理 论 力 学 绪 论u航空航天技术材 料力 学信 息制 造Aerospace新能源应 用 实 例• 卫星主承力筒与太阳 帆板基板 – 模态响应 – 屈曲失稳 – 损伤容限 – 连接强度应 用 实 例• 固体火箭发动机 – 壳体 • 几何非线性 • 界面 • 检验规范 • 破坏准则 – 喷管 • 性能表征 • 结构完整性 • 可靠性应 用 实 例• 可膨胀展开大型空间结构 – 几何非线性 – 刚化与展开动力学 – 稳定性 – 防泄漏 – 冲击应 用 实 例• 导弹再入环境–热应力：变形与断裂–热化学烧蚀：氧化和升华–机械剥蚀：剪应力–侵蚀：高速粒子云撞击表面 应 用 实 例¨航空发动机-蠕变：高温复杂载荷-疲劳：循环载荷-氧化/腐蚀/冲刷：燃 气介质-微结构演化v 理论力学的研究对象和内容理论力学：研究物体机械运动一般规律的科学机械运动：物体在空间的位置随时间的改变研究内容：速度远小于光速宏观物体机械运动，以伽利略和牛顿总结的基本规律为基础，属于古典力学的范畴静力学运动学动力学主要研究受力物体平衡时作用力所应满足的条件；同时也研究物体受力的分析方法，以及力系简化的方法。
静力学只从几何的角度来研究物体的运动（如轨迹、速度、加速度等），而不研究引起物体运动的物理原因运动学研究受力物体的运动和作用力之间的关系动力学v理论力学的研究方法观察和实验分析、归纳和总结 力学最基本规律抽象、推理和数学演绎 理论体系用于实际力学模型刚体、质点、弹簧质点、弹性体等v学习理论力学的目的o 解决工程问题打下一定的基础o 学习一系列后续课程的重要基础如：材料力学、机械原理、机械设计、结构力学、弹塑性力学、飞行力学等o 学会一种研究方法静 力 学 引 言静力学：研究物体的受力分析、力系的等效替换（或简化）、建 立各种力系的平衡条件的科学．1、物体的受力分析：分析物体（包括物体系）受 哪些力，每个力的作用位置和方向，并画出物体的受力 图．2、力系的等效替换（或简化）：用一个简单力系等效 代替一个复杂力系．3、建立各种力系的平衡条件：建立各种力系的平衡 条件，并应用这些条件解决静力学实际问题 ．力：物体间相互的机械作用，作用效果使物体的机械 运动状态发生改变．力系：一群力. 平衡：物体相对惯性参考系（如地面）静止或作匀速直 线运动．几个基本概念刚体：在力的作用下，其内部任意两点间的距离始终 保持不变的物体.力的三要素：大小、方向、作用点 力是矢量．平面汇交（共点）力系 平面平行力系 平面力偶系 平面任意力系空间汇交（共点）力系 空间平行力系 空间力偶系 空间任意力系第一章 静力学公理和物体的受力分析§1-1 静力学公理公理1 力的平行四边形法则作用在物体上同一点的两个力，可以合成为一个合 力。
合力的作用点也在该点，合力的大小和方向，由这 两个力为边构成的平行四边形的对角线确定合力(合力的大小与方向) (矢量的和)亦可用力三角形求得合力矢公理2 二力平衡条件 使刚体平衡的充分必要条件最简单力系的平衡条件作用在刚体上的两个力，使刚体保持平衡的必要和充分条件是：这两个力的大小相等，方向相反，且作用在同一直线上公理3 加减平衡力系原理推理1 力的可传性作用在刚体上的力是滑动矢量，力的三要素为大小、 方向和作用线．在已知力系上加上或减去任意的平衡力系，并不改 变原力系对刚体的作用作用于刚体上某点的力，可以沿着它的作用线移到 刚体内任意一点，并不改变该力对刚体的作用推理2 三力平衡汇交定理作用于刚体上三个相互平衡的力，若其中两个力的作 用线汇交于一点，则此三力必在同一平面内，且第三个力 的作用线通过汇交点公理4 作用和反作用定律作用力和反作用力总是同时存在，同时消失，等值 、反向、共线，作用在相互作用的两个物体上．在画物体受力图时要注意此公理的应用．公理5 刚化原理柔性体（受拉力平衡）刚化为刚体（仍平衡）反之不一定成立．刚体（受压平衡）柔性体（受压不能平衡）变形体在某一力系作用下处于平衡，如将此变形体刚 化为刚体，其平衡状态保持不变。
