工程力学ppt课件

- 1 - 清华大学工程力学课件

课程性质：

必修课

课程属性：

专业基础课

教 材：

哈工大理论力学教研室编，《理论力学（I）》（第六版），高等教育出版社

孙训方等编，《材料力学（I）》（第四版），高等教育出版社

学时学分：

总学时： 84 总学分： 5

应开课程学期：

本科二年级第一学期

适用专业：

土木工程

先修课程：

高等数学

一、课程的性质和任务

工程力学（Engineering Mechanics）是涉及众多的力学学科分支与广泛的工程技术的学科。顾名思义，工程力学是既与工程又与力学密切相关的课程。作为高等工科学校的一门技术基础课，工程力学涵盖了理论力学和材料力学两门课程的主要经典内容。 - 2 - 本课程的任务是使学生掌握自然界及其工程中机械运动最普遍、最基本的规律和研究方法。为学习有关的后续课程打好必要的基础，并使学生初步学会应用工程力学的理论和方法解决一些简单的工程实际问题。

本课程作为原“理论力学”和“材料力学”的融合，将研究两类机械运动：一类是研究物体的运动，研究作用在物体上的力和运动之间的关系；另一类是研究物体的变形，研究作用在物体上的力和变形之间的关系。

二、课程的内容与基本要求

本课程总要求是：对两类机械运动（包括平衡）的规律有较系统全面的了解，掌握相关的基本概念、基本理论和基本方法及其应用，结合课程学习对学生的逻辑思维能力、抽象化能力、文字和图像表达能力及数字计算能力等加以培养。

本课程的具体内容和基本要求如下：

（一） 静力学部分

1. 静力学公理和物体的受力分析

教学内容：静力学基本概念，静力学公理，约束与约束力，物体的受力分析和受力图。

要求掌握：各种常见约束的性质，对简单的物体系统能熟练地取分离体并画出受力图。

2. 平面汇交力系与平面力偶系

工程力学教材

引言

工程力学是一门研究物体受力及其运动规律的学科，对于工程师而言是一门基础且重要的学科。工程力学教材旨在介绍工程力学的基本原理和应用，培养学生分析和解决工程问题的能力。

第一章：力的基本原理

1.1 力的概念和分类

• 力的定义

• 力的分类：接触力、重力、弹力、摩擦力等

1.2 力的矢量表示和合成

• 力的矢量表示：力的大小和方向

• 力的合成：向量的加法和减法

1.3 力的分解

• 力的分解原理

• 重力分解、斜面上的力分解

第二章：静力学

2.1 平衡的条件

• 平衡的定义

• 平衡的条件：力的平衡、力矩的平衡

2.2 载荷分析

• 载荷的定义

• 受力分析：静力系统的受力分析方法

2.3 结构分析

• 框架结构分析方法

• 特殊结构：悬臂梁、悬链线、桁架等

第三章：运动学

3.1 质点运动学

• 质点运动的描述：位移、速度和加速度 • 运动规律：牛顿第二定律、动量定理、功和能量定理

3.2 刚体运动学

• 刚体的定义

• 刚体的运动：平动、转动、复合运动

第四章：动力学

4.1 质点动力学

• 质点的受力分析

• 动力学方程：牛顿第二定律、动能定理、动量定理

4.2 刚体动力学

• 刚体的受力分析

• 刚体的动力学方程：转动惯量、转动定律

第五章：静力学

5.1 不变曲面的力学基本方程

• 向量代数的基本原理

• 坐标系的选择

5.2 应力张量和应变张量

• 应力张量的描述和表示

• 应变张量的描述和表示

5.3 边界条件及相应的解法

• 边界条件的定义和分类

• 边界值问题的解法

结论

工程力学是工程学科中的基础学科，对于工程师而言具有重要的意义。通过学习工程力学教材，学生可以从力的基本原理、静力学、运动学、动力学以及静力学等方面深入理解工程力学的基本概念和原理，培养分析和解决工程问题的能力，为日后的工程实践打下坚实的基础。

泰山学院建筑与机械工程系精品课程：工程力学

第五章

本章习题与参考答案共9页 第1页 习题

5-1 一重G=980N的物体放在倾角的α=30°斜面上如图示。已知接触面间的静摩擦因数fs=0.2。现用FQ=588N的力沿斜面推物体，问物体在斜面上处于静止还是滑动？此时摩擦力为多大？

5-1

参考答案：

解：研究物体，假设其静止向上滑动趋势，受力分析

列平衡方程

解得：

所以物体静止

5-2

图示为一简易升降装置，混凝土和吊桶共重25KN，吊桶与滑道间的摩擦因数为0.3。试分别求出吊桶匀速上升和下降时的拉力。

5-2 参考答案：

解：研究混凝土和吊桶整体

（1）吊桶匀速上升时，受力分析

列平衡方程

解得：

（2）吊桶匀速下降时，受力分析

列平衡方程

解得： SFGNFsin0cos0xQSyNFFGFFFG848.7,98NSFNFNmax169.74SsNSFfFNF98SFNSFNFTFGSFNFTFGsin700cos700xTSyNSSNFFGFFFGFfF26.1TFKN20.9TFKNsin700cos700xTSyNSSNFFGFFFGFfF泰山学院建筑与机械工程系精品课程：工程力学

第五章

本章习题与参考答案共9页 第2页 5-3 已知某物块的质量，m=300kg，被力Fp压在铅直表面上。物块与墙面间的静摩擦因数fs=0.25，试求保持物块静止的Fp值的范围。

5-3

参考答案：

解：研究物块

（1）物块上升趋势时，受力分析

列平衡方程

第1章 工程静力学的基础

例1：

用小手锤拔起钉子的两种加力方式。两种情形下，加在手柄上的力F的数值都等于100N，

手柄的长度l=100 mm。 试求：两种情况下，力F对点O之矩。

解： 图a中的情形 这种情形下，力臂: O点到力F作用线的垂直距离h等于手柄长度l，力F使手锤绕O点逆

时针方向转动，所以F对O点之矩的代数值为

图b中的情形 这种情形下，力臂

力F使手锤绕O点顺时针方向转动，所以F对O点之矩的代数值为

例2：

已知 :作用在托架的A点力为F以及尺寸 l1, l2 ,  .

试求: 力F对O点之矩MO(F)

解 : 可以直接应用力矩公式计算力F对O点之矩。但是，在本例的情形下，不易计算矩心O到力F作用线的垂直距离h。

如果将力F分解为互相垂直的两个分力Fl和F2，二者的数值分别为 这时，矩心O至Fl和F2作用线的垂直距离都容易确定。

30N300100m30Nm10300N100F3FlFhmO

cos30lh

cos30300100cos30mN98.52cos30m10300N100cos30F3FlFhmO－



sin45cos45

21FFFF

＝＝



sin45cos45

21FFFF

＝＝

于是，应用合力之钜定理 mO (F) = mO (F cos)+mO(F sin ) 可以得到

例3：

具有光滑表面、重力为FW的圆柱体，放置在刚性光滑墙面与刚性凸台之间，接触点分别

为A和B二点。 试：画出圆柱体的受力图。

解： 1．选择研究对象

本例中要求画出圆柱体的受力图，所以，只能以圆柱体作为研究对象。 2．取隔离体 将圆柱体从所受的约束中分离出来，即得到圆柱体的隔离体。 3．画受力图

作用在圆柱体上的力，有：

主动力－圆柱体所受的重力，沿铅垂方向向下，作用点在圆柱体的重心处；

约束力－因为墙面和圆柱体表面都是光滑的，所以，在A、B二处均为光滑面约束，所以约