平台H大型水利工程设施大型水利工程设施长江三峡工

3、程长江三峡工程人类的灾难对工程中不满足强度、刚度、稳定性而发生失效对工程中不满足强度、刚度、稳定性而发生失效的构件给工农业生产造成巨大的损失,例子不胜的构件给工农业生产造成巨大的损失,例子不胜枚举。枚举。塔科马(塔科马(Tacoma)桥风振致毁)桥风振致毁主跨长853.4m,全长1810.56m,宽11.9m1917年,魁北克大桥竣工通车,这座桥是世界上年,魁北克大桥竣工通车,这座桥是世界上最长的悬臂跨度大桥。最长的悬臂跨度大桥。1912年年4月月14日晚日晚12时时30分,由英国开往纽约的分,由英国开往纽约的泰坦尼克号泰坦尼克号铆钉质量差,有杂质铆钉质量差,有杂质原因原因铆钉材料测试在室温下

4、进行,但铆钉材料测试在室温下进行,但大西洋大西洋-11度度 疲疲 劳劳 引引 起起 的的 破破 坏坏1986年挑战者号升空时发生爆炸年挑战者号升空时发生爆炸发射当天,天气非常寒冷。气温降低后,密封用“圈圈”就就变得非常坚硬,伸缩就更加困难。坚硬的变得非常坚硬,伸缩就更加困难。坚硬的“圈圈”伸缩的速伸缩的速度变慢,密封的效果大打折扣,燃气泄漏度变慢,密封的效果大打折扣,燃气泄漏。:“哥伦比亚哥伦比亚”号航天飞机在返回途中遇难(号航天飞机在返回途中遇难(2003年)年)一块轻质泡沫材料一块轻质泡沫材料 撞击了航撞击了航天飞机表面的绝热层天飞机表面的绝热层原因原因 计算机硬盘驱动器计算机硬盘驱动器l

5、 l给定不变的角给定不变的角加速度,从启动加速度,从启动到正常运行所需到正常运行所需的时间以及所需的时间以及所需经历的转数。经历的转数。l l已知转台的质已知转台的质量及其分布,当量及其分布,当驱动器到达正常驱动器到达正常运行所需角速度运行所需角速度时,驱动马达的时,驱动马达的功率如何确定功率如何确定?爆爆破破时时烟烟囱囱怎怎样样倒倒塌塌为什么赛车结构前细后粗;车轮前小后大?为什么赛车结构前细后粗;车轮前小后大?H 赛车结构赛车结构H日常生活中的工程力学问题日常生活中的工程力学问题H日常生活中的工程力学问题日常生活中的工程力学问题 工程力学的任务工程力学的任务 n 1.研究物体在外力作用下的机

6、械运动以及构研究物体在外力作用下的机械运动以及构件的强度、刚度和稳定性,使构件既安全件的强度、刚度和稳定性,使构件既安全又经济实用的科学。又经济实用的科学。2.总结工程中的有关力学理论和经验为了工总结工程中的有关力学理论和经验为了工程应用服务而撰写的经典力学知识,是培程应用服务而撰写的经典力学知识,是培养学生工程技术素质的专业基础课程。养学生工程技术素质的专业基础课程。n n 工程力学包括工程力学包括理论力学理论力学和和材料力学材料力学两部分两部分H H理论力学理论力学理论力学理论力学又包括又包括又包括又包括静力学静力学静力学静力学,运动学运动学运动学运动学 和和和和动力学动力学动力学动力学三

7、部分三部分三部分三部分,它假定受力物体在不变形的条件下来研究各构件它假定受力物体在不变形的条件下来研究各构件它假定受力物体在不变形的条件下来研究各构件它假定受力物体在不变形的条件下来研究各构件的受力关系、机械运动状态的受力关系、机械运动状态的受力关系、机械运动状态的受力关系、机械运动状态 (静止静止静止静止,运动运动运动运动,位移位移位移位移,速速速速度度度度,加速度等加速度等加速度等加速度等),以及二者间的关系,以及二者间的关系,以及二者间的关系,以及二者间的关系.H H材料力学材料力学材料力学材料力学则主要是以理论力学为基础则主要是以理论力学为基础则主要是以理论力学为基础则主要是以理论力学

