搜索
王东爱机械与包装系第一章：绪论1.1研究对象工程力学是一门研究物体机械运动以及构件强度、刚度和稳定性的科学。它包括理论力学和材料力学的有关内容。理论力学:研究刚体的力学性能及运动规律，是力学的基础学科，由静力学、运动学和动力学三大部分组成。材料力学:就是研究构件强度、刚度和稳定性等计算原理的科学刚体：刚度无穷大，受力后不会发生变形的物体构件：可变形固体（杆、板或壳、块）第一章：绪论1.2静力学的基本概念：1.力：（力的效应，单位，要素，力系）力是物体间相互的机械作用。力的效应运动（外）和变形（内）。单位：牛顿(N)，它有三个要素2.平衡：物体相对于惯性参考系保持静止或匀速直线运动的状态3.平衡力系物体在力系作用下平衡，那么这个力系就是平衡力系第一章：绪论1.2静力学的基本概念：4.二力平衡原理：二力大小相等、方向相反并作用在同一直线上1)二力杆：仅在两力作用下保持平衡的杆件。此二力必沿两点连线方向2)加(减)平衡力系原理：刚体上可任意加(减)平衡力系而不影响刚体原先的运动效果3）力的可传递性：力可沿作用线任意移动而不改变对刚体的作用效果5.作用与反作用定理：作用与反作用力大小相等、方向相反，处同直线上第一章：绪论1.3约束与约束反力1.概念自由体（非自由体）位移不受限制的物体约束对非自由体的某些位移施加的限制条件约束力（约束反力）约束作用于非自由体上的力主动力能引起物体运动状态(趋势)改变的力第一章：绪论1.3约束与约束反力2.几种常见约束形式和它的约束反力；1)光滑表面约束：阻止物体沿接触点公法线而趋向支承面的运动，约束反力沿着公法线方向指向被约束物体(如图)2)柔性约束：阻止物体沿柔性物体伸长方向的运动，约束反力沿着柔性体背离被约束物体(如图)3)固定铰链约束：(如图)，阻止物体沿任意方向发生移动第一章：绪论1.3约束与约束反力：2.几种常见约束形式和它的约束反力4)活动铰链约束：(如图)，阻止物体沿垂直于支承表面离开支承面方向发生移动，常用作大型梁的活动支点。有时也叫做“辊轴支座”5)球形铰链约束：(如图)，这是空间力系常用的约束形式，可以产生沿x，y，z三个轴的约束反力，因平面力系中不常用，所以这里不作过多研究。物体的受力分析1.4分离体和受力图：分离体：进行力学分析时，常将物体的约束解除，用约束反力表现约束的作用，这样独立画出的物体叫“分离体”。表示分离体及其所受外力的图称为“受力图”。分离体的选择：注意：系统总体是平衡的，其中的任何一个部分都要是平衡的画物体受力图步骤1.选研究对象2.去约束，取分离体3.画上主动力4.画约束反力画物体受力图注意：1.只外不内2.不能有约束3.局部与整体一致4.正确判断二力构件第二章：平面汇交力系2.1平面汇交力系合成的几何法：力的平行四边形、三角形和力多边形合成方法：力平行四边形合成法，力三角形合成法如图。力的多边形合成法如图。注意：力是矢量，用矢量式表示:R=F1+F2+F3+……Fn-1+Fn=ΣF2.2平面汇交力系平衡的几何条件:刚体在平面汇交力系作用下平衡的几何条件是力多边形自行封闭，即R=ΣF=02.3三力平衡定理：如物体在三个互不平行的力作用下而处于平衡，则三力的作用线必交于一点（简称：三力平衡必汇交），可以用图说明2.4力的分解：一力也可用平行四边形法则分解成两分力，一般说来分解的分力是无限多组。如需唯一解答，要附加一定条件，例如给出两分解方向（如常用沿直角坐标轴方向分解）2.5力在直角坐标轴上的投影合力投影定理：力矢量可以按图示方式在两直角坐标轴上投影；合力投影定理：合力在某一轴上的投影等于各分力在同一轴上投影的代数和。2.6平面汇交力系合成的解析法：用解析法求平面汇交力系的合力就要应用合力投影定理，分别求各个分力在某轴投影，并求代数和，从而求得合力在该轴的投影，）（）（2222YXRRRYXXYRRtgXY第二章：平面汇交力系复习性简介……2.7平面汇交力系平衡的解析条件，平衡方程：即当刚体在平面汇交力系作用下处于平衡状态时，各力在两坐标轴上投影代数和均须为零。