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1、工 程 力 学C CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY 课 程 简 介 工程力学工程力学 理论力学理论力学 材料力学材料力学 运动学运动学 静力学静力学 动力学动力学 不学 不学 80学时 =20学时（ 静力学 ）+50学时（ 材料力学 ） 学时分配： +10学时（材料力学实验 ） CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY 教材 工程力学 单祖辉 谢传锋 编 1、工程力学（）范钦珊 主编 高等教育出版社 2、工程力学静力学 北京科大主编 高等教育出版社 3、工程力学材料力学 北京科大主编 高等教育出版社 建
2、议选用的参考书 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY 成 绩 计 算 考试：70% 平时：30% （出勤 + 作业） CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY 听课容易，做题难。 作业多，作图多。（45题/每次课） 作业要求： 每周交一次，每人准备两个练习本； 作业中图必须用作图工具（尺、圆规等）； 作业记平时成绩。 课程特点： CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY 理论力学： 研究物体在外力作用下的运动效应，外效应。 研究的物体 刚体 研究的物体 可变形体 确
3、定：外力（载）计算，运动规律。 变形：在载荷的作用下，物体的形状、尺寸的变化。 材料力学是研究作用在物体上的力与变形之间的关系及与 之相关的力学问题。 材料力学： 研究物体在外力（载荷）作用下的变形效应， 内效应。 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY 力学是一门怎样的学科？力学是一门怎样的学科？ 一方面： 基础课程研究自然界普遍存在的机械运动的规律。 是自然科学的重要组成部分。 另一方面： 力学是许多应用科学的基础。 航空航天、建筑交通、能源工程、机械工程 材料科学、环境工程、生物医学等 都需要力学。 力学是工科大学生必须了解和掌握的一门学科。
4、CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY 工程与工程力学 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY 航空航天 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY 民民 用用 航航 空空 飞飞 机机 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY 疲疲 劳劳 引引 起起 的的 破破 坏坏 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY 桥梁结构 二 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND
5、TECHNOLOGY 古代建筑结构 2200年以前建造的都江堰安澜索桥 1-1 、工程应用 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY 垮塌后的彩虹桥垮塌后的彩虹桥 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY 简单力学问题 大部队过桥时不能齐步走 高力学问题等 冲击载荷的概念： 人跑步时脚上的力量有多大？ 损伤累积与结构寿命 与跑步的次数有关 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY 人跑步
6、时脚上的力量有多大？人跑步时脚上的力量有多大？ 脚上的力量脚上的力量 假设人体重量为750N 3000N 3500N 4500N 6000N 12500N CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY 我国的我国的 长征火箭家族长征火箭家族 长征三号乙运载火箭发射成功长征三号乙运载火箭发射成功 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY 载载 人人 飞飞 船船 ( (Manned Spacecraft) Manned Spacecraft) 交会（交会（Rendezvous) Rendezvous) 对接（对接（Do
7、cking) Docking) CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY 和平号空间站和平号空间站 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY H 高速列车 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY 我国的我国的 长征火箭家族长征火箭家族 长征三号乙运载火箭发射成功长征三号乙运载火箭发射成功 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY 载载 人人 飞飞 船船 ( (Manned Spacecraft) Manned Spacecra
8、ft) 交会（交会（Rendezvous) Rendezvous) 对接（对接（Docking) Docking) CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY 和平号空间站和平号空间站 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY H 高速列车 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY 建于辽代（1056年）的山西应县佛宫寺释迦塔 塔高9层共67.31米，用木材7400吨 900多年来历经数次地震不倒，现存唯一木塔 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND
