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大连理工大学 工程力学 4材力概念 ppt课件

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工程力学ppt课件

工程力学ppt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。

材力基本概念拉伸与压缩

材力基本概念拉伸与压缩

13
截面法
1．概念：假想用一个平面将构件切开，以显示 ．概念：假想用一个平面将构件切开， 内力，取其中的一部分作为研究对象， 内力，取其中的一部分作为研究对象，并根据平 衡条件由外力确定内力的方法。 衡条件由外力确定内力的方法。
14
2.截面法的步骤： 截面法的步骤： 截面法的步骤
1） 切：沿所求截面假 ） 想地将杆件分开; 想地将杆件分开 2） 取：取出其中任意 ） 一部分（左或右边） 一部分（左或右边）为研 究对象; 究对象 3） 代：以内力代替弃 ） 去部分对选取部分的作用。 去部分对选取部分的作用。 4） 平：列平衡方程求 ） 解内力 F
2kN
FN3 3 4kN
F
2+FN2 -4 =0 FN2= 2kN（拉力） （拉力） FN3-F=0 FN3=F= -4kN 30 压力） （压力）
31
6.2.3 轴向拉伸与压缩时横截面上的应力
杆件的强度不仅与轴力有关， 杆件的强度不仅与轴力有关，还与横截 面面积有关。必须用应力来比较和判断杆 面面积有关。 件的强度。 件的强度。
外力—— 对于所研究的构件来说， 对于所研究的构件来说， 外力 其它物体作用于该构件上的力均为 外力。 外力。 表面力（分布力、集中力）、体积 表面力（分布力、集中力）、体积 ）、 重力、 力(重力、惯性力） 重力 惯性力） 静载荷、 静载荷、动载荷 内力—— 构件在外力作用下，将发 构件在外力作用下， 内力 生变形，与此同时， 生变形，与此同时，构件内部各部 分间将产生相互作用力， 分间将产生相互作用力，此相互作 用力称为内力。 用力称为内力。
(b)
A—截面面积 33
FN σ = A
FN—轴力 A——横截面面积
σ的正负号与FN相同即：拉伸为正，压缩为负

工程力学第四章PPT课件

工程力学第四章PPT课件

力的平衡
总结词
力的平衡条件与平衡状态
详细描述
力的平衡是指物体在受到力的作用时，处于静止或匀速直线 运动的状态。平衡状态下的物体所受的合力为零，即合力矩 为零。在工程实践中，通过合理布置支撑、加强结构等措施 ，可以保证物体的平衡状态。
力的合成与分解
总结词
力的合成法则与力的分解法则
VS
详细描述
力的合成是指两个或多个力共同作用在物 体上，可以用一个等效的力来代替它们。 力的合成遵循平行四边形法则或三角形法 则。力的分解则是将一个力分解为两个或 多个等效的分力。力的合成与分解在解决 工程实际问题中具有重要意义。
案例三：建筑结构的抗震设计
总结词
抗震设计是确保建筑物在地震中保持稳定的关键因素 ，通过合理的抗震设计，可以减少建筑物在地震中的 损坏和人员伤亡。
详细描述
建筑结构的抗震设计主要考虑建筑物在地震作用下的动 态响应和稳定性。通过建立建筑物的动力学模型，可以 模拟建筑物在不同等级地震下的变形、应力和破坏情况 。这有助于工程师优化建筑物的结构设计、地基处理和 材料选择，提高建筑物的抗震性能和安全性。同时，抗 震设计还需要考虑建筑物的使用功能和成本效益等因素 ，以满足实际需求。
静力学还涉及到工程中的许多问题， 如物体的稳定性、压杆的稳定性等， 这些问题都需要通过静力学分析来解 决。
静力学在桥梁、建筑、机械等领域都 有广泛应用，例如建筑设计时需要计 算建筑结构的受力情况，以确保结构 的稳定性。
动力学应用
动力学主要研究物体运动状态的变化规律，包括运动物体的速度、加速度、力等物理量的分 析。
材料力学在土木工程、机械、航空航天等领域有广泛应用，例如桥梁和 建筑结构需要承受各种载荷的作用，机械零件也需要承受各种应力和应