这就是平面汇交力系平衡的解析条件。后一组式子称为“平衡方程”。即平衡方程有两个式子，可以求解两个独立的未知量平面汇交力系的解题步骤归纳如下：1）根据题目要求，选取合适的物体作为分析的分离体。2）绘制分离体的受力图，要求将全部主动力和约束反力都清楚地表现出来3）若用几何法求解，应据分离体上所受到的力，绘制力的多边形，对平衡物体，力多边形应是封闭的，将各力首尾相接。找到未知力的矢量（包括大小和方向），如求其数值，就用刻度尺度量其大小，用比例尺换算出来。4）如用解析法求解，应以方便为原则，选取适当的座标轴（以各力便于相座标轴上投影为佳），根据座标轴的方向，将各个分力向该座标轴上投影，按照平衡方程，列出对应的方程组并求解，求出未知量。必须注意：如未知量的数目（包括数值和方向）小于或等于方程数，该题目可解，反之单独利用静力学无解。022）（）（YXR00YX第三章：力矩和力偶复习性介绍3.1力对点的矩：力矩是代数量，其绝对值为力F与力臂d的乘积，符号规定：力使物体绕矩心O作逆时针转动为正，反之为负。如图示,即：MO（F）=±Fd3.2力偶和力偶矩：力偶就是由大小相等、方向相反且不共线的一对力组成，其中一力F和力偶臂h的乘积叫力偶矩。力偶仅使物体产生转动，它是代数量，方向规定：逆时针转动为正，反之为负。如图示。表示为M(F,F’)=M=±Fh只要保持力偶矩的大小和转向不变，力偶的位置可在其作用面内任意移动或转动，还可任意改变力的大小和臂的长短，而不影响该力偶对刚体的效应力偶的三个要素:力偶矩的大小,力偶的转动方向和力偶的作用面3.3平面力偶系的合成和平衡条件：1.合成:平面力偶系可合成一个合力偶,其矩等于各分力偶之矩的代数和2.平衡条件:平衡力偶系的平衡条件是各力偶矩代数和为零.ΣMi=03.3力的平移定理：如图示。由一般力学概念可知，通常力是不可被平移的.如需要将力平移而不改变它对刚体作用效果，需要引出一个附加力偶，附加力偶矩为原力对其新作用点之力矩，转动方向决定于原力绕新作用点的旋转方向第四章：平面一般力系4.1平面一般力系的概念和实例：若作用在物体上的各力作用线处于同一平面之内,既全部互相不平行,也不汇交于一点,这样的力系称为平面一般力系这样的力系很常见,如小吊车类图示,有些力系虽本不是纯粹的平面力系，但通过合理简化后可以合理地转化为平面力系,如化工容器、平飞飞机等4.2平面一般力系向其作用面内任一点简化：如图所示,在平面任意力系作用平面中可根据方便原则任意选择一个简化中心,所有的力作用线可以向其平移,使其汇交到一点上,然后利用力沿作用线移动的原理形成一个汇交力系,这样就形成一个平面汇交力系和一个平面力偶系,然后分别对平面汇交力系和力偶系进行合成.一般合成的结果为一个合力R’(称”主矢”,是汇交力系的矢量和)和一个合力偶矩M*o(称为原力对简化中心的”主矩”,是附加力偶矩的代数和)R’=F1+F2+…+Fn=ΣF，M*O=MO(F1)+MO(F3)+MO(F3)+…+MO(Fn)=ΣMO(F)4.3平面一般力系简化结果分析、合力矩定理：力系简化的结果如下:1.主矢和主矩都为零:表示原力系为一平衡力系.2.主矢不为零但主矩为零:表示原力系可合成一作用于简化中心的主矢量3.主矢为零但主矩不为零:表示原力系可合成一合力偶，它与简化中心无关4.主矢和主矩都不为零：可进一步经移动作用线位置最终简化为一个合力合力矩定理表述为：平面力系的合力对其作用面内任意点的矩等于各分力对同点之矩的代数和第四章：平面一般力系……4.4平面一般力系的平衡条件和平衡方程：显然平衡条件；R’=0M*O(F)=0如需R’=0显然要ΣX=0和ΣY=0(称”投影方程”)，基本”一力矩”平衡方程为ΣX=0，ΣY=0，ΣMO(F)=0(常称”力矩方程”,可简写为ΣMO=0)二力矩方程:ΣX=0，ΣMA=0,ΣMB=0(A,B连线不可垂直于X轴)三力矩方程:ΣMA=0,ΣMB=0ΣMC=0(A,B,C三点不共线)▲解题步骤:1.确定研究对象,取适当的物体作分离体并作出受力图—判断是何受力系统2.