工程力學(xué)EngineeringMechanics華中科技大學(xué)力學(xué)系

工程師的思維能力受益于力學(xué)的思維方式，工程師的實踐能力依賴于深厚的力學(xué)基礎(chǔ)。工程師不能“有術(shù)（專業(yè)）無力（力學(xué)）”第一章緒論一、什么是力學(xué)二、力學(xué)與工程五、最基本概念--力和運動四、學(xué)科分類三、力學(xué)課程與研究型思維一、什么是力學(xué)?是各技術(shù)工程學(xué)科的重要理論基礎(chǔ)，是溝通自然科學(xué)基礎(chǔ)理論與工程實踐的橋梁。所闡述的規(guī)律帶有普遍性，是一門基礎(chǔ)科學(xué)。直接服務(wù)于工程,又是一門技術(shù)科學(xué)。力學(xué)是研究物質(zhì)機械運動規(guī)律的科學(xué)。墨子：“力，形之所以奮也”。（公元前4世紀(jì)）

力是物體為什么改變其狀態(tài)的原因。

機械、結(jié)構(gòu)等受力如何？如何運動？如何變形？破壞？如何控制設(shè)計？其目的是：

了解工程系統(tǒng)的性態(tài)并為其設(shè)計提供合理的規(guī)則工程力學(xué)（或者應(yīng)用力學(xué)）是:將力學(xué)原理應(yīng)用實際工程系統(tǒng)的科學(xué)。性態(tài)規(guī)則工程力學(xué)是各技術(shù)工程學(xué)科的重要理論基礎(chǔ)，是溝通自然科學(xué)基礎(chǔ)理論與工程實踐的橋梁。

二、力學(xué)與工程工程設(shè)計對象機械、結(jié)構(gòu)、器件性能好重量輕成本低不懈的追求升力？空氣動力？控制？減振降噪？安全？快速？舒適？力學(xué)與工程緊密結(jié)合。問題從工程中來，成果到工程中去。如何飛？例如氣球飛艇飛機超音速航天飛機大型汽輪機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的破壞：

軸葉輪

疲勞斷裂破壞

轉(zhuǎn)子軸疲勞開裂

疲勞斷裂破壞葉片擊穿廠房臺南高屏大橋斷裂2000年8月27日下午3時20分，臺灣南部高屏大橋斷裂，大橋中間下陷部分長達(dá)100米。17輛車墜河，22人受傷。采沙過度，河面沉降10余米，橋墩先斷裂。2000年７月25日，法航協(xié)和式客機墜毀，113人死亡。地面鐵條使輪胎爆裂，碎片侵入發(fā)動機。結(jié)構(gòu)的破壞試驗：汽車碰撞飛機整機結(jié)構(gòu)強度實驗機翼破壞實驗機身結(jié)構(gòu)強度實驗上海東方電視塔高300m球徑45m抗震模型試驗（破壞部位、破壞形式、抗震能力）建筑物控制爆破三、力學(xué)課程與研究型思維研究型思維—創(chuàng)新之端力學(xué)課程--啟迪研究型思維之最佳載體(之一)工程師的思維能力受益于力學(xué)的思維方式，工程師的實踐能力依賴于深厚的力學(xué)基礎(chǔ)。工程師不能“有術(shù)（專業(yè)）無力（力學(xué)）”力學(xué)是培養(yǎng)研究型思維的最佳載體力學(xué)悠久的歷史，豐富的成果，永恒的活力,為人類社會的科技進(jìn)步作出了重要的貢獻(xiàn)。2000年，美國三十幾個專業(yè)工程協(xié)會評出20世紀(jì)對人類影響最大的20項技術(shù)：電力系統(tǒng)技術(shù)：葉輪機效率1/3，省電費$3000億。2.汽車制造技術(shù)：發(fā)動機效率1/3，省燃料$2000億。力學(xué)的進(jìn)步3.航空技術(shù)11.航天技術(shù)每一重大進(jìn)展都與力學(xué)的新突破密切相關(guān)。力學(xué)有一大批偉大科學(xué)家，這些大家的實踐與成就，是啟迪我們的科學(xué)研究思維的無盡源泉。阿基米德、伽利略、牛頓、達(dá)朗貝爾、拉格朗日、拉普拉斯、歐拉、愛因斯坦周培源、郭永懷、錢學(xué)森、錢偉長、錢令希“善于從錯綜復(fù)雜的自然現(xiàn)象、科學(xué)實驗結(jié)果和工程技術(shù)實踐中抓住事物的本質(zhì)，提煉成力學(xué)模型，采用合理的數(shù)學(xué)工具，分析掌握自然現(xiàn)象的規(guī)律，進(jìn)而提出解決工程技術(shù)問題的方案，最后再和觀察或?qū)嶒灲Y(jié)果反復(fù)校核直到接近為止的科學(xué)研究方法”。實踐中形成了最適于啟迪研究型思維課程任務(wù)基本概念、基本理論、基本方法研究型思維培養(yǎng)研究型思維，要注意什么？基礎(chǔ)與技術(shù)科學(xué)雙重屬性物理、幾何意義清晰走向技術(shù)領(lǐng)域的先導(dǎo)力學(xué)注重物理、幾何意義的探究？力學(xué)分析問題完成任務(wù)答案背景？提法合理否？一般性/特殊性？物理意義？幾何意義？結(jié)論隨問題參數(shù)的變化？結(jié)論的正確性條件？假設(shè)、模型、方法的適用性及限制？四學(xué)科分類靜力學(xué)：研究力系或物體的平衡問題，不涉及物體運動狀態(tài)改變；如飛機停在地面或巡航。運動學(xué)：研究物體如何運動，不討論運動與受力的關(guān)系；如飛行軌跡、速度、加速度。動力學(xué)：研究力與運動的關(guān)系。如何提供加速度？按運動與否分：返回主目錄按研究對象分：一般力學(xué)：對象是剛體。研究力及其與運動的關(guān)系。有理論力學(xué)，分析力學(xué)等。流體力學(xué)：對象是氣體和液體。有水力學(xué)、空氣動力學(xué)等。固體力學(xué)：對象是可變形固體。研究強度、變形、破壞等。有材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué)、塑性力學(xué)、斷裂、疲勞等。