思考只适用于刚体的公理有哪些？二力平衡条件和加减平衡力系公理约束：对非自由体的位移起限制作用的物体.约束力：约束对非自由体的作用力．约束力大小——待定方向——与该约束所能阻碍的位移方向相反作用点——接触处§1-2 约束和约束力工程中常见的约束1、具有光滑接触面（线、点）的约束（光滑接触约束）光滑支承接触对非自由体的约束力，作用 在接触处；方向沿接触处的公法线并指向受力 物体，故称为法向约束力，用 表示．2 、由柔软的绳索、胶带或链条等构成的约束柔索只能受拉力，又称张力.用 表示．柔索对物体的约束力沿着柔索背向被约束物体．胶带对轮的约束力沿轮缘的切线方向，为拉力．3 、光滑铰链约束（径向轴承、圆柱铰链、固 定铰链支座等）（1） 径向轴承（向心轴承）约束特点：轴在轴承孔内，轴为非自由体、轴承孔为约束．约束力： 当不计摩擦时，轴与孔在接触处 为光滑接触约束——法向约束力．约束力作用在 接触处，沿径向指向轴心．当外界载荷不同时，接触点会变，则约束力的 大小与方向均有改变．可用二个通过轴心的正交分力 表示．（2）光滑圆柱铰链约束特点：由两个各穿孔的构件及圆柱销钉组 成，如剪刀．约束力：光滑圆柱铰链：亦为孔与轴的配合问题，与轴 承一样，可用两个正交分力表示．其中有作用反作用关系 一般不必分析销钉受力， 当要分析时，必须把销钉 单独取出．（3） 固定铰链支座约束特点：由上面构件1或2 之一与地面或机架固定而成．约束力：与圆柱铰链相同以上三种约束（径向轴承、光滑圆柱铰链 、固定铰链支座）其约束特性相同，均为轴与孔 的配合问题，都可称作光滑圆柱铰链．4、其它类型约束（1）滚动支座约束特点：在上述固定铰支座与光滑固定平面之间装有 光滑辊轴而成．约束力：构件受到垂直于光滑面的约束力．(2) 球铰链约束特点：通过球与球壳将构件连接，构件可 以绕球心任意转动，但构件与球心不能有任何移动 ．约束力：当忽略摩擦时，球与球座亦是光滑 约束问题．约束力通过接触点,并指向球心,是一 个不能预先确定的空间力.可用三个正交分力表示 ．（3）止推轴承约束特点：止推轴承比径向轴承多 一个轴向的位移限制．约束力：比径向轴承多一个轴向的约束力，亦 有三个正交分力 ．（2）柔索约束——张力球铰链——空间三正交分力止推轴承——空间三正交分力（4）滚动支座—— ⊥光滑面（3）光滑铰链——（1）光滑面约束——法向约束力总结§1-3 物体的受力分析和受力图解决力学问题时，首先要选定需要进行研究的物 体，即确定研究对象；然后考查和分析它的受力情况 ，这个过程称为进行受力分析。
分离体——把研究对象解除约束，从周围物体 中分离出来，画出简图解除约束原理：当受约束的物体在某些主动力的 作用下处于平衡，若将其部分或全部约束解除，代之 以相应的约束反力，则物体的平衡不受影响受力图——将分离体所受的主动力和约束反力以 力矢表示在分离体上所得到的图形在受力图上应画出所有力，主动力和约束力（被动力 ）画受力图步骤：3、按约束性质画出所有约束（被动）力1、取所要研究物体为研究对象（分离体），画出其简图2、画出所有主动力注意：(1)受力图只画研究对象的简图和所受的全部 力；(2)每画一力都要有依据，不多不漏；(3)不要 画错力的方向，约束反力要和约束性质相符，物体 间的相互约束力要符合作用与反作用公理4)必要 时需用二力平衡共线、三力平衡汇交等条件确定某 些反力的指向或作用线的方位例1-1解：画出简图画出主动力画出约束力碾子重为 ，拉力为 ， 、 处光滑 接触，画出碾子的受力图．例1-2 解：取屋架画出主动力画出约束力画出简图屋架受均布风力 （N/m）， 屋架重为 ，画出屋架的受 力图．例1-3 解：取 杆，其为二力构件，简称 二力杆，其受力图如图(b)水平均质梁 重为 ，电动机 重为 ，不计杆 的自重， 画出杆 和梁 的受力图。
