工業(yè)產(chǎn)品靜力學(xué)設(shè)計教師：鄧武：辦公室：工程北樓334參考書：?理論力學(xué)?(高等教育出版社哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室主編) ?精通MATLAB?電子工業(yè)出版社葛哲學(xué)編著?ADAMS實例教程?北京理工大學(xué)出版社李軍編學(xué)習(xí)方式：課內(nèi)+課外上課方式：每次課布置作業(yè)下一次課先請每個組派代表上來介紹作業(yè)情況，老師再講新課考核：作業(yè)〔個人〕，作業(yè)講述〔小組〕，閉卷考查〔個人〕力學(xué)總體介紹通常理解的力學(xué)，是指一切研究對象的受力和受力效應(yīng)的規(guī)律及其應(yīng)用的學(xué)科的總稱。人類早期的生產(chǎn)實踐活動是力學(xué)最初的起源。什么是力學(xué)？物理學(xué)的建立是從力學(xué)開始的，當物理學(xué)擺脫了這種機械(力學(xué))的自然觀而獲得健康開展時，力學(xué)那么在工程技術(shù)的推動下按自身邏輯進一步演化。最終，力學(xué)和物理學(xué)各自開展成為自然學(xué)科中兩個相互獨立的、自成體系的學(xué)科分類。在力學(xué)與物理學(xué)之間不存在隸屬關(guān)系。按研究對象的物態(tài)進行區(qū)分，力學(xué)可以分為固體力學(xué)和流體力學(xué)。根據(jù)研究對象具體的形態(tài)、研究方法、研究目的的不同，固體力學(xué)可以分為理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué)、板殼力學(xué)、塑性力學(xué)、斷裂力學(xué)、機械振動、聲學(xué)、計算力學(xué)、有限元分析等等，流體力學(xué)包含流體力學(xué)、流體動力學(xué)等等。根據(jù)針對對象所建立的模型不同，力學(xué)也可以分為質(zhì)點力學(xué)、剛體力學(xué)和連續(xù)介質(zhì)力學(xué)。連續(xù)介質(zhì)通常分為固體和流體，固體包括彈性體和塑性體，而流體那么包括液體和氣體。力學(xué)學(xué)科是如何劃分的？許多帶“力學(xué)〞名稱的學(xué)科，如熱力學(xué)、統(tǒng)計力學(xué)、相對論力學(xué)、電動力學(xué)、量子力學(xué)等，在習(xí)慣上被認為是物理學(xué)的其它分支，不屬于力學(xué)的范圍。研究宏觀物體運動規(guī)律的科學(xué)

物體的空間位形隨時間的變化，包括靜止、移動、轉(zhuǎn)動、振動、變形、流動、波動、擴散等。力學(xué)Mechanics

力學(xué)研究對工業(yè)產(chǎn)品的意義

渤海一鉆井平臺傾斜靜力學(xué)：研究物體的受力分析、力系的等效替換〔或簡化〕、建立各種力系的平衡條件的科學(xué)。1、物體的受力分析：分析物體〔包括物體系〕受哪些力，每個力的作用位置和方向，并畫出物體的受力圖。2、力系的等效替換〔或簡化〕：用一個簡單力系等效代替一個復(fù)雜力系。3、建立各種力系的平衡條件：建立各種力系的平衡條件，并應(yīng)用這些條件解決靜力學(xué)實際問題。剛體靜力學(xué)的基礎(chǔ)動力學(xué)的基礎(chǔ)工程設(shè)計的基礎(chǔ)研究剛體靜力學(xué)的意義1．深入理解平衡、約束等重要概念。2．掌握從物理模型中提取力學(xué)模型并建立數(shù)學(xué)模型的方法。3．學(xué)習(xí)平衡問題的力學(xué)特征和數(shù)學(xué)表達。4．正確運用計算工具Matlab，掌握多體系統(tǒng)平衡問題的解法。5.正確運用工具軟件ADAMS，掌握機械系統(tǒng)的建模方法。靜力學(xué)學(xué)習(xí)內(nèi)容及目標

