工程力学基础课件

拉伸过程中，材料可能发生弹性变形 、塑性变形或断裂；压缩过程中，材 料同样可能发生弹性变形、塑性变形 或屈曲。
剪切与扭转
剪切与扭转是研究材料在剪切和扭矩作用下的行为。
在剪切力作用下，材料可能发生剪切屈服和剪切断裂；在扭矩作用下，材料可能 发生扭转变形和扭断。
弯曲与失稳
弯曲与失稳是研究材料在弯曲和不稳定状态下的行为。
航空航天器的轻质结构易受到 气动力的影响，导致结构振动 和失稳。动力学分析确保飞行 器的安全性和稳定性。
推进系统动力学
火箭和航空发动机的稳定性直 接影响飞行器的性能和安全性 。推进系统动力学研究燃烧、 流动和振动等复杂因素。
姿态控制与稳定性
航天器在空间中的稳定姿态控 制是实现有效任务的关键。动 力学模型用于预测和控制航天 器的姿态变化。
工程力学ppt课件
汇报人：文小库
2023-12-31
CONTENTS
• 工程力学概述 • 静力学基础 • 动力学基础 • 材料力学 • 工程力学的实际应用
01
工程力学概述
定义与特点
定义
工程力学是研究物体运动规律和力的 关系的学科，为工程设计和实践提供 理论基础和技术支持。
特点
工程力学具有理论性强、实践应用广 泛、与多学科交叉融合等特点。
多体动力学与柔性结构分 析
考虑航天器中各部件的相互作 用，以及柔性结构在力矩和推 力作用下的响应。
车辆的行驶稳定性分析
轮胎与地面相互作用 研究轮胎与不同类型地面的相互 作用，以及由此产生的摩擦力和 反作用力。
操控性与稳定性控制 利用现代控制理论和方法，通过 主动或半主动控制系统来提高车 辆的操控性和行驶稳定性。
当材料受到弯曲力时，可能发生弯曲变形和弯曲断裂；失稳是指材料在某些条件下失去稳定性，可能 导致结构破坏。

解析法 1）在直角坐标系下，先求合力的投影
FRx Fix FRy Fiy
2 再求合力的大小： FR FRx 2 FRy 2 （ Fx） ( Fy )2
Fix 2）合力方向为： cos( FR , i ) FR 合力的作用点为力的汇交点.
Fiy cos( FR , j ) FR
或几何上，当有向线段 ab 与 x 轴正向一致，投影 Fx为正，反之为负。 力在坐标轴上的投影等于零的两种情况： 1）力等于零； 2）力与轴垂直，即当

2
F 时， x 0 。
力的分解 F Fx Fy
分力与投 影的关系
Fx Fx i Fy F y j
解：由力偶只能由力偶平衡的性质， 其受力图为
M 0
FAl M1 M 2 M 3 0
解得
M1 M 2 M 3 FA FB 200N l
例2-4
已知: F 1400N,
θ 20 , r 60mm

求: M O (F )
解:直接按定义
MO

F F h F r cos θ
平面任意力系的平衡方程
Fx 0 Fy 0 M O 0
一般式
平面任意力系平衡的解析条件是：所有各力在两 个任选的坐标轴上的投影的代数和分别等于零，以 及各力对于任意一点的矩的代数和也等于零.
平面任意力系的平衡方程另两种形式
Fx 0 二矩式 M A 0 两个取矩点连线，不得与投影轴垂直 M 0 B
第二章 平面力系
§2-1 力在轴上的投影及力对点的矩
一. 力在坐标轴上的投影与力沿轴的分解

14.2.3 点的加速度
同直角坐标法求速度的方法一样， 动点的加速度在直角 坐标轴上的投影为
ax
lim vx Δt0 t
dv x dt
d2x dt 2
ay
lim v y Δt0 t
dv y dt
d2 y dt 2
（14-19）
即动点的加速度在直角坐标轴上的投影等于其相应的速度
投影对时间的一阶导数，也等于其相应的坐标对时间的二阶导
当点M沿已知轨迹运动时， 弧坐标s是时间t的单值连续函
数， 即
s f (t)
（14-1）
上式称为动点沿已知轨迹的运动方程。当函数已知时，任一瞬 时点在轨迹上的位置即可确定。
图14-1
例14-1 点M沿已知曲线轨迹运动，如图14-2所示。其运 动方程为s=t2-2t-1(s的单位为cm，t的单位为s)。试求当t=0、1、 2、3s时，点的弧坐标s以及0～3s内动点所走过的路程。
如图14-4所示，动点M沿已知轨迹运动。以动点M为坐标 原点， 以轨迹上M点的切线和法线为坐标轴，并规定切线坐标 轴（切向轴）τ以指向弧坐标正的方向为正向，法线坐标轴 （法向轴）n以指向轨迹曲率中心为正向。 此正交坐标系称为 自然坐标系，简称自然轴系。可见, 自然轴系随动点M沿已知 轨迹运动。
图14-4图
a an 4R 2
其方向沿MO且指向O，可知套环M沿固定圆环作匀速圆周运动。
14.2 直角坐标法求点的速度和加速度
14.2.1 点的运动方程
设一动点M相对于直角坐标系Oxy作平面曲线运动，如图 14-8所示，某瞬时它的位置可用直角坐标系的两个坐标x、y确 定。点运动时，两个坐标x、y都是时间t的单值连续函数，即
数。 有了加速度的两个投影，即可求得加速度a的大小和方向