工程力学ppt课件

工程力学ppt课件

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。

工程力学(静力学与材料力学)ppt精选课件

工程力学(静力学与材料力学)ppt精选课件
相关专业的考研专业课。
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5
课程特点：
1、概念多、公式多。 2、与工程联系紧密。
完整编辑ppt
6
学习方法：
弄清基本概念：观察生活实例，适当
读些参考书。
注意分析问题的过程：基本假设、基
本方法、基本要点。
养成写总结和体会的习惯。
认真完成作业：理解概念、体验方法，
学会举一反三。
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a、断裂
破
坏
b、塑性屈服
（去除载荷后有显著的塑性变形）
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32
2、构件应具备足够的刚度 （即抵抗 弹性变形的能力）
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33
2、构件应具备足够的刚度
完整编辑ppt
34
2、构件应具备足够的刚度
☻对某些构件，完刚整编度辑ppt条件起控制作用。 35
3、构件应具备足够的稳定性 （即保 持初始平衡状态的能力）
③与刚体的形状无关。
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65
公理三：加减平衡力系原理
内容：
在已知力系上加上或减去任意的平衡力系，并不
改变原力系对刚体的作用。
F1
A
F
B
A
F1
F
完整编辑ppt
66
推理1 力的可传性
内容：
作用于刚体上某点的力，可以沿着它的作用线移
到刚体内任意一点，并不改变该力对刚体的作用。
B F A
重要 结论
外力解除后不能消失的变形。
完整编辑ppt
22
4、失稳 ：在一定外力作用下，构件突 然发生不能保持其原有平衡形式（初
始平衡状态）的现象，称为失稳。
完整编辑ppt
23
台南高屏大桥断裂

工程力学课件ppt

工程力学课件ppt
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

【2024版】工程力学完整ppt课件

FN FN
§1-4 物体的受力分析和受力图
一、受力分析 解决力学问题时，首先要选定需要进行研究的物体，即选
择研究对象；然后根据已知条件，约束类型并结合基本概念和 公理分析它的受力情况，这个过程称为物体的受力分析。
作用在物体上的力有：一类是主动力： 如重力,风力,气体压力等。
二类是被动力：即约束反力。
固定铰支座
上摆 销钉
下摆
固定铰支座
固定铰支座
铰
固定铰支座
中间铰 铰
中间铰 销钉
约束力表示： 简化表示：
4 活动铰支座（辊轴支座）
在固定铰链支座的底部安装一排滚轮，可使 支座沿固定支承面滚动。
活动铰支座
上摆
销钉
滚轮
底板
活动铰支座
活动铰支座
其它表示
A B
FA A
FB B
FA
FB
C
FC C
又∵ 二力平衡必等值、反向、共线，
∴ 三力 F1 , F2 , F3 必汇交，且共面。
公理4 作用力和反作用力定律
等值、反向、共线、异体、且同时存在。 [例] 吊灯
公理5 刚化原理
变形体在某一力系作用下处于平衡，如将此变形体变成 刚体（刚化为刚体），则平衡状态保持不变。
公理5告诉我们：处于平衡 状态的变形体，可用刚体静 力学的平衡理论。
二、受力图 画物体受力图主要步骤为：
[例1]
①选研究对象； ②去约束，取分离体； ③画上主动力； ④画出约束反力。
FB
BG
FB
B
F D
FE
O
F D
W
FAy
D
FA
D
FD
A
FAx

工程力学ppt课件01(第一部分：第1-4章)


