《结构力学静力学》课件

《结构力学静力学》课件本课件将介绍结构力学静力学的基本概念和原理内容涵盖力学基础、结构分析方法、静力学计算等课程简介课程名称课程时间授课教师适用专业《结构力学静力学》每周节课，共计周老师土木工程、建筑学等X YZ课程目标和学习重点理解结构力学基本原理掌握结构力学分析方法掌握力学平衡方程的应用运用各种分析方法解决工程实际问题学习不同结构内力的分析方法培养解决实际问题的综合能力和创新思维基本概念和符号物体力力矩力偶结构力学研究的对象，指具有物体之间的相互作用，具有大力使物体产生转动趋势的度量大小相等、方向相反、作用线明确形状、大小、材料的刚性小、方向和作用点三个要素，，等于力的大小乘以力臂力平行的两个力组成的力系，可物体在受力分析中，物体可可表示为矢量力的单位为牛臂是指力作用点到转轴的垂直使物体产生转动，但不会产生视为刚体，忽略其变形的影响顿（）距离，力矩的单位为牛顿米（平动力偶的合力为零，但力N）矩不为零Nm力和力系的分类力的分类力系的分类根据力的性质和作用方式可以分根据力的作用线和作用点的关系为外力、内力和约束力等外力可以分为平面力系和空间力系是作用在物体外部的力，内力是平面力系是指所有力都作用在同物体内部各部分之间的相互作用一个平面内，空间力系则是指力力，约束力是物体受到外界约束作用在空间的不同位置而产生的反作用力力的基本性质力具有大小和方向，力的作用效果与力的方向、大小和作用点有关力的单位是牛顿（），力的方向可以用力的作用线和力的作用点确定N力的合成与分解平行四边形法则1两个力的合力可以用平行四边形的对角线表示三角形法则2两个力的合力可以用三角形的第三边表示多力合成3将多个力逐一合成，得到最终合力力的分解4将一个力分解为多个力的合力力的合成是指将多个力合成一个等效力的过程力的分解是指将一个力分解为多个力的合力，以便于计算和分析结构的受力情况力偶的概念与性质力偶定义力偶矩

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22.力偶是由大小相等、方向相反力偶矩是力偶对某点的转动效、作用线平行但不重合的两个应，它的大小等于力偶中任一力组成力的大小乘以力偶臂力偶性质力偶应用

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44.力偶不能用一个力来平衡，只力偶在工程中被广泛应用，例能用另一个力偶来平衡如拧螺钉、转动轴承等静力学基本原理力的平衡力矩平衡物体处于静止状态或匀速直线运物体绕某一点的合力矩为零，物动时，物体所受的合力为零体将保持静止或匀速转动力的叠加原理力的分解原理多个力作用于物体，其合力等于一个力可以分解为多个力的向量各个力的向量和和，各个力的方向可以不同静力学平衡方程静力学平衡方程是描述静止物体受力状态的数学表达式它基于牛顿第一定律，即静止的物体将保持静止状态，除非受到外力的作用这些方程用来确定物体在受力状态下是否处于平衡状态它们也是计算结构内力的基础平面力系的平衡条件静力学平衡平面力系平衡物体处于静止或匀速直线运动状态所有外力作用在同一平面内合力为零，合力矩为零平衡条件可简化为三个方程水平方向合力为零，竖直方向合力为零，绕任意点合力矩为零空间力系的平衡条件力平衡所有外力在三个坐标轴上的投影之和均为零力矩平衡所有外力对空间任一点的力矩之和均为零向量和空间力系平衡，所有外力向量之和为零结构内力的概念剪力弯矩轴力扭矩剪力是结构内部沿着横截面的弯矩是结构内部沿着横截面的轴力是结构内部沿着横截面的扭矩是结构内部沿着横截面的力的分量，会导致结构的变形力矩，会导致结构的弯曲变形力的分量，会导致结构的拉伸力矩，会导致结构的扭转变形和断裂或压缩变形内力的求解方法截面法截面法是求解结构内力的基本方法，主要通过将结构想象成被切开平衡方程利用静力学平衡方程，将截面两侧的内力与其外力建立关系求解未知力通过联立方程，解出截面上各个未知的内力，包括轴力、剪力和弯矩筒架结构的内力分析定义1筒架结构是一种由多个杆件组成的空间结构，常用于建筑、桥梁和塔架等工程中类型2常见类型包括单层筒架、多层筒架和空间桁架等，每种类型都有其独特的特点和应用场景计算3筒架结构的内力分析是结构力学中的重要内容，主要采用节点法、截面法或矩阵法等方法来进行计算应用4筒架结构的内力分析结果可以用于评估结构的安全性、稳定性和可靠性桁架结构的内力分析节点法1节点法是基于静力学平衡方程，通过分析每个节点的受力情况来求解桁架杆件内力截面法2截面法是通过对桁架结构进行截断，然后分析截面两侧的力矩平衡来求解杆件内力虚拟功法3虚拟功法是一种基于能量原理的方法，通过对结构进行虚拟位移来求解杆件内力悬挑梁的内力分析定义1悬挑梁指一端固定，另一端悬空的梁悬挑梁在工程中应用广泛，例如阳台、桥梁等特点2悬挑梁承受弯矩、剪力和轴力，其内力分布规律较为复杂分析方法3采用截面法和平衡方程进行分析，求解悬挑梁的内力分布应用4悬挑梁的内力分析结果可用于结构设计，确保结构安全可靠连续梁的内力分析支撑反力的计算连续梁由于存在多个支座，所以需要计算每个支座上的反力，才能进一步分析内力弯矩方程的推导通过平衡方程和变形协调条件，可以建立连续梁各个跨度的弯矩方程，从而得到不同位置的弯矩值剪力方程的推导通过弯矩方程对横坐标求导，可以得到连续梁的剪力方程，从而确定不同位置的剪力大小内力图绘制根据弯矩方程和剪力方程，可以绘制连续梁的弯矩图和剪力图，以便直观地分析其内力分布情况刚架结构的内力分析刚架结构的定义1刚架结构是由梁和柱以刚性节点连接而成的体系，其特点是节点处不允许发生转动内力分析方法2刚架结构的内力分析方法主要包括力法和位移法，力法适用于简单结构，位移法适用于复杂结构内力计算3刚架结构的内力计算需要考虑节点的约束条件、荷载和结构的几何形状，可以利用平衡方程和变形协调方程进行求解截面的几何特性面积形心