(理論分析、實驗和數(shù)值計算)有實驗力學(xué)、計算力學(xué)二個方面的分支。按研究手段分：

有飛行力學(xué)、船舶結(jié)構(gòu)力學(xué)、巖土力學(xué)等。按應(yīng)用領(lǐng)域分：返回主目錄力學(xué)既要研究力，又要研究運動，還要將力和運動二者聯(lián)系起來。力是物體間的相互作用。1.力：直接接觸的物體，通過接觸表面的相互作用。如物體間壓力等。表面力分布作用在接觸面上。表面力非直接接觸物體間的相互作用。如物體重力、慣性力、電場力、磁場力等。體積力分布作用在物體整個體積內(nèi)，與質(zhì)量有關(guān)。體積力五最基本概念--力和運動返回主目錄2.運動：是力(力系)作用的結(jié)果。有兩種效應(yīng)：物體空間位置隨時間的變化。如飛機在空中飛行，復(fù)雜的運動。運動—（外效應(yīng)）物體自身形狀的局部畸變。如機翼、機身結(jié)構(gòu)的變形。變形—（內(nèi)效應(yīng)）3.力與運動之關(guān)系的研究，屬于動力學(xué)。是動力學(xué)基本方程。注意F、a是矢量。牛頓第二定律:物體運動狀態(tài)的改變(dv/dt=a)與作用于其上的力成正比，并發(fā)生于該力的作用線上。力與變形之關(guān)系，是與材料有關(guān)的物理行為。4.力與固體的變形之關(guān)系的研究,屬固體力學(xué)。特別地，若物體的運動狀態(tài)不發(fā)生改變（a=0）,則稱物體處于平衡。返回主目錄提出問題，選擇有關(guān)的研究系統(tǒng)。對系統(tǒng)進(jìn)行抽象與簡化，建立力學(xué)模型。利用力學(xué)原理進(jìn)行分析、推理，得出結(jié)論與已知結(jié)論相比較，或由實驗進(jìn)行驗證。確認(rèn)或進(jìn)一步改善模型，深化認(rèn)識工程力學(xué)解決問題的一般方法，類似于一般科學(xué)研究的普遍方法，可歸納為：建立力學(xué)模型是最關(guān)鍵的。(需要知識和經(jīng)驗)模型包括材料性能、載荷、約束、幾何形狀等真實情況的理想化和簡化。工程力學(xué)的一般研究方法返回主目錄材料模型變形體模型剛體模型汽車通過輪胎作用在橋面上的集中力模型載荷模型橋面板作用在鋼梁的分布力模型例如，研究工程構(gòu)件（如桿、梁、軸等）時，先將其理想化為剛體，研究其上的受力和運動；建立力學(xué)模型是最關(guān)鍵的。(需要知識和經(jīng)驗)研究不同的問題，采用不同的模型。好的模型，既能使問題的求解簡化，又能使結(jié)果基本符合實際情況，滿足精度。若進(jìn)一步考慮材料的塑性，可研究其彈—塑性行為。就會得到更進(jìn)一步的啟發(fā)。再將其視為變形體，并假定變形是彈性的，研究在載荷作用下構(gòu)件的彈性變形；返回主目錄(3)應(yīng)用平衡條件解決工程中的各種問題。(2)平衡條件—建立物體處于平衡狀態(tài)時，作用在其上各力組成的力系所應(yīng)滿足的條件。(1)受力分析—分析作用在物體上的各種力弄清被研究對象的受力情況?；締栴}：返回主目錄工程力學(xué)是工科學(xué)生由基礎(chǔ)理論過渡到專業(yè)基礎(chǔ)的一門技術(shù)基礎(chǔ)課程。通過本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握力、力偶、約束等基本概念和力系的簡化/平衡等剛體靜力學(xué)的基本理論與方法；了解材料的基本力學(xué)性能；掌握應(yīng)力、應(yīng)變等基本概念；具有桿件強度、剛度問題的基本分析和計算能力。在培養(yǎng)理論分析和實踐能力的同時，以課程為載體，應(yīng)努力注重培養(yǎng)學(xué)