取 梁，其受力图如图 (c)若这样画，梁 的受力 图又如何改动?杆的受力图能 否画为图（d）所示？例1-4 不计三铰拱桥的自重与摩擦， 画出左、右拱 的受力图 与系统整体受力图．解：右拱 为二力构件，其受力 图如图（b）所示系统整体受力图如图（ d）所示取左拱 ,其受力图如图 （c）所示考虑到左拱 三个力作用下 平衡，也可按三力平衡汇交定 理画出左拱 的受力图，如 图（e）所示此时整体受力图如图（f ）所示讨论：若左、右两拱都考 虑自重，如何画出各受力 图？如图（g） （h）（i）例1-5不计自重的梯子放在光滑水 平地面上，画出梯子、梯子 左右两部分与整个系统受力 图．解：绳子受力图如图（b）所示梯子左边部分受力图 如图（c）所示梯子右边部分受力图 如图（d）所示整体受力图如图（e）所示提问：左右两部分梯子在A处，绳子对左右两部分梯子均有 力作用，为什么在整体受力图没有画出？如图所示结构，画AD、BC的受力图DCBAPFAyFAxACDF'CPF'CDCAPFABCFBFCF1F2DBACF1F2DBAFBF'BFAyFAxFCyFCxOFCCB如图所示结构，画AD、BC的受力图。
F2FBCBF2F1ABCDF1 BCFBxFByFCA FCDF2F1ABCFCDFAxFAyF2F1ABCDFAxFAyFDFAD由水平杆AB和斜杆BC构成的管道支架如图所示 在AB杆上放一重为P的管道， A 、B、C处都是铰 链连接，不计各杆的自重，各接触面都是光滑的 试分别画出管道O、水平杆AB、斜杆BC及整体的受 力图ACBDOP解:(1)取管道O为研究对象.O(2)取斜杆BC为研究对象.CBRCRBACBDOPA BDND´RB´XA YA(4)取整体为研究对象.ACBDOPRC XAYA(3)取水平杆AB为研究对象.ACBDOP画出下列各构件的受力图QAOBCDEQAOBCDEQAOBCDE画出下列各构件的受力图说明：三力平衡必汇交 当三力平行时，在无限 远处汇交，它是一种特 殊情况例8 尖点问题(摩擦忽略不计)销钉问题试分别画出AB、BC杆、销钉C、AC杆连 同销钉C、整体的受力图解：ACFAFCABCFBFCBCFFCA’FCB’ACFFCB’FA （AC杆含销C）ABCFFBFA（AC杆不含销C） （销钉C）（BC杆不含销C）FACBFCAFAxFAyF'EDFCxFCyF'DEDEFBB CF'CxF'CyDEDEFEDFDE练习1 画出下列各构件的受力图练习2 画出AB杆的受力图(b)CBAD(a)A AB BC CD练习3 画出滑轮、CD杆、AB杆和整体受力图WWWWABCD1、研究滑轮2、研究CD杆A AB BC C3、研究AB杆4、研究整体WABCDWWWWWWWCBA A研究整体时，不画物体间的内力练习4 图示构架中C, D和E为铰链，A为铰链支座,B为链杆，绳索的一端固定在F点，另一端绕过滑 轮E并与重物W 连接，不计各构件的重量。
画出 AB、CB、CE与滑轮E的受力图ABCDEFW解:滑轮可视为三点受力WETRE(滑轮E受力图)RBO1FWEABCDE杆件系统可视为三点受 力，即E点, B点和A点 ，画受力图FWEFWER'ERA(杆件系统受力图)EARBCRCBCB(BC杆受力图)CER'ER'CBO2RD(CE杆受力图)ABDRBRAR'BCR'D(AB杆含销B受力图)ABCDEFW画受力图应注意的问题除重力、电磁力外，物体之间只有通过接触才有相互机械作用力，要分清研究对象（受力体）都与周围哪些物体（施力体）相接触，接触处必有力，力的方向由约束类型而定2、不要多画力要注意力是物体之间的相互机械作用因此对于受力体所受的每一个力，都应能明确地指出它是哪一个施力体施。