工程力学受力分析课件
目录
• 工程力学基础 • 受力分析方法 • 常见受力分析 • 受力分析实例 • 受力分析应用
01
工程力学基 础
力的概念与性 质
总结词
详细描述
力的分类与表示
总结词
力的分类与表示方法
详细描述
根据力的作用效果，可以将力分为拉力、压力、剪切力、扭转力等。根据力的作 用方式，可以分为集中力和分布力。力的表示方法包括解析法和图示法。
力的合成与分解
力的合成
力的分解
03
常见受力分析
重力分析
重力
大小
方向 作用点
摩擦力分析
静摩擦力 滑动摩擦力
方向 大小
弹力分析
弹性形变
。
弹力
方向 大小
04
受力分析实例
斜面受力分析
总结词
斜面受力分析是工程力学中常见的问题，主要研究斜面上 物体所受的力以及这些力对物体运动状态的影响。
公式
在斜面受力分析中，常用的公式包括力的分解和合成、摩 擦力公式等。
力的平衡与作用
总结词
力的平衡条件与作用原理
详细描述
力的平衡是指物体受到的合力为零，保持静止或匀速直线运动状态。力的作用原理包括牛顿第三定律和作用与反 作用定律，即作用力和反作用力大小相等、方向相反、作用线共线。
02
受力分析方法
隔离法与整体法
隔离法 整体法
牛顿运动定律
第一定律 第二定律 第三定律
详细描述 实例
05
受力分析应用
工程结构设计
建筑结构设计
1
桥梁结构设计
2
水利工程设计
3
机械运动分析
01
02

工程力学在土木工程中的应用
要点一
结构设计
土木工程中的结构设计需要应用工程 力学原理和方法，对建筑结构进行受 力分析、变形计算和稳定性评估。这 有助于确保土木工程结构的安全性和 稳定性。
要点二
土力学与地基工程
工程力学中的土力学理论和方法为地 基工程提供了支持。通过应用土力学 原理，土木工程师可以更好地理解和 评估地基的承载能力和稳定性，从而 优化地基设计。
工程力学的应用领域
建筑工程
建筑工程中的结构分析、抗震设计和施工过 程中的力学问题等。
航空工程
航空器的空气动力学分析、结构分析和优化 设计等。
机械工程
机械零件的强度、刚度和稳定性分析，以及 机械系统的动力学问题等。
水利工程
水坝、水闸和船闸等水利设施的设计、施工 和运行中的力学问题等。
工程力学的研究对象和方法
工程力学ppt课件
目录
• 工程力学简介 • 静力学基础 • 材料力学 • 动力学基础 • 工程力学在工程实践中的应用 • 工程力学的未来发展趋势和挑战
01
工程力学简介
什么是工程力学
工程力学是研究工程中物质和运动规 律的一门科学，涉及到物体的受力、 变形和运动等方面的知识。
工程力学结合了物理学和数学等多个 学科的知识，为各种工程实践提供基 础理论和解决方法。
载荷分析与校核
载荷分析是机械设计中的重要环节，通过工程力学的方法，设计师可以精确地预测和评估 机器在各种工况下的载荷情况，从而进行零部件的强度校核和优化设计。
摩擦与磨损研究
工程力学也涉及到摩擦与磨损的研究。这为机械设计师提供了关于摩擦、磨损和润滑的机 理和方法，有助于减少机器的摩擦和磨损，提高机器的效率和寿命。