8、为基础,研究构件研究构件研究构件研究构件的受力和变形状态,最终使工程构件在使用中既的受力和变形状态,最终使工程构件在使用中既的受力和变形状态,最终使工程构件在使用中既的受力和变形状态,最终使工程构件在使用中既不破坏、又能满足变形和稳定性要求,还要使构不破坏、又能满足变形和稳定性要求,还要使构不破坏、又能满足变形和稳定性要求,还要使构不破坏、又能满足变形和稳定性要求,还要使构件制造使用方便、轻巧、节省材料。既安全又经件制造使用方便、轻巧、节省材料。既安全又经件制造使用方便、轻巧、节省材料。既安全又经件制造使用方便、轻巧、节省材料。既安全又经济实用。济实用。济实用。济实用。工程力学研究对象工程力学

9、研究对象n n理论力学是研究物体机械运动的学科理论力学是研究物体机械运动的学科机械运动物体空间位置的改变;物体的运动和变形;机械运动物体空间位置的改变;物体的运动和变形;机械运动物体空间位置的改变;物体的运动和变形;机械运动物体空间位置的改变;物体的运动和变形;气体和流体的流动。气体和流体的流动。气体和流体的流动。气体和流体的流动。研究物体的运动,研究作用在物体上研究物体的运动,研究作用在物体上的力与运动之间的关系;的力与运动之间的关系;材料力学是研究构件变形破坏的学科材料力学是研究构件变形破坏的学科研究物体的变形,研究作用在物体上的力研究物体的变形,研究作用在物体上的力与变形之间的关系。与变

10、形之间的关系。两类问题互相交叉、渗透和融合两类问题互相交叉、渗透和融合 研究运动物体变形时,必须首先分研究运动物体变形时,必须首先分 析运动;析运动;研究某些运动(例如振动)问题时研究某些运动(例如振动)问题时 也必须考虑变形。也必须考虑变形。工程力学研究模型工程力学研究模型n 模模 型型H实际物体的合理抽象与简化实际物体的合理抽象与简化;H实际工作状态的合理抽象与简化实际工作状态的合理抽象与简化;H实际问题的合理抽象与简化。实际问题的合理抽象与简化。研研 究飞机的究飞机的运动轨迹时,飞运动轨迹时,飞机可视为质点。机可视为质点。研究卫星运动轨道时研究卫星运动轨道时,卫星可视为质点;但研卫星可视

11、为质点;但研究卫星姿态控制时,则不能视为质点。究卫星姿态控制时,则不能视为质点。n工作状态的模型工作状态的模型刚体与变形体刚体与变形体 研究运动时忽略极小的变形研究运动时忽略极小的变形刚体刚体;研究物体的变形和内部受力规律时,研究物体的变形和内部受力规律时,则必须考虑变形则必须考虑变形变形体。变形体。问题模型问题模型 -视所研究的问题性质而定视所研究的问题性质而定H H例如,船舶设计中,船体各部分涉及的例如,船舶设计中,船体各部分涉及的问题一般各不相同。但在总体设计中可问题一般各不相同。但在总体设计中可将巨浪中的船体视为两个浪峰上的梁。将巨浪中的船体视为两个浪峰上的梁。工程力学研究方法工程力学

12、研究方法观察和实验观察和实验分析、归纳和总结分析、归纳和总结力学最基本规律力学最基本规律抽象、推理和数学演绎抽象、推理和数学演绎理论体系理论体系用于实际用于实际力学模型力学模型刚体、质点、弹簧质点、弹性体等刚体、质点、弹簧质点、弹性体等研究方法研究方法 理论分析方法理论分析方法 实验方法实验方法具体设计的实验验证具体设计的实验验证飞机静载试验飞机静载试验现代计算技术与计算机应用现代计算技术与计算机应用。计算机方法计算机方法汽车碰撞汽车碰撞碰撞时气囊与人的相互作用碰撞时气囊与人的相互作用战斗机的振动模态分析战斗机的振动模态分析飞鸟与空中客车机翼相撞飞鸟与空中客车机翼相撞运动中的乒乓球尾流运动中的

