工程力學(xué)第三章講解課件有限公司匯報人：XX目錄第一章工程力學(xué)基礎(chǔ)概念第二章受力分析與計算第四章應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系第三章結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析第六章疲勞與斷裂理論第五章梁的彎曲理論工程力學(xué)基礎(chǔ)概念第一章力學(xué)的定義和分類力學(xué)是研究物體運動規(guī)律及其與力之間關(guān)系的科學(xué)，是工程學(xué)的基礎(chǔ)。力學(xué)的定義動力學(xué)探討物體運動狀態(tài)變化的原因，包括牛頓運動定律和能量守恒定律等內(nèi)容。動力學(xué)靜力學(xué)研究物體在力的作用下處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運動狀態(tài)的條件和規(guī)律。靜力學(xué)流體力學(xué)專注于流體（液體和氣體）的運動規(guī)律，是水利工程和航空工程的重要分支。流體力學(xué)01020304靜力學(xué)基礎(chǔ)力是物體間相互作用的量度，可以改變物體的運動狀態(tài)或形狀。01力的基本概念根據(jù)作用效果，力可分為拉力、壓力、剪力、彎矩等。02力的分類物體處于靜止或勻速直線運動狀態(tài)時，作用在物體上的所有力的矢量和為零。03力的平衡條件力可以分解為兩個或多個分力，分力的矢量和等于原力。04力的分解與合成力矩是力與力臂的乘積，力偶是大小相等、方向相反、作用線不同的兩個力。05力矩與力偶材料力學(xué)性質(zhì)彈性模量是衡量材料抵抗形變能力的重要參數(shù)，如鋼材的彈性模量通常在200GPa左右。彈性模量01屈服強(qiáng)度指材料開始發(fā)生塑性變形時的應(yīng)力值，例如鋁合金的屈服強(qiáng)度約為250MPa。屈服強(qiáng)度02斷裂韌性表征材料抵抗裂紋擴(kuò)展的能力，例如高強(qiáng)度鋼的斷裂韌性可達(dá)到100MPa√m以上。斷裂韌性03受力分析與計算第二章受力圖的繪制在繪制受力圖之前，首先要明確分析對象，即確定哪個物體或結(jié)構(gòu)將被分析受力情況。確定受力物體識別出作用在物體上的所有力，包括重力、支撐力、摩擦力、拉力等，并標(biāo)注力的方向和作用點。識別作用力使用箭頭表示力的大小和方向，將所有識別出的力以矢量形式準(zhǔn)確地繪制在受力圖上。繪制力的矢量圖根據(jù)力的平衡原理，確保繪制的受力圖中所有力的矢量和為零，以反映物體的靜力平衡狀態(tài)。考慮力的平衡力的合成與分解01力可以用矢量表示，包括大小、方向和作用點，是進(jìn)行力的合成與分解的基礎(chǔ)。02當(dāng)多個力作用在同一直線上時，可以使用代數(shù)方法將它們合成一個合力。03對于不在同一直線上的力，需利用力的矢量三角形或力多邊形法則進(jìn)行合成。04力的分解是將一個力分解為兩個或多個分力，通常根據(jù)實際問題的需要進(jìn)行。05例如，在橋梁設(shè)計中，工程師需要將載荷分解為垂直和水平分力，以確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。力的矢量表示平行力的合成非平行力的合成力的分解原理力的分解應(yīng)用實例力系的簡化通過合成與分解，可以將復(fù)雜力系簡化為更易于分析的基本力系，如將多個力合成一個合力。力的合成與分解當(dāng)力系中的所有力都平行時，可以簡化為一個合力，其大小等于各力的代數(shù)和，作用線與原力系相同。平行力系的簡化力矩是力與力臂的乘積，通過計算力矩可以簡化力系，確定力對某一點的旋轉(zhuǎn)效應(yīng)。力矩的概念及其計算結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析第三章結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性原理能量法通過計算結(jié)構(gòu)的勢能變化來判斷其穩(wěn)定性，是一種有效的理論分析方法。能量法分析臨界載荷是指使結(jié)構(gòu)從穩(wěn)定平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴环€(wěn)定平衡狀態(tài)的最小載荷，是穩(wěn)定性分析的關(guān)鍵。臨界載荷的概念結(jié)構(gòu)在受力后可能處于穩(wěn)定、中性或不穩(wěn)定平衡狀態(tài)，需通過分析確定其穩(wěn)定性。平衡狀態(tài)的分類穩(wěn)定性計算方法能量法通過計算結(jié)構(gòu)的勢能變化來判斷其穩(wěn)定性，是分析結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的經(jīng)典方法之一。能量法實驗測試法通過物理模型或?qū)嶋H結(jié)構(gòu)的加載實驗，直接測量結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性能和臨界載荷。實驗測試法數(shù)值分析法利用計算機(jī)模擬，通過迭代計算來預(yù)測結(jié)構(gòu)在不同載荷下的穩(wěn)定狀態(tài)。數(shù)值分析法穩(wěn)定性案例分析上海環(huán)球金融中心在設(shè)計時，通過精確計算和模擬，確保了其在強(qiáng)風(fēng)和地震作用下的穩(wěn)定性。