《工程力学cha》课件

课简工程力学程介工程力学是建筑、土木工程等专业的基础核心课程之一涵盖静力学、动力学和材料力学等内容,培养学生掌握工程结构的分析与设计技能本课程将通过案例教学和实践,全面提升学生的工程实践能力历发工程力学的史展古代奠基工程力学的基础始于古希腊和中国,如阿基米德的浮力定理和张衡的地动仪牛顿时代牛顿提出的三大运动定律和万有引力定律奠定了工程力学的理论基础工业革命19世纪工业革命推动了工程力学在机械、桥梁等领域的迅速发展现代发展20世纪计算机的广泛应用极大地促进了工程力学的现代化和数字化工程力学的概念和基本原理变应物体的平衡形与力工程力学研究如何保持物体在静止或匀速运动状态下的平衡,涉及力、工程力学分析物体在受力作用下产生的变形,并计算内部应力的分布,质量和加速度之间的关系为设计提供依据动转换力学分析能量工程力学利用牛顿运动定律,分析物体受力时的运动状态,为机械设计工程力学研究机械系统中能量的转换规律,有助于提高能量利用效率提供动力学依据应杠杆原理及其用杠杆是一种简单的机械装置,通过施加力来放大力矩,实现力量的放大和方向的改变它广泛应用于各种工程与日常生活中,是工程力学的重要组成部分杠杆原理包括杠杆平衡条件、力的放大关系等,可以用于设计各种利用力的放大效应的机械装置,如起重机、剪刀、铅笔刀等掌握杠杆原理是工程师设计机械系统的基础计重心及其算305K质点重量质量为30克的质点重量为5千克的物体10$300标轴坐成本沿X、Y、Z轴方向的坐标重心计算的成本约300美元重心是一个物体内部质量分布的平均位置计算重心需要确定物体各部分的质量和位置坐标通过质量和坐标的加权平均可以得出物体的重心位置重心的确定对于工程力学分析和设计非常重要应摩擦力及其用义类1定与分2来源与特点摩擦力是两个接触面之间的相摩擦力源于表面粗糙程度和接互作用力,分为静摩擦力和动摩触面间的分子作用,大小与接触擦力两种面积和垂直力有关应举测3用例4摩擦系数的定摩擦力在机械、建筑、交通等可通过倾斜试验或拉力测试等领域广泛应用,如制动系统、布方法测定不同材料间的静/动摩料摩擦、登山等擦系数滚动别静摩擦与摩擦的区静摩擦和滚动摩擦是两种不同类型的摩擦力静摩擦是物体之间接触表面处于静止状态时产生的摩擦力,而滚动摩擦则是物体以滚动方式运动时产生的摩擦力静摩擦力通常大于滚动摩擦力,但滚动摩擦力更加稳定和恒定静摩擦力主要与接触表面的粗糙度、表面积和压力有关,而滚动摩擦力则主要与接触面的材料、形状和速度有关使用滚动元件如轴承和轮子可以大大降低摩擦阻力,提高机器的运转效率刚运动体的平面分析受力分析1确定刚体受到的力及其方向质运动心2分析刚体质心的平移运动转动运动3分析刚体绕质心的转动运动刚体的平面运动可以分解为质心平移运动和绕质心的转动运动通过对刚体受力的分析,可以确定力的方向和大小,进而计算出质心的运动轨迹以及刚体的转动角度和角速度这种分析方法为设计和分析各种机械系统的运动提供了基础转动惯应量及其用定义物体在转动运动中的惯性特性,用于描述物体对转动运动的阻力计算公式I=mr^2，其中I是转动惯量，m是质量，r是质心到转轴的距离应用场景