建适当的坐标系,列平衡方程--应注意方便程度!并判断是否有解3.解平衡方程,求出需要的未知量—尽量使用一个方程求解一个未知量,此时,力矩方程一般比投影方程要方便,所以,尽量先选择力矩方程.▲例题:已知：P=40000NQ=10000N求：拉杆的拉力和铰链的约束反力。旋转式吊车结构如图。已知：P=10000NQ=40000N求：固定铰链A和活动铰链B的约束反力。需要注意的有关问题:1.受均匀分布载荷集度的梁其合力的作用点位于承载部分的中心点上,其大小为承载长度乘以载荷集度2.力偶在任何轴上投影都等于零3.注意对静定与静不定、物系问题、考虑摩擦力静力平衡问题的解法说明第五章：空间力系的简介5.1空间力系的概念以及力沿着坐标轴的分解投影：空间力F在在三维坐标系上投影分解如图示。5.2力对轴的矩：平面问题时研究力对点的矩，空间问题时需研究力对轴的矩——如图示，Z分力对z轴不产生转动效应，也就是没有力矩，F‘对z轴的力矩为F‘d。因此，在力学中把空间力F在垂直于转动轴平面上的分力F’对于转轴与平面交点o的矩，加以正负号后称为F对z轴的矩：Mz(F)=MO(F＇)=±Fd±号的决定方法为右手螺旋法则：用四指沿力F‘绕z轴转动方向握z轴，如拇指的指向和轴的正向一致，定义该力矩为正，反之为负合力矩定理：合力对某轴矩等于各分力对同轴矩代数和。Mz(R)=ΣMz(F）力对轴矩的解析表达式：如图所示5.3空间一般力系平衡条件：其平衡方程为如图示，平衡方程有六个，所以，可以求解独立的六个未知量。第六章：材料力学的基本概念6.1材料力学的任务：对构件进行强度、刚度和稳定性分析和计算，在保证构件可以正常、安全地工作前提下最经济地使用材料它不仅需要研究构件受力状态和变形之间的关系，还要研究材料在不同条件下的机械性质（有时也称“力学性质”）6.2变形体的性质和基本假设：静力学中研究刚体而材料力学中研究变形体变形体—材力中研究的物体都是变形体。弹性—去除外力后其变形完全或部分恢复原形状的性质，该变形叫弹性变形塑性—物体产生较大不可恢复变形的性质，其不可恢复的变形叫塑性变形材料力学主要研究物体在弹性阶段受力性质，因此特作如下假设：1.材料均匀连续假设:材料各处性质都相同、无空隙均匀填充整个几何容积2.材料各向同性假设：材料各方向上都具有同样的力学性质3.小变形假设:物体几何形状及尺寸改变与其总尺寸比较是很微小的6.3构件及杆件变形的基本形式：构件主要有杆,板和壳,这里主要研究杆杆—其长度远大于横向尺寸.由轴线的直曲分直杆和曲杆,其后主要研究直杆主要变形形式:拉伸与压缩,剪切,扭转,弯曲.强度：金属材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力称为强度。按外力作用的性质不同，主要有屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等刚度是指零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。零件的刚度（或称刚性）常用单位变形所需的力或力矩来表示，刚度的大小取决于零件的几何形状和材料种类（即材料的弹性模量）。刚度要求对于某些弹性变形量超过一定数值后，会影响机器工作质量的零件尤为重要，如机床的主轴、导轨、丝杠等。稳定性：不同的实际问题定义不同。如：压杆稳定外力，内力和应力第七章：拉伸与压缩7.1拉伸与压缩的概念与实例：7.2直杆横截面上内力和应力：杆件受外力拉(压)时,内部各分子间产生拉(压)力抵抗形变,该力作用在杆内部,称杆的”内力”,内力存在于所有外力传过的截面.为研究内力,常在有内力的地方假想用一截面mn将其截断,暴露出内力S,利用平衡条件可求出内力S(称”轴力”)的大小,如图示,符号规定拉伸为正值,压缩为负值轴力图:有时杆各段截面面积和受外力都可能有差异，因此不同轴段轴力可有所不同。为清楚表示各段轴力的差异，可以绘制如图示的轴力图第七章：拉伸与压缩例：已知F1=10KN,F2=