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1、什么是力学？力学是研究物体机械运动规律的科学。物体的机械运动是指物体的空间位形（位置和形状）随时间的变化。移动、转动、流动和变形 力学的研究为揭示自然界中与机械运动有关的规律提供了有效的工具，它也是近代工程技术的重要理论基础之一。力学是怎样发展的？力学的发展始终是和人类社会活动紧密联系的，它的发展与完善推动了科学技术和社会的进步。力学是怎样发展的？感性认识（或初步理性认识）理性认识（或深入理性认识）指导实践并发现或提出新问题力学发展遵循认知规律力学的发展建筑与桥梁1、建筑与桥梁建于1056年 山西应县木塔早期筒体结构建筑比萨斜塔建于11731370年力学的发展建筑与桥梁观察竹子的特征竹子的横截
2、面比萨斜塔横截面力学的发展建筑与桥梁早期建筑的特点：高度低，跨度小，承载能力低，材料为砖石和木材。赵州桥建于 581599 年跨度：37.4m拱高：7m早期拱形结构建筑“敞肩拱”的运用为世界桥梁史上的首创，并有“世界桥梁鼻祖”的美誉。力学的发展建筑与桥梁 建筑物高度增加会产生什么新问题？力学的发展建筑与桥梁现代筒体结构建筑吉隆坡双塔大厦高度：452米材料：钢筋混凝土力学的发展建筑与桥梁风载会引起高层建筑物的晃动双塔大厦利用结构阻尼减小塔体的晃动力学的发展建筑与桥梁现代大跨度桥梁桥梁跨度增大又会产生什么新问题？力学的发展建筑与桥梁建造设计风速60m/s破坏时的风速19m/s美国华盛顿州塔科马悬索
3、桥建于1940年，桥长853m力学的发展建筑与桥梁事后分析引起桥梁振动的原因计算机模拟与仿真力学的发展建筑与桥梁 地震对建筑物的影响 如何减小地震对建筑物的影响？力学的发展建筑与桥梁建筑物减震的模拟实验研究力学的发展建筑与桥梁美国旧金山国际机场新楼使用了移动地基力学的发展机械手与机器人2、机械手与机器人机械手在工业生产中的应用天津大学研制的医用缝合机械手力学的发展机械手与机器人步行机器人的应用前景六足步行机器人四足步行机器人力学的发展机械手与机器人 从分析研究人体的行走到双足步行机器人的实现，体现了力学、自动控制和计算机等科学技术的综合应用。北京理工大学研制1769年研制的第一辆蒸汽动力车力学
4、的发展车辆与飞机3、车辆与飞机早期的农用车辆车辆的早期研制与应用力学的发展车辆与飞机现代车辆研究提出的要求:舒适、安全、高速、便捷、环保力学的发展车辆与飞机利用计算机分析车辆的动力学问题力学的发展车辆与飞机汽车自动驾驶的实验研究力学的发展车辆与飞机现代直升机科学技术的综合应用早期直升机原理的认识力学的学习目的 社会的发展与进步需要科学技术的不断发展与创新。哪类科学技术对于我们社会的未来最重要？力学的学习目的 我们不能预言，哪类研究和纯理论探索会对我们社会的未来作出最大贡献。同样地，如果我们不能作出这样的预测，那么我们肯定可以自信地预言，选自哈佛大学校长 L.H.Summers 2002年5月
5、在北京大学的演讲 新知识、新想法、新方法和智慧的思考 对于我们的未来将是至关重要的。1.1 材料力学的任务一、构件应有足够的强度强度(strength)构件抵抗破坏的能力二、构件应有足够的刚度刚度(rigidity)构件抵抗变形的能力三、构件应有足够的稳定性稳定性(stability)构件承受外力时，保持原有平衡状态的能力 材料力学的任务：材料力学的任务：材料力学的任务：在满足强度、刚度和稳定性的要求下，为设 在满足强度、刚度和稳定性的要求下，为设在满足强度、刚度和稳定性的要求下，为设计既经济又安全的构件提供必要的理论基础和计 计既经济又安全的构件提供必要的理论基础和计计既经济又安全的构件提供
6、必要的理论基础和计算方法。算方法。算方法。2.2.均匀性假设均匀性假设 假设变形体内各点的力学性能完全相同。这样，如果从固体中假设变形体内各点的力学性能完全相同。这样，如果从固体中任意取出一部分，不论从何处取出，也不论大小，力学性能总是任意取出一部分，不论从何处取出，也不论大小，力学性能总是一样。一样。材料力学研究的对象是变形固体。1.连续性假设 假设在变形体所占有的空间内毫无空隙地充满了物质。即认为材料是密实的。这样，构件内的一些力学量（如各点的位移）可用坐标的连续函数表示，并可采用无限小的数学分析方法。1.2 变形固体的基本假设3.3.各向同性假设各向同性假设.假假设设在在变变形形固固体体