9、 TECHNOLOGY H海洋石油钻井平台 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY H H 核电站的热核反应堆核电站的热核反应堆 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY H 计算机硬盘驱动器 l给定不变的角 加速度，从启动 到正常运行所需 的时间以及所需 经历的转数。 l已知转台的质 量及其分布，当 驱动器到达正常 运行所需角速度 时，驱动马达的 功率如何确定? CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY 爆破时烟囱怎样倒塌 CHINA UNIVERSITY OF M
10、INING AND TECHNOLOGY 另外力学在生物工程中的应用： 仿生学 植牙、假肢 另外力学在化工工程中的应用： 化工机械 流体力学 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY 身边的力学： 打乒乓球时为什么能打出旋球？ 划船时为什么必须两边同时用力？ 不倒翁为什么不倒？ 洗脸盆的水为什么逆时针流下去？ CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY P2 P1 AB P b e a l 引例 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY 三、研究方法 在力学中主要采用的方
11、法：抽象化；数学的演绎推理。 实践（实验） 综合、归纳、抽象化 建立基本概念及公理 数学的演绎、推理 结论和定理 形成理论体系 返回实践检验 抽象化： 将实际问题变成一个能在现有条件下可以 分析的问题 建立理想化的力学模型 如： （1）研究其上下运动时可视 为一质点； （2）研究其水平面内转动时 需视为圆盘。 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY 四、学习工程力学的目的四、学习工程力学的目的 为解决工程实际问题打下一定的基础。 有助于培养正确的分析问题和解决问题的能力，为 今后解决生产实际问题，从事科学研究工作打下基础 。 为学好后续力学课程做好准
12、备。 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY 第一篇 静力学 物体的受力分析 力系的等效替换（或简化） 建立各种力系的平衡条件 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY 静力学基本概念 静力学公理 约束和约束反力 结论与讨论 物体的受力分析和受力图 第第1 1章章 静力学基本概念和物体的受力分析静力学基本概念和物体的受力分析 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY 1-1 静力学基本概念 一. 刚体的概念 刚体是抽象化的力学模型 理论力学研究的物体都是刚体 刚体力学
13、 静力学刚体静力学 在力的作用下，其内部任意两点之间的距离始终保 持不变。 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY 刚 体 与 变 形 体 模 型 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY F F F F F F F F 刚刚 体体 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY 变变 形形 体体 F F F F F F F F CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY 实际物体能否简化为刚体，主要取决于所研究问题的性质。 变形体
14、刚 体 1-1 1-1 静力学基本概念静力学基本概念 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY 二. 平衡的概念 平衡是指物体相对于惯性参考系保持静止或作匀 速直线运动。 平衡是物体运动的一种特殊形式。 我们常把固结在地球上的参考系视为惯性参考系我们常把固结在地球上的参考系视为惯性参考系 ，这样比如桥梁、机床的床身、作匀速直线飞行，这样比如桥梁、机床的床身、作匀速直线飞行 的飞机等等，均可看作处于平衡状态。的飞机等等，均可看作处于平衡状态。 1-1 静力学基本概念 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY 三.
15、 力的概念 力是物体间相互的机械作用，这种作用使物体的 机械运动状态发生变化。 作用效应： （1）使物体的运动状态发生改变运动效应或外效 应，如位置、速度、加速度等（理力）； （2）使物体发生变形变形效应或内效应（材力） 作用方式： （1）直接接触作用； （2）间接作用，如磁场、电场、重力场等。 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY 力的三要素及其表示： 力的作用线 A F （1）力的大小， （2）力的方向， （3）力的作用点。 力的三要素： （定位矢量或固定矢量） F F0 可用一矢量表示FF F = = F F F F 0 0 力的单位 N（牛
16、顿）、kN（千牛） CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY 1-1 静力学基本概念 力的分类 按作用力分布的面积: 集中力:力的作用集中于一点； 分布力:物体间的作用力分布在一定 的面积或体积上。 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY 集 中 力分 布 力 1-1 静力学基本概念 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY 1. 力系的分类 按力系中各力在空间的位置分为： 平面力系 力系中各力的作用线都在同一个平面内； 空间力系 力系中各力的作用线在空间分布的力系。 平面力系 汇交力系：各力的作用
