第一章緒論ChapterOneIntroduction工程力學—–我們身邊的科學工程力學—–我們身邊的科學工程力學—–我們身邊的科學工程力學—–我們身邊的科學工程力學—–我們身邊的科學1.1工程力學的主要內容1.3桿件及其基本變形形式1.2工程力學的研究對象及其基本假定1.4工程力學的研究方法1.研究物體在力的作用下平衡的力學規律1.1工程力學的主要內容◆力系的平衡條件及其應用◆

物體的受力分析◆力系的等效與簡化（剛體靜力學基本問題）問題：吊車移動到什么位置時，橫梁兩端的支撐力最大？最大支撐力等于多少？F1.1工程力學的主要內容力系——作用在物體上力的集合。平衡——物體相對慣性系靜止或作勻速直線運動。平衡條件——平衡力系所滿足的數學條件。1.研究物體在力的作用下平衡的力學規律（剛體靜力學基本問題）2.研究物體在力的作用下變形、破壞的力學規律◆工程構件的力學分析1.1工程力學的主要內容※

強度

(strength)※

剛度

(stiffness)※

穩定性

(stability)FFFF強度構件抵抗破壞的能力ab裂紋裂紋工程力學的結論強度失效智利地震垮塌的橋雪壓倒加油站強度失效俄羅斯(Transvaal)水上樂園強度失效強度失效FwFFwF剛度構件抵抗變形的能力ab工程力學的結論齒輪軸剛度失效齒輪軸變形過大，會加速齒輪的磨損，減低軸承的壽命。大梁變形過會出現小車爬坡現象，引起振動。吊車梁剛度失效穩定性構件保持原有平衡形態的能力平衡不穩定轉入另一種平衡形式2005年9月5日晚10點10分，北京西單“西西工程4號地”綜合樓工地的模板支撐體系失穩，導致腳手架坍塌

，47名工人墜落，造成6人死亡、28人受傷的嚴重后果。模板失穩山體滑坡◆固體力學的基礎性概念※

應力※

應變※

本構關系變形體在承受外作用時內部力的描述變形體在承受外作用時內部變形的描述變形體中應力和應變的關系2.物體受力與變形以及破壞的力學規律◆工程構件的力學分析1.1工程力學的主要內容1.2工程力學的研究對象及其基本假定1.剛體的概念定義：所謂剛體是這樣的物體，在力的作用下，其內部任意兩點之間的距離始終保持不變。物體理想化的力學模型——剛體剛體是在力的作用下不變形的物體。2.變形體的概念變形：構件尺寸與形狀的變化。這時的物體即視為變形固體。分析和討論將吊車梁看成是剛體還是的變形體？吊車梁在起吊重物時所產生的最大撓度一般不超過梁的跨度的1/500。在研究與變形有關的問題時

在研究物體的運動和平衡規律時剛體變形體變形的絕對大小并不是簡化為剛體的條件，更重要的是變形對所研究問題的結果產生的影響要足夠小。結論1.2工程力學的研究對象及其基本假定3.關于材料性質的假定3.關于材料性質的假定10–8m考察的尺度量級：考察的尺度量級：10–6m10–4m考察的尺度量級：10–2m考察的尺度量級：1.2工程力學的研究對象及其基本假定材料力學研究的是巨量物質微粒的集合的宏觀的力學行為。材料力學研究的是巨量物質微粒的集合的宏觀的力學行為。材料力學研究的是巨量物質微粒的集合的宏觀的力學行為。3.關于材料性質的假定1.2工程力學的研究對象及其基本假定◆

連續性(continuity)◆

均質性(uniformity)3.關于材料性質的假定材質內部處處力學性能相同材質內部各處力學性能不盡相同1.2工程力學的研究對象及其基本假定◆

連續性(continuity)◆

均質性(uniformity)◆

各向同性(isotropy)3.關于材料性質的假定微觀或細觀層次上的隨機性構成了宏觀層次上的各向同性。微觀或細觀層次上的規律性構成了宏觀層次上的各向異性。◆

連續性

◆

均質性

◆

各向同性

1.2工程力學的研究對象及其基本假定hbLhbLwmax4.關于變形的假定（小變形）◆

二階微量可以忽略，使問題線性化wmax<h絕大多數的工程構件都工作在小變形狀態下。小變形假定帶來的方便實際平衡的構形進行計算的構形hbLwmax4.關于變形的假定（小變形）◆

二階微量可以忽略，使問題線性化wmax<h小變形假定帶來的方便◆

可以在未變形的構形中進行計算*彈性變形*塑性變形線彈性變形體理想模型連續性均勻性各向同性小變形1.3桿件及其基本變形形式1.工程構件的基本類型建筑工程中的例子1.工程構件的基本類型1.3桿件及其基本變形形式1.工程構件的基本類型1.3桿件及其基本變形形式桿(bar)板(plate)殼(shell)體(body)1.工程構件的基本類型桿

板

殼

體

1.3桿件及其基本變形形式軸線軸線軸線橫截面軸線橫截面軸線橫截面斜截面等截面直桿變截面直桿曲桿2.工程力學的主要研究對象：桿分段等截面直桿1.3桿件及其基本變形形式3.桿件變形的基本形式拉壓(tension&compression)扭轉(torsion)3.桿件變形的基本形式彎曲(bending)剪切(shearing)組合變形下面的結構具有什么變形效應？工程構件往往產生拉壓、扭轉、彎曲等組合變形。分析和討論P下面的結構具有什么變形效應？分析和討論分析和討論舉例說明：你身邊的一些物體在工作或使用時具有什么變形效應？你怎樣做可以使一根粉筆發生拉或壓或彎或扭變形以至斷掉？并觀察斷面的不同。工程力學不僅要考慮構件整體的平衡，還要考慮局部的平衡。1.4工程力學力學的研究方法

1.力學分析力系平衡研究構件中的各個力學要素（包括外力和內力；包括力和力偶矩）之間的關系。構件整體平衡時，它的任意局部也是平衡的。2.物理分析研究材料的力學性能，研究構件的力學要素（有時還包括熱學要素）與幾何要素之間的關系。材料的力學性能影響構件的強度、剛度和穩定性。荷載與變形量之間的關系溫度變化與應力、變形量之間的關系構件內部應力與應變之間的關系物質重疊裂紋變形協調3.幾何分析構件內部變形應該是協調的研究構件和結構中各幾何要素之間的關系。構件中應變和變形量之間的關系結構中各構件變形量之間的關系協調不協調不協調變形協調3.幾何分析構件之間變形應該是協調的研究構件和結構中各幾何要素之間的關系。構件中應變和變形量之間的關系結構中各構件變形量之間的關系協調不協調不協調力學分析力學分析物理分析力學分析物理分析幾何分析力學分析物理分析幾何分析力學分析物理分析幾何分析力學分析物理分析幾何分析

以三類分析為核心工程力學以至應用力學的研究方法

深化認識評價結論求解問題提出問題實踐需求現象觀察歸納與演繹建立模型抽象與簡化資料查詢材料類型因果分析主次取舍邊界與約束力學分析物理分析幾何分析計算實驗推理實驗證實計算機仿真與已知結論比較改善模型提煉規律工程力學以至應用力學的研究方法

力學家與力學史

Timoshenko是著名的俄裔美籍力學家、