塔式建筑的傾覆塔科馬海峽大橋因風(fēng)振效應(yīng)導(dǎo)致的失穩(wěn)坍塌，成為工程力學(xué)中研究結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要案例。橋梁結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)在航天器發(fā)射過程中，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析確保了其在極端溫度和壓力變化下的安全。航天器發(fā)射的穩(wěn)定性應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系第四章應(yīng)力的概念和分類應(yīng)力是單位面積上的內(nèi)力，描述了材料內(nèi)部抵抗外力作用的能力。應(yīng)力的定義根據(jù)應(yīng)力作用方向，應(yīng)力狀態(tài)可分為單向、雙向和三向應(yīng)力狀態(tài)。應(yīng)力狀態(tài)的分類正應(yīng)力垂直于截面，如拉伸或壓縮；剪應(yīng)力則平行于截面，如扭轉(zhuǎn)或剪切。正應(yīng)力與剪應(yīng)力應(yīng)變的概念和分類體積應(yīng)變是指物體體積變化與原始體積之比，反映了物體在三維空間內(nèi)的膨脹或壓縮情況。線應(yīng)變描述物體長度的變化，而剪切應(yīng)變則描述物體形狀的扭曲程度。應(yīng)變是物體在外力作用下發(fā)生的形變與原始尺寸之比，是無量綱的物理量。應(yīng)變的定義線應(yīng)變與剪切應(yīng)變體積應(yīng)變應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系胡克定律描述了彈性區(qū)域內(nèi)應(yīng)力與應(yīng)變的線性關(guān)系，即應(yīng)力與應(yīng)變成正比。胡克定律01在單向拉伸或壓縮時，材料橫向尺寸會發(fā)生變化，泊松比是描述這種橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變關(guān)系的參數(shù)。泊松效應(yīng)02屈服點是材料開始發(fā)生塑性變形的應(yīng)力值，強(qiáng)度極限則是材料能承受的最大應(yīng)力，超過此值材料會斷裂。屈服點和強(qiáng)度極限03梁的彎曲理論第五章梁的受力特點剪力與彎矩分布梁在受載時，剪力和彎矩沿梁長度方向變化，最大值出現(xiàn)在支點和載荷作用點附近。0102中性軸與應(yīng)力分布梁的中性軸是不發(fā)生伸縮的軸線，應(yīng)力分布呈現(xiàn)線性變化，最大應(yīng)力出現(xiàn)在最外層纖維。03梁的變形特征由于彎矩作用，梁會產(chǎn)生彎曲變形，變形程度與材料的彈性模量和截面慣性矩有關(guān)。彎曲應(yīng)力計算中性軸的概念中性軸是梁彎曲時不受拉伸或壓縮的軸線，其位置對計算彎曲應(yīng)力至關(guān)重要。材料力學(xué)性質(zhì)的影響不同材料的彈性模量和屈服強(qiáng)度會影響其在相同載荷下的彎曲應(yīng)力分布和大小。彎曲應(yīng)力公式最大彎曲應(yīng)力點根據(jù)梁的彎曲理論，彎曲應(yīng)力可以通過公式σ=M*y/I計算，其中M為彎矩，y為距離中性軸的距離，I為慣性矩。梁的最大彎曲應(yīng)力發(fā)生在離中性軸最遠(yuǎn)的纖維處，通常在梁的上下表面。梁的變形分析梁的轉(zhuǎn)角分析梁的轉(zhuǎn)角是指梁在受力后沿其軸線方向發(fā)生的旋轉(zhuǎn)角度，與撓度一起描述梁的變形狀態(tài)。梁的變形與材料性質(zhì)不同材料的彈性模量和泊松比會影響梁的變形特性，是工程設(shè)計中必須考慮的因素。梁的撓度計算撓度是指梁在受力后沿垂直于其軸線方向發(fā)生的位移，是衡量梁變形程度的重要指標(biāo)。梁的應(yīng)力分布通過分析梁的應(yīng)力分布，可以了解梁在不同截面上的受力情況，為設(shè)計提供理論依據(jù)。疲勞與斷裂理論第六章疲勞現(xiàn)象的解釋在重復(fù)加載和卸載的循環(huán)應(yīng)力作用下，材料內(nèi)部產(chǎn)生微觀裂紋，逐漸擴(kuò)展導(dǎo)致疲勞破壞。循環(huán)應(yīng)力下的材料損傷通過S-N曲線等模型，可以預(yù)測材料在特定應(yīng)力水平下的疲勞壽命，為工程設(shè)計提供依據(jù)。疲勞壽命的預(yù)測模型材料在循環(huán)應(yīng)力作用下，初始微小裂紋會逐漸擴(kuò)展，最終形成宏觀可見的疲勞裂紋。疲勞裂紋的形成與擴(kuò)展斷裂機(jī)理分析裂紋擴(kuò)展是材料斷裂的關(guān)鍵過程，涉及裂紋尖端應(yīng)力場和材料微觀結(jié)構(gòu)的相互作用。裂紋擴(kuò)展機(jī)制腐蝕性環(huán)境會加速裂紋擴(kuò)展，如應(yīng)力腐蝕和氫脆，對斷裂機(jī)理分析至關(guān)重要。環(huán)境因素影響在循環(huán)載荷作用下，材料表面或內(nèi)部會產(chǎn)生微小裂紋，這是疲勞斷裂的起始點。疲勞裂紋萌生通過斷裂韌性測試，可以評估材料抵抗裂紋擴(kuò)展的能力，是斷裂機(jī)理分析的重要實驗手段。斷裂韌性測試01020304疲勞與斷裂