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22.截面的面积表示为，是截面形心是截面几何图形的重心，A几何形状最基本的特征通常用字母表示C惯性矩极惯性矩

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44.惯性矩反映了截面抵抗弯曲变极惯性矩反映了截面抵抗扭转形的能力，是截面的重要几何变形的能力，是截面的另一个特征重要几何特征正应力和切应力的计算正应力和切应力是结构力学中重要的概念，用于描述材料内部的应力状态正应力是指作用于截面垂直方向上的应力，而切应力是指作用于截面平行方向上的应力正应力的计算通常使用公式σ=N/A，其中σ表示正应力，N表示作用于截面的法向力，A表示截面的面积切应力的计算通常使用公式τ=Q/Ib，其中τ表示切应力，Q表示作用于截面的剪切力，I表示截面的惯性矩，b表示截面的宽度12正应力切应力σ=N/Aτ=Q/Ib34扭转弯曲τ=Tr/Jσ=My/I组合应力的计算组合应力平面应力三向应力定义物体表面或内部一点同时承受两个或多物体内部一点同时承受三个方向的应力个方向的应力计算方法使用应力变换公式使用应力张量应用梁、板等结构厚壁容器、压力管道等安全性验算强度验算稳定性验算疲劳验算振动验算确保结构能够承受设计荷载，确保结构在荷载作用下保持平确保结构能够承受反复荷载的确保结构能够承受振动荷载的不会发生断裂或过度变形衡，不会发生倾覆或失稳作用，不会发生疲劳破坏影响，不会产生共振材料强度理论强度理论概述强度理论应用12强度理论是结构力学的重要组强度理论被广泛应用于工程设成部分它研究材料在各种外计中，用于确定结构的承载能力作用下发生破坏的规律，以力、安全系数，以及材料的选及材料抵抗破坏的能力用主要强度理论强度理论选择34常见的强度理论包括最大正应在实际应用中，选择合适的强力理论、最大切应力理论、能度理论取决于材料的特性、结量理论、极限应力理论等构的类型以及载荷的性质临界应力与屈曲问题临界应力当结构承受压力时，结构的形状和稳定性会发生改变结构的形状发生改变称为屈曲引起屈曲的最小压力称为临界应力结构的稳定性取决于材料的性质、结构的形状和载荷的大小和方向临界应力是一个重要的参数，因为它决定了结构的承载能力和安全性能工程师们需要在设计结构时考虑临界应力，以确保结构的安全可靠性结构稳定性分析稳定性定义失稳形式结构抵抗外部荷载和自身重量的屈曲、扭转、整体失稳等形式能力稳定性分析稳定性设计计算临界荷载，判断结构是否稳通过结构设计，提高结构的稳定定性结构可靠性分析确定性分析概率分析可靠性指标考虑结构的材料强度、荷载作用、几何尺寸考虑到不确定性因素，例如材料强度、荷载通过可靠性指标衡量结构抵抗失效的能力，等因素，基于确定性模型进行计算作用、几何尺寸等的随机性，采用概率模型常用的可靠性指标有可靠度、可靠性指数等进行计算静力学分析的局限性仅考虑静态载荷忽略材料的非线性静力学分析主要研究结构在静止载荷下的受力情况，无法直接分析静力学分析通常假设材料具有线性弹性，忽略了材料的实际非线性动态载荷的影响特性模型简化环境因素影响静力学分析需要对实际结构进行简化，导致分析结果与实际情况存静力学分析通常忽略了温度、湿度、风荷载等环境因素的影响在偏差静力学分析在工程中的应用桥梁设计高层建筑航空航天静力学分析用于桥梁设计，确保结构在载荷高层建筑的结构设计需要考虑静力学原理，航空航天工程中广泛应用静力学分析，计算作用下稳定可靠，并考虑风力、地震等外部计算结构受力情况，确保建筑物的稳定性和飞机机身、机翼的受力情况，优化设计结构因素安全性，提高飞行安全总结与展望本课程涵盖结构力学静力学基础知识，为后续学习提供扎实理论基础将理论与实践相结合，培养学生运用静力学知识解决实际工程问题的能力本课程内容可以应用于桥梁、建筑、机械等多个领域，为工程设计和建造提供可靠理论支撑课后思考题通过本课程的学习，你是否对结构力学静力学有了更深入的了解？你是否能够运用所学的知识解决实际工程问题？你是否对未来学习结构力学相关的课程充满兴趣？请思考以下问题简述结构力学静力学的基本概念和原理

1.如何应用静力学平衡方程分析结构的受力状态？

2.如何进行结构内力的计算和分析？

3.结构力学静力学在工程实践中有哪些应用？

4.希望这些问题能激发你的思考，帮助你更好地理解和应用结构力学静力学的知识。