7、在在各各个个方方向向具具有有相相同同的的力力学学性性质质。根根据据这这一一假假设设，在在研研究究了了材材料料任任一一方方向向的的力力学学性性质质后后，就就可可以以认认为为其其结结论论对对其其它它方向也都适用。方向也都适用。4.4.小变形假设小变形假设即变形体内在外力作用下产生的变形与构件的原始尺寸相比很微即变形体内在外力作用下产生的变形与构件的原始尺寸相比很微小的。根据这一假设，在列平衡方程时，可以不考虑外力作用点小的。根据这一假设，在列平衡方程时，可以不考虑外力作用点处的微小位移，而按变形前的位置和尺寸进行计算。处的微小位移，而按变形前的位置和尺寸进行计算。材料力学中的内力，就是指外力作用下
8、，固体内部之间相互作用力的变化量，因它是由外力而引起的各部分之间附加相互作用力，所以也称为“附加内力”。内力随外力增加而增加，但有一定的限度，即和材料的强度有关。1.3 1.3 内力、应力和截面法内力、应力和截面法一、内力(internal force)所谓所谓截面法截面法，就是假想地把构件用截面截成两部分，以显示并，就是假想地把构件用截面截成两部分，以显示并确定内力的方法。其步骤可归纳如下：确定内力的方法。其步骤可归纳如下：(l)(l)截截。欲求某一截面上的内力，就假想地用该截面把构件截。欲求某一截面上的内力，就假想地用该截面把构件截成两部分，任取一部分为研究对象，移去另一部分；成两部分，任
9、取一部分为研究对象，移去另一部分；(2)(2)代代。用作用于截面上的内力代替移去部分对留下部分的作用；用作用于截面上的内力代替移去部分对留下部分的作用；(3)(3)平平。建立留下部分的平衡条件，确定未知的内力。建立留下部分的平衡条件，确定未知的内力。截面法是材料力学的基本研究方法之一，今后经常要用到。P PFN=PP二.截面法三三.应力的概念应力的概念(stress)(stress)内力的集度通常称为应力内力的集度通常称为应力上的平均应力上的平均应力截面上截面上MM点的应力点的应力应力的单位：应力的单位：F F AMp M切应力切应力(sheering stress)(sheering str
10、ess)正应力正应力(Normal Stress)(Normal Stress)1.4 1.4 位移、变形与应变位移、变形与应变构件受外力作用后，各点的位置都要发生移动，称之为 构件受外力作用后，各点的位置都要发生移动，称之为构件受外力作用后，各点的位置都要发生移动，称之为位 位位移 移移。平均线应变 平均线应变平均线应变 线应变 线应变线应变切应变 切应变切应变1.5 1.5 杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式1.1.轴向拉伸或压缩轴向拉伸或压缩2.2.剪切剪切 材料力学主要研究长度远大于横截面尺寸的构件，称为杆件或简称为杆（bar)杆件在大小相等、方向相反、作用线与轴线重合的一对力作用下
11、，产生长度的伸长或缩短 一对大小相等、方向相反、作用线距离很近的横向外力作用引起的，受剪杆件的两部分沿外力作用方向发生相对错动。3.3.扭转扭转 一对大小相等、转向相反、作用面垂直于杆轴的外力偶引一对大小相等、转向相反、作用面垂直于杆轴的外力偶引起的。其变形特征为杆件的两个相邻截面将绕其轴线发生相对起的。其变形特征为杆件的两个相邻截面将绕其轴线发生相对转动。转动。4.4.弯曲弯曲 一对大小相等、方向相反、作用线在包含杆轴的纵向平面一对大小相等、方向相反、作用线在包含杆轴的纵向平面内的力偶引起的。变形后杆轴线由直线变为曲线，或者说曲率内的力偶引起的。变形后杆轴线由直线变为曲线，或者说曲率发生变化。发生变化。实际上，构件的变形通常是由几种基本变形的组合，称为实际上，构件的变形通常是由几种基本变形的组合，称为组合变形组合变形