材料力学的性能分析
01
材料力学性能分析包括对材料的弹性、塑性、脆性、韧性 等性能的评估。
02
弹性是指材料在外力作用下发生形变，外力消失后能恢复 原状的能力；塑性是指材料在外力作用下发生形变，外力 消失后不能恢复原状但也不立即断裂的能力；脆性和韧性 则是描述材料在受力过程中易碎和抗冲击能力的性能。
03
力的分类
根据力的作用效果，可将力分为拉力、 压力、支持力、阻力、推力等。
静力学的基本原理
二力平衡原理
力的平行四边形法则
作用与反作用定律
三力平衡定理
作用在刚体上的两个力等大反 向，且作用在同一直线上，则 刚体处于平衡状态。
作用于物体上同一点的两个力 和它们的合力构成一个平行四 边形，合力方向沿两个力夹角 的角平分线，因为两个分力大 小不变，所以合力的大小也是 一定的。
材料力学性能分析对于工程设计和安全评估具有重要意义 ，是确定材料能否承受预期载荷并保持稳定性的关键依据 。
材料力学的应用实例
材料力学在建筑、机械、航空航 天、汽车、船舶等领域有广泛应 用。
例如，建筑结构中的梁和柱的设 计需要考虑到材料的应力分布和 承载能力；机械零件的强度和刚 度分析对于其正常运转和疲劳寿 命预测至关重要；航空航天领域 中，材料力学则涉及到飞行器的 轻量化设计以及确保飞行安全的 关键因素。
动力学的基本原理
牛顿第一定律
物体在不受外力作用时，将保持静止或匀速直线运动状态。
牛顿第二定律
物体受到的合外力等于其质量与加速度的乘积，即F=ma。
牛顿第三定律
作用力和反作用力大小相等、方向相反、作用在同一条直线上。
动力学的基本方法
动力学方程的建立
01
根据牛顿第二定律，建立物体运动过程中受到的合外力与加速