机器人的动力学分析
机器人需要精确控制其运动状态，通过动力学分析可以优化其运动性能和操作精度。
05
工程实际应用
工程实际中力学的重要性
确保建筑安全
工程力学对于建筑物的设计、施工和结构安全至关重要，它确保 建筑物在各种环境条件下保持稳定和安全。
优化结构成本
通过合理应用工程力学，可以优化结构设计，降低材料成本和施 工成本，提高建筑的经济效益。
04
动力学分析
动力学分析的基本原理
动静力学平衡原理
物体在力的作用下，其运动状态会发生改变，但整体 上仍保持平衡状态。
牛顿运动定律
物体在力的作用下，其加速度与作用力成正比，与物 体质量成反比。
动能定理和势能定理
动能和势能是描述物体运动状态的两种基本方式，动 能定理和势能定理分别描述了它们的变化规律。
机械设计
在机械设计中，工程力学被用于分析机器部件的受力情况、疲劳寿命 和稳定性，以确保机器的安全运行。
工程实际中力学的未来发展趋势
新材料与新工艺
随着新材料和新工艺的发展 ，工程力学将更加注重研究 材料和工艺的本质性能和最 佳组合方式，以实现更高效
、更经济的结构设计。
数值模拟与智能化
随着计算机技术和数值模拟 技术的发展，工程力学将更 加注重通过数值模拟来预测 结构和系统的性能，实现智
动量方程
力等于动量变化率。
能量方程
力等于能量变化率。
03
材料力学
材料力学的基本概念
要点一
材料力学的发展历史
材料力学作为工程力学的一个分支， 有着长久的发展历史，最早可以追溯 到16世纪，而到了19世纪，材料力学 已经发展成为一门独立的学科。
要点二
材料力学的定义

8
合力投影定理： 合力投影定理：合力在任一轴上的投影等于各分 力在该轴上之投影的代数和。 力在该轴上之投影的代数和。 由合力投影定理有： 合力投影定理有 FRx=F1x+F2x+…+Fnx=ΣFx Σ ac-bc=abΣF FRy=F1y+F2y+…+Fny=Σ y 正交坐标系有 正交坐标系有: FRx = FRx ; FRy = FRy 合力: 合力:
c）平面力偶系的合成 平面力偶系的
h1 h2
h1
F1 F2
F 1+
F2h2 h1
M=F1h1+F2h2
合力偶定理 若干个力偶组成的力偶系，可以合成为一个合 若干个力偶组成的力偶系，可以合成为一 力偶。平面力偶系的合力偶之矩等于力偶系中 力偶。平面力偶系的合力偶之矩等于力偶系中 各力偶之矩的代数和。 各力偶之矩的代数和。
FRx=F1x+F2x+…+Fnx=ΣFx +…+F FRy=F1y+F2y+…+Fny=ΣFy +…+F
2.3 约束与约束力
非自由体： 运动受到限制的物体。 运动受到限制的物体。 非自由体 吊重、火车、传动轴等。 吊重、火车、传动轴等。 约束： 约束 约束力： 约束力
F
T
W
限制物体运动的周围物体。如绳索、铁轨、轴承。 限制物体运动的周围物体。如绳索、铁轨、轴承。
F
A B B
FB
C
棘爪
A A
B B
C
O
三铰拱
二力杆 F C
棘轮
二力杆或二力构件: 二力杆或二力构件: 只在二点受力而处于平衡的无重杆或无重构件。 而处于平衡的无重杆或无重构件 只在二点受力而处于平衡的无重杆或无重构件。 推论：在力系中加上或减去一平衡力系并不改变 推论： 11 原力系对刚体的作用效果。 原力系对刚体的作用效果。

F
G
FN2
G
约束力 特点 ：
①大小常常是未知的；
FN1
②方向总是与约束限制的物体的位移方向相反；
③作用点在物体与约束相接触的那一点。
二、约束类型和确定约束反力方向的方法： 1. 柔索：由柔软的绳索、链条或皮带构成的约束
绳索类只能受拉， 约束反力作用在接触点， 方向沿绳索背离物体。
约束力方向与所能限制的物体运动方向相反。
T
F1 F2
约束力方向与所能限制的物体运动方向相反。
F2 F1
A
柔索约束
胶带构成的约束
柔绳约束
约束力方向与所能限制的物体运动方向相反。
链条构成的约束
柔绳约束
约束力方向与所能限制的物体运动方向相反。
柔索
绳索、链条、皮带
2 光滑支承面约束
约束反力作用在接触点处，方向沿公法线，指向受力物体
P P
N
N
NB NA
N
N
凸轮顶杆机构
3 光滑圆柱铰链约束
固定铰支座：物体与固定在地基或机架上的支座 有相同直径的孔，用一圆柱形销钉联结起来，这 种构造称为固定铰支座。 中间铰：如果两个有孔物体用销钉连接 轴承：
光滑圆柱铰链约束
FN FN
Fx FN Fy
圆柱铰链 A
YA
A
XA
A
约束反力过铰链中心，用XA、YA表
一、概念
§1-3 约束与约束反力
自由体： 位移不受限制的物体叫自由体。
非自由体： 位移受限制的物体叫非自由体。
约束：对非自由体的某些位移预先施加的限制条件称为约束。 （这里，约束是名词，而不是动词的约束。）
约束力：约束与非自由体接触相互产生了作用力，约束作用于 非自由体上的力叫约束力或称为约束反力。