課程要求準確理解根本概念熟練掌握根本定理并能靈活應(yīng)用物理理解與數(shù)學(xué)描述結(jié)合靜力學(xué)研究所用到的工具軟件

MATLAB是矩陣實驗室〔MatrixLaboratory〕的簡稱，是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術(shù)計算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大局部。用于靜力學(xué)研究時，主要利用其矩陣運算功能求解平衡方程組ADAMS，即機械系統(tǒng)動力學(xué)自動分析(AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystems)，該軟件是美國MDI公司(MechanicalDynamicsInc.)開發(fā)的虛擬樣機分析軟件，現(xiàn)已經(jīng)并入美國MSC公司。ADAMS軟件使用交互式圖形環(huán)境和零件庫、約束庫、力庫，創(chuàng)立完全參數(shù)化的機械系統(tǒng)幾何模型，其求解器采用多剛體系統(tǒng)動力學(xué)理論中的拉格郎日方程方法，建立系統(tǒng)動力學(xué)方程，對虛擬機械系統(tǒng)進行靜力學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)分析，輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線。力：物體間相互的機械作用，作用效果使物體的機械運動狀態(tài)發(fā)生改變。力的三要素：大小、方向、作用點。力是矢量。力系：一群力。平衡：物體相對慣性參考系〔如地面〕靜止或作勻速直線運動。靜力學(xué)重要概念力的效應(yīng)：內(nèi)效應(yīng)、外效應(yīng)力學(xué)模型質(zhì)點、質(zhì)點系、剛體、彈塑性體和流體等剛體：絕對不變形的物體，或物體內(nèi)任意兩點間的距離不改變的物體。

力學(xué)模型的圖示表達數(shù)學(xué)模型

矢量代數(shù)方程，常微分方程、偏微分方程求解方法

解析法、試驗、數(shù)值法變形體變形體對于塔吊和組成塔吊的每一根桿件剛體研究塔吊不致傾倒，確定所需配重F怎樣確定零件AB的受力？問題分類平面問題：結(jié)構(gòu)＋載荷空間問題：結(jié)構(gòu)＋載荷約束：對非自由體的位移起限制作用的物體。約束力：約束對非自由體的作用力。約束力大小——待定方向——與該約束所能阻礙的位移方向相反作用點——接觸處約束和約束力物體受力分析主動力與約束力：因與果中文名稱：自由度英文名稱：degreeoffreedom;degreesoffreedom定義：在一個未約束的動力或其他系統(tǒng)中，為了完全確定該系統(tǒng)在給定時刻的狀態(tài)所需要的獨立變量的個數(shù)。質(zhì)點自由度一個質(zhì)點在空間任意運動，需用三個獨立坐標〔x，y，z〕確定其位置。所以自由質(zhì)點有三個平動自由度i=3。剛體自由度一個剛體在空間任意運動時，可分解為質(zhì)心O’的平動和繞通過質(zhì)心軸的轉(zhuǎn)動，它既有平動自由度還有轉(zhuǎn)動自由度。確定剛體質(zhì)心O’的位置，需三個獨立坐標〔x，y，z〕—自由剛體有三個平動自由度t=3；

確定剛體通過質(zhì)心軸的空間方位──三個方位角〔α，β，γ〕中只有其中兩個是獨立的──需兩個轉(zhuǎn)動自由度；另外還要確定剛體繞通過質(zhì)心軸轉(zhuǎn)過的角度θ──還需一個轉(zhuǎn)動自由度。這樣，確定剛體繞通過質(zhì)心軸的轉(zhuǎn)動，共有三個轉(zhuǎn)動自由度r=3。所以，一個任意運動的剛體，總共有6個自由度，即3個平動自由度和3個轉(zhuǎn)動自由度，即i=t+r=3+3=6平面機構(gòu)自由度：一個剛體在平面可以由其上任一點A的坐標x和y，以及通過A點的直線AB與橫坐標軸的夾角等3個參數(shù)來決定，因此桿件具有3個自由度?？臻g機構(gòu)自由度：一個桿件剛體，在空間上完全沒有約束，那么它可以在3個正交方向上平動，還可以有三個正交方向的轉(zhuǎn)動，那么就有6個自由度。中文名稱：運動副英文名稱：kinematicpair定義：兩構(gòu)件直接接觸組成的可動連接。兩個構(gòu)件上參與接觸而構(gòu)成運動副的點、線、面等元素被稱為運動副元素。運動副有多種分類方法：按照運動副的接觸形式分類:面和面接觸的運動副在接觸局部的壓強較低，被稱為低副，而點線接觸的運動副稱為高副，高副比低副容易磨損。