材料力学工程力学课件

边界条件为:
M P
P
M0
P
M0
x0, y y0;xL, y y0
33
M c ,d 0,k L2n 并 k Ln P
kL2n
为求最小临界力，“k”应取除零以外的最小值，即取：
kL2
所以，临界力为：
4 2 EI 2 EI Pcr 2 L ( L/2) 2
支，压力P=150kN，角钢为A3钢，试用欧拉公式或抛物线公式
求临界压力和稳定安全系数nst。 解：一个角钢：
A1 8.367 cm2 , I y1 23.63cm4
z y
两根角钢图示组合之后
I y I z
I min I y 2 I y1 223.6347.26cm4
l 150 I min 47.26 89.3 C 123 i 1.68cm i 1.68 A 28.367
1 3 2 1 E
强度理论 1、破坏判据： 1 b ; ( 1 0) 第一强度理论 2、强度准则： 1 ; ( 1 0) 3、实用范围：实用于破坏形式为脆断的构件。 1、破坏判据： 1 2 3 b 第二强度理论 2、强度准则： 1 2 3 3、实用范围：实用于破坏形式为脆断的构件。
FP<FPcr :在扰动作用下，直线平衡
构形转变为弯曲平衡构形，扰动除 去后，能够恢复到直线平衡构形， 则称原来的直线平衡构形是稳定的。
FP>FPcr :在扰动作用下，直线平衡
构形转变为弯曲平衡构形，扰动除 去后，不能恢复到直线平衡构形， 则称原来的直线平衡构形是不稳定的。
27
3.压杆失稳：
4.压杆的临界压力 临界状态
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F1 F2
F1 F2
假想截面
F3 F4
分布内力
21
3.内力—通常指横截面上附加内力向截面 形心简化所得主矢和主矩在三个坐标轴方 向的分量。（共六个）
内力主矢 F1 F2
内力主矩
22
内力分量（简称内力）
Qz
Qy y
z
N
x
R
Mz
My y
z
T
x M
23
Байду номын сангаас
二、截面法 Method of section
5
第二章 材料力学基本概念
§2.1 材料力学的基本假设
1. 连续性假设—材料连续无孔隙
Continuity assumption
2. 均匀性假设—材料各处性质相同
Homogenization assumption
3. 各向同性假设—任意方向材料性质相同
Isotropy assumption
4. 小变形假设—变形远小于构件尺寸
线位移—— 一点空间位置的改变 单位：m , mm
角位移—— 一线（面）方位的改变 单位：rad
31
二、变形 Deformation 尺寸改变 形状改变
变形引起位移
32
线应变 (Linear strain) ε ——
一点在某方向上尺寸改变程度的描述。
剪应变 (Shearing strain) γ ——
B
C
R'B RC
3
平衡概念——应用与联想
平衡舵——古人的智慧 平衡吊——免配重的起重机 产销平衡、收支平衡…… 营养平衡、动静平衡、心理平衡……
4
第4讲
本节内容: Chap.2 材料力学的基本概念
1. 基本假设 2.基本变形 3.内力 ，截面法 4. 应力 5. 位移 变形 应变
要求： 理解各基本概念
— 求内力的基本方法
将所求内力的截面用假想平面截成两半， 利用任意一半的平衡条件求出该截面内力。
F1 F2
假想截面
F3 F4
24
§2.4 应力stress
1. 概念
应力—分布内力在一点的集度
F1 F2
25
应力就是单位面积上的内力
工程构件，大多数情形下，内力并 非均匀分布，通常“ 破坏”或“ 失效”
过一点两互相垂直线段的角度改变。
33
σx dx
sx
sx
σx
dx
u
u +du
τ
α
τ
β
微元体 Element
x
du dx
γ=α+β
直角改变量
34
注释
线应变 ε —— 与点的位置有关； 与线段 的方向有关； 伸长变形为正； 无量纲。
剪应变 γ —— 与点的位置有关； 与垂直两线的方位有关； 直角变小为正； 无量纲。
往 往从内力集度最大处开始，因此，有必 要区别并定义应力概念。
26
2. 正应力和剪应力
正应力s ——
垂直于截面的应力称为 正应力
Normal stress
剪应力t ——
位于截面内的应力称为剪应力 （切应力）Shear stress
单位： Pa, 1 Pa = 1 N/㎡ 常用单位：MPa, 1 MPa= 106 Pa
27
F1 F2
s lim N
A0 A
ΔQ
F
ΔN ΔA
t lim Q
A0 A
28
F1 F2
s dN
dA
t
s
t dQ
dA
29
应力概念要点
1.讲应力应注意是指哪一点的应力； 2.讲一点应力，应区分是哪一个截面上 的应力; 3.讲一点应力，通常是指正应力 s 和 剪应力 t .
30
一、位移 Displacement
上节回顾 平面力系的平衡方程
R' = 0 M0 = 0
X = 0, Y = 0, mO(F) = 0。
平衡
(1.6-2)
1
平衡方程的应用
qa2 qa
A
C
aa
q B a
qa2 qa
qa
A
C
B
RA a
a
a
RB
可用合力代替分布力
2
物体系的平衡
q
A
B
C
a
a
分别考虑两杆的平衡
mA A RA
q RB
拉伸
压缩
15
F F
16
3. 扭转 Torsion
联轴器
轴
Shaft in torsion
17
18
§2.3 内力 截面法
一、内力 Internal force
1.固有内力
2.附加内力— 外力引起，连续分布
使物体平衡
F1
F3
F2
F4
19
F1 F2
F1 F2
假想截面
F3
F4 F3
F4
分布内力
20
35
位移与变形
A
dA
l
B
位移： δA 、 δB
轴向伸长： lAB=dB -dA
轴向应变：ε= ——l—AB l
dB
36
DUT-概MM念CAI-练L1 习
小变形条件（或假定）主要是指构件 。
选项
A 可视为刚体 B 变形量远小于原始尺寸 C 变形在线弹性范围内 D 变形不致引起破坏
正确答案： B
37
便于用变形前的尺寸和几何形状进行计算
6
§2.1 材料力学基本假设
建立理想弹性体模型的必要性 微观上看，材料是不连续、 不均匀的，也是各向异性的。
7
灰口铸铁的显微组织
8
球墨铸铁的显微组织
9
普通钢材的显微组织
10
优质钢材的显微组织
11
在宏观上，可以认为（假设） 材料是连续、均匀的，部分工 程材料是各向同性的。
一个反例：竹子
12
基本假设的作用
1. 连续性假设—采用函数描述
2. 均匀性假设 3. 各向同性假设
材料性质简化为常数
4. 小变形假设——线性方程便于分析计算
13
§2.2 杆件变形的基本形式
杆件
轴线 横截面
等直杆 变截面杆
14
§2.2 杆件变形的基本形式
1. 轴向拉伸或压缩
Axial tension or compression