13、乒乓球尾流人造骨骼人造骨骼轮胎与轮毂轮胎与轮毂天文望远镜桁架天文望远镜桁架“工程力学走过了从工工程力学走过了从工程设计的辅助手段到中程设计的辅助手段到中心主要手段,不是唱配心主要手段,不是唱配角而是唱主角了角而是唱主角了”钱学森钱学森 19971997年年9 9月月 工程力学的学习方法及要求工程力学的学习方法及要求工程力学是一门与工程技术联系极为广泛的技术基工程力学是一门与工程技术联系极为广泛的技术基础课,一方面要用到数学、物理学等课程的知识,础课,一方面要用到数学、物理学等课程的知识,另一方面为学习专业课程提供必要的基本理论和计另一方面为学习专业课程提供必要的基本理论和计算方法。学好工程力学

14、可为解决工程实际问题和从算方法。学好工程力学可为解决工程实际问题和从事科学研究工作打下良好的基础。事科学研究工作打下良好的基础。在工程力学课程的学习中,注重以下能力的培养与训练。在工程力学课程的学习中,注重以下能力的培养与训练。(1)分析能力)分析能力在工程力学课程中要培养多方面的分析能力。例如:在工程力学课程中要培养多方面的分析能力。例如:1)对结构进行受力分析和绘制受力图的能力。对结构进行受力分析和绘制受力图的能力。2)对物体系统进行力学平衡分析的能力。)对物体系统进行力学平衡分析的能力。3)对构件变形分析的能力。)对构件变形分析的能力。(2)计算能力)计算能力在工程力学课程中要培养计算方

15、面的能力包含三个方面:在工程力学课程中要培养计算方面的能力包含三个方面:1)具有对各种结构进行计算或确定计算步骤的能力。)具有对各种结构进行计算或确定计算步骤的能力。2)具有对各种构件进行强度、刚度与稳定性的计算能力。)具有对各种构件进行强度、刚度与稳定性的计算能力。3)具有对计算结果进行定量校核或定性判断的能力。)具有对计算结果进行定量校核或定性判断的能力。作题练习,是学习结构力学的重要环节。不作一定数作题练习,是学习结构力学的重要环节。不作一定数量的习题,就很难对基本概念和方法有深入的理解,量的习题,就很难对基本概念和方法有深入的理解,也很难培养较好的计算能力。但是,作题也要避免各也很难培

16、养较好的计算能力。但是,作题也要避免各种盲目性。种盲目性。自学包含两个方面:自学包含两个方面:(3)自学能力)自学能力1)消化已学的知识。)消化已学的知识。2)摄取新的知识。)摄取新的知识。(4)表达能力)表达能力作业要整洁、清晰、严谨。作业要整洁、清晰、严谨。书写整洁,与其说是一种能力,毋宁说是一种习惯,书写整洁,与其说是一种能力,毋宁说是一种习惯,一种郑重和负责任的习惯。一种郑重和负责任的习惯。既要有形式上的整洁,更要有内容的清晰。作题要步既要有形式上的整洁,更要有内容的清晰。作题要步骤分明,思路清楚,图形简明,数据准确。骤分明,思路清楚,图形简明,数据准确。整洁和清晰,体现了一种严谨作风

17、。科学是严谨的,整洁和清晰,体现了一种严谨作风。科学是严谨的,从事科学的人要注意培养严谨作风。从事科学的人要注意培养严谨作风。参考文献:参考文献:1 工程力学工程力学 范钦珊范钦珊 主编主编M 第二版第二版 机械工业出版社机械工业出版社5 工程力学工程力学 杨庆生,崔芸,龙连春杨庆生,崔芸,龙连春 编著编著M 科学出版社科学出版社2 工程力学工程力学 单辉祖单辉祖 谢传峰谢传峰 主编主编M 高等教育出版社高等教育出版社3 工程力学工程力学 郭应征,周志红郭应征,周志红 编著编著M 中国电力出版社中国电力出版社4 工程力学工程力学 吕书清吕书清 主编主编M 科学出版社科学出版社基本要求:基本要求:(1)对作业的要求)对作业的要求(2)对课堂的要求)对课堂的要求要学好工程力学:要学好工程力学:(1)多思考;)多思考;(2)多练习;)多练习;(3)多总结。)多总结。

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