1.确定机械系统的转动惯量，优化设计

2.计算机械系统的动能和动量

3.分析转动运动的稳定性顿运动应牛定律及其用惯第一定律性定律第二定律力-加速度定律第三定律作用-反作用定律任何物体的运动状态都倾向于保持不变，除物体的加速度与施加在其上的净力成正比,任何作用力都会产生一个等大反作用力,两非受到外力的作用这一定律解释了物体的与物体质量成反比这一定律解释了力如何个力作用在不同物体上,但方向相反这解惯性特性影响物体的运动释了物体间的相互作用动应量定理及其用动量定理是描述力作用下物体的运动状态变化规律的重要定律它表示物体运动的动量变化等于作用于物体的外力的时间积分动应能定理及其用动能定理是一种能量守恒定律,描述了工作与物体在位置和速度变化上的关系它可用于分析各种机械系统的能量转换和传递,并为工程设计提供依据势应能及其用势义势计势应势应能的定能的算能在机械中的用能在能源中的用势能是物体在力场中由于位置势能的计算涉及质量、重力加机械装置如起重机、水力发电可再生能源如水能、风能、太的改变而获得的能量它反映速度和高度等因素它可用来站等依赖于势能的转换来产生阳能等利用自然界的势能进行了物体在力场中的状态分析物体在力场中的潜在能量功势能分析有助于优化设计发电这些可持续利用的势能储备和提高效率有助于减少化石燃料消耗别内力和外力的概念及其区内力的概念内力是由物体内部的相互作用产生的力,体现了物体内部元素之间的相互影响外力的概念外力是作用于物体外部的力,从物体外部施加到物体内部别内力和外力的区内力和外力的本质区别在于产生的来源,内力源于物体自身,外力来自物体外部应态平面力状及其分析义定1平面应力状态是指物体某一平面上的应力状态特点2垂直于平面的应力为零,只有平面内的两个正应力及切应力分析3通过应力圆分析平面应力状态,确定主应力及其方向应用4常用于薄壁结构、薄膜等的应力分析平面应力状态是工程力学中一个重要的概念,它描述了物体某一平面上的应力状态通过应力圆分析,可以确定该平面上的主应力及其方向,为结构分析提供了重要依据这种分析方法广泛应用于薄壁结构、薄膜等工程结构的应力计算中应应变关力和的系弹关关弹转变应变性系塑性系性-塑性hardening在弹性变形范围内，应力和应当应力超过材料的屈服强度后，材料从弹性状态转变为塑性状塑性变形过程中，材料会发生变呈现线性关系这种关系可材料进入塑性变形范围此时态的节点称为屈服点这个转应变硬化现象这意味着随着以用胡克定律来描述，即应力应力和应变的关系变得非线性，变点是衡量材料强度的重要指应变的增加，材料的承载能力与应变成正比需要采用应力-应变曲线来描标之一也会增强述应应变图应力-及其用应力-应变图是描述材料力学特性的重要工具它反映了材料在受力过程中的变形特性,包括弹性段、屈服段和破坏段通过分析应力-应变关系,可以了解材料的强度、刚度、韧性等性能,为工程设计提供依据应力-应变图的应用广泛,如确定材料的许可应力、分析零件的失效模式、指导材料的热处理和成型工艺等合理利用应力-应变图有助于提高设计安全性和优化材料使用应柱体的力分析柱体受外力作用时会产生应力,需要进行详细分析以确保结构安全通常分析会包括柱体的轴向压应力、剪应力和弯曲应力等通过分析这些应力成分,可以确定柱体设计是否满足强度和刚度要求同时还需要考虑柱体的稳定性问题应力成分分析方法应用场景轴向压应力直接计算柱受压载荷剪应力应力分布分析柱体连接点弯曲应力弯矩图分析柱体受弯载荷图图梁的剪力和弯矩图图剪力分析弯矩分析力学分析通过绘制梁构件的剪力图可以清楚地了解各绘制梁构件的弯矩图可以直观显示各断面的通过对梁受力情况的分析,可以掌握梁构件断面的剪力大小及分布情况,为设计提供依弯矩大小及分布,为强度计算和截面设计提在外荷载作用下的变形特征和应力分布,为据供依据结构设计提供重要依据应梁的力分析梁是机械和建筑结构中常见的一种结构件,分析梁的应力状态非常重要我们可以通过分析梁的剪力图和弯矩图,计算出梁内部的应力分布,从而确定梁的强度和刚度,以确保结构的安全可靠35N/mm^2正应力梁的上下表面产生的最大拉伸和压缩正应力20N/mm^2剪应力梁腹部产生的最大剪应力,需要小于材料的允许值L/360最大挠度梁端的最大挠度不应超过跨度的1/360应薄壁柱体的力分析几何特征薄壁柱体具有细长的圆柱形结构,壁厚远小于柱体的直径或长度应态力状薄壁柱体主要受轴向应力和切应力的影响,需要考虑径向应力的影响分析方法可以采用简单的理论分析或有限元分析方法对薄壁柱体的应力状态进行评估应薄膜的力分析义应1定2力分布薄膜是指厚度远小于其他两个尺寸的结构构件它常被用于薄膜的应力分布复杂多样,通常可分为拉伸、压缩、剪切和弯各类工程中，如容器、薄膜传感器和微系统等曲应力合理分析薄膜的应力状态对设计至关重要应设计应3力分析方法4用分析薄膜的应力状态常采用有限元法、分析法等,以确定最大薄膜的应力分析结果可用于指导薄膜结构的优化设计,提高其应力点并评估结构的安全性强度和可靠性稳论应定性理及其用稳欧拉定理1该理论描述了柱体在受压作用下的稳定状态,对工程设计至关重要铸铁稳柱的定分析2利用欧拉稳定理可以计算出铸铁柱的临界承载能力,避免结构失稳应实工程用例3稳定性理论广泛应用于建筑、桥梁、机械等领域,确保结构安全可靠许应可力及其确定许可应力在工程设计中,为了确保结构安全,设定的最大允许应力值由安全系数和材料抗失效强度决定确定方法根据材料的抗拉强度、屈服强度等性能参数,综合考虑工作环境、载荷变化情况等因素,经安全系数折算得出许可应力的确定是工程设计中的关键步骤,既要充分利用材料性能,又要确保足够的安全裕度需要细致分析载荷工况和材料特性,经过多方考量后才能得出合理的许可应力值强论应度理及其用应论应变论应论最大力理最大理最大切力理根据最大应力理论,当结构中的最大主应根据该理论,当结构中的最大主应变达到根据这一理论,当结构中的最大切应力达力达到材料的强度极限时,视为发生破坏材料的极限应变时,视为发生破坏适用到材料的极限切应力时,视为发生破坏应用广泛,适用于脆性材料于塑性变形较大的材料适用于井然有序的各向同性材料扭计功率和矩的算