按照相對運動的形式分類。構(gòu)成運動副的兩個構(gòu)件之間的相對運動假設(shè)是平面運動那么為平面運動副，假設(shè)為空間運動那么稱為空間運動副，兩個構(gòu)件之間只做相對轉(zhuǎn)動的運動副被稱為轉(zhuǎn)動副，兩個構(gòu)件之間只做相對移動的運動副稱為移動副。

按照運動副引入的約束分類。引入一個約束的運動副稱為一級副、引入兩個約束的運動副稱為二級副，還有三級，四級，五級副。

按照接觸局部的幾何形狀分類?？梢苑譃閳A柱副、平面與平面副、球面副、螺旋副等。運動副的表達約束增加，自由度就減少，機構(gòu)的自由度為組成桿件自由度之和減去運動副的約束。如果一個構(gòu)件組合體的自由度F>0，他就可以成為一個機構(gòu)，即說明各構(gòu)件間可有相對運動；如果F=0，那么它將是一個結(jié)構(gòu)〔structure〕，即已退化為一個構(gòu)件。約束與運動副工程常見的約束1、具有光滑接觸面〔線、點〕的約束〔光滑接觸約束〕光滑支承接觸對非自由體的約束力，作用在接觸處；方向沿接觸處的公法線并指向受力物體，故稱為法向約束力，用表示?；叟c銷釘FR2、由柔軟的繩索、膠帶或鏈條等構(gòu)成的約束柔索只能受拉力，又稱張力。用表示。FR柔索對物體的約束力沿著柔索背向被約束物體。膠帶對輪的約束力沿輪緣的切線方向，為拉力。3、光滑鉸鏈約束〔徑向軸承、圓柱鉸鏈、固定鉸鏈支座等〕〔1〕、徑向軸承〔向心軸承〕約束力：當不計摩擦?xí)r，軸與孔在接觸為光滑接觸約束——法向約束力。約束力作用在接觸處，沿徑向指向軸心。當外界載荷不同時，接觸點會變，那么約束力的大小與方向均有改變?？捎枚€通過軸心的正交分力表示。光滑圓柱鉸鏈，軸承

光滑圓柱鉸鏈約束特點：由兩個各穿孔的構(gòu)件及圓柱銷釘組成，如剪刀。鉸其中有作用反作用關(guān)系一般不必分析銷釘受力，當要分析時，必須把銷釘單獨取出。滾動支座球鉸鏈球股骨盆骨球窩盆骨與股骨之間的球鉸連接止推軸承滾珠(柱)軸承FRyFRx彈性約束機械式螺紋千斤頂

F怎樣確定A處的受力？怎樣確定D、E二處的受力？A怎樣確定A、B、G三處的受力？

分析比較兩種約束（1）光滑面約束——法向約束力（2）柔索約束——張力（3）光滑鉸鏈——球鉸鏈——空間三正交分力止推軸承——空間三正交分力（4）滾動支座——⊥光滑面〔5〕螺紋約束〔6〕復(fù)合約束被約束的自由度約束類型約束反力分析約束舉例1個移動(單向/雙向)2個移動(單向/雙向)3個移動(單向/雙向)1個轉(zhuǎn)動(單向/雙向)2個轉(zhuǎn)動(單向/雙向)3個轉(zhuǎn)動(單向/雙向)1個移動+1個轉(zhuǎn)動(單向/雙向)1個移動+2個轉(zhuǎn)動(單向/雙向)2個移動+1個轉(zhuǎn)動(單向/雙向)1個移動+3個轉(zhuǎn)動(單向/雙向)3個移動+1個轉(zhuǎn)動(單向/雙向)2個移動+2個轉(zhuǎn)動(單向