5.5kW功率驱动元件的输出功率300N·m扭矩驱动元件提供的旋转力矩

1.5m距离驱动力施加的臂长计算功率和扭矩是机械设计中的关键步骤功率是驱动元件的输出功率，扭矩则是元件提供的旋转力矩这两个参数相乘可得到驱动功率，同时也需要考虑施加力的距离理解和正确计算这些参数对于优化设计非常重要传动统应机械系的力分析统结构应系分析力分析方法可靠性保障机械传动系统由电机、齿轮、轴承等组成,利用理论公式、有限元分析等方法计算系统通过应力分析确保系统在正常工况下应力水复杂的结构要求分析各部件的应力分布,确中各部件的应力,评估其是否超出材料强度,平合理,并针对极端条件进行超载分析,提高保系统在各种负载下的安全可靠运行为设计优化提供依据系统的可靠性和安全性设计机械中的安全因数释响见值应概念解影因素常取用案例安全因数是指设计载荷和实际安全因数由材料特性、负荷变一般情况下,安全因数介于

1.2比如在桥梁设计中,通常会采用允许载荷之间的比值它用于化、制造工艺、环境条件等诸到3之间具体取值取决于设较大的安全因数,以防止因意外确保设计足够安全，可以承受多因素决定设计时需全面考计用途、载荷状况和材料特性事故造成严重后果意外和超负荷等情况虑这些因素弹性-塑性极限分析应应变关力-系1材料在受力作用下表现出弹性与塑性的不同特性,需要采用合适的分析方法极限分析2通过计算确定材料屈服极限,以此评估结构的强度和稳定性安全系数3在进行结构设计时,需要考虑弹性-塑性分析结果,确定合理的安全系数实验测试应方法及其用实验数据采集1利用先进传感设备获取准确数据处数据分析理2运用统计和建模技术深入分析拟验证仿真模3基于数据建立数字模型进行仿真结应果用推广4将分析结果应用于实际工程设计实验测试是工程力学研究的重要环节,通过先进的数据采集、分析技术,可以全面了解物理量的变化规律结合数字模拟仿真,可以更好地验证理论,为工程实践提供可靠依据最终将研究成果应用于实际设计中,提高工程质量和效率实际应工程力学在工程中的用设计选择1机械2材料工程力学为机械设计提供了理工程力学分析材料的应力-应变论基础,帮助工程师分析结构强特性,为合理选择材料提供依据度、稳定性和变形结构3工程分析4能源工程工程力学的理论和方法广泛应工程力学在机械、电力、化工用于桥梁、建筑等工程结构的等能源领域中发挥重要作用,如静力和动力分析涡轮机械设计。