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天津大学工程力学课件
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目录
壹
工程力学基础
贰
力学分析方法
叁
工程应用实例
肆
力学实验与实践
伍
力学软件应用
陆
力学前沿与研究
工程力学基础
第一章
力学的基本概念
力是物体间相互作用的量度，分为接触力如摩擦力和非接触力如重力。
力的定义与分类
01
牛顿第一定律定义了惯性，第二定律解释了力与加速度的关系，第三定律阐述了作用力与反作用力。
牛顿三大定律
02
力学的基本概念
力的合成与分解
力的合成是将多个力合并为一个合力，分解则是将一个力拆分为多个分力，遵循平行四边形法则。
力矩与平衡条件
力矩是力与力臂的乘积，描述力使物体旋转的效果；平衡条件要求物体在力的作用下保持静止或匀速直线运动。
静力学原理
在静力学中，一个物体处于平衡状态时，作用在物体上的所有力和力矩必须相互抵消。
力的平衡条件
通过静力学原理，可以将作用在物体上的多个力简化为一个力和一个力矩，便于分析物体的受力情况。
力系的简化
静力学研究如何将复杂的力系统分解为基本分量，以及如何将多个力合成一个等效的单一力。
力的分解与合成
01
02
03
材料力学性质
弹性模量是衡量材料抵抗形变能力的重要参数，如钢的弹性模量远高于木材。
弹性模量
01
屈服强度指材料开始发生塑性变形的应力极限，例如铝合金在特定条件下屈服强度会降低。
屈服强度
02
断裂韧性衡量材料抵抗裂纹扩展的能力，如高强度钢的断裂韧性通常比普通钢要高。
断裂韧性
03
疲劳极限是指材料能承受的循环应力的最大值，不引起疲劳破坏的应力水平，例如钛合金在航空领域的应用中，其疲劳极限是一个关键指标。
疲劳极限
04
力学分析方法
第二章
力系简化技巧
通过合成或分解力，将复杂力系转化为更易于分析的简单力系，如将多个力合成一个合力。
力的合成与分解
01
利用力矩平衡原理，通过计算力矩来简化力系，确定力的作用效果，如在结构分析中应用。
力矩平衡原理
02
对于平行力系，可以将其简化为一个等效的单一力，简化计算过程，如在桥梁设计中的应用。
平行力系的简化
03
结构受力分析
通过建立静力平衡方程，分析结构在静载作用下的内力和反力分布。
静力平衡分析
研究材料在受力时的应力-应变关系，为结构设计提供力学性能参数。
材料力学性能
考虑时间因素，分析结构在外力作用下的动态响应，如振动和冲击。
动力响应分析
评估结构在重复或长期受力情况下可能出现的疲劳损伤和断裂行为。
疲劳与断裂分析
力学模型建立
在建立力学模型时，首先要明确研究对象的物理特性及所受的外力，同时确定边界条件，如固定点或自由度。
确定研究对象和边界条件
将复杂的实际工程问题简化为理想化的力学模型，忽略非关键因素，以简化计算过程。
简化实际问题
根据问题的性质选择适当的力学理论，如静力学、动力学或材料力学等，以确保模型的适用性。
选择合适的力学理论
运用数学工具如微积分、线性代数等对力学模型进行定量分析，求解力的分布和结构的响应。
应用数学工具进行分析
工程应用实例
第三章
桥梁工程力学
通过分析桥梁的受力情况，工程师可以确保桥梁设计的安全性和稳定性，如斜拉桥的拉索受力计算。
桥梁结构分析
01、
施工阶段的力学分析对于确保桥梁建设过程中的结构安全至关重要，例如悬臂施工法中的力学平衡。
桥梁施工力学
02、
桥梁工程力学
桥梁抗震设计考虑地震力对桥梁的影响，如日本阪神地震后对桥梁抗震性能的重视和改进。
桥梁抗震设计
桥梁在长期使用过程中会受到重复荷载作用，工程师需评估其疲劳寿命，如金门大桥的维护和加固。
桥梁疲劳与耐久性
建筑结构力学
高层建筑的抗震分析
桥梁设计中的力学应用
天津之眼摩天轮桥的设计运用了复杂的力学计算，确保了结构的稳定性和安全性。
天津周大福金融中心在设计时采用了先进的抗震力学模型，以抵御地震等自然灾害的影响。
大跨度结构的力学挑战
天津国家会展中心的大跨度屋顶设计，通过精确的力学计算，实现了轻盈而稳固的结构效果。
机械系统力学
桥梁结构分析
01
天津之眼摩天轮的建造展示了复杂机械系统力学在桥梁设计中的应用，确保结构稳定性和安全性。
汽车悬挂系统
02
汽车悬挂系统的设计运用了工程力学原理，以提供良好的驾驶稳定性和乘坐舒适性。
风力发电机
03
风力发电机的叶片设计和转子动力学分析体现了机械系统力学在可再生能源领域的应用。
力学实验与实践
第四章
实验室设备介绍
用于测试材料的拉伸、压缩和弯曲性能，是力学实验中不可或缺的设备。
万能材料试验机
01
02
03
04
捕捉高速运动物体的瞬间变化，常用于研究材料断裂和冲击实验。
高速摄像机
精确测量物体质量，为实验数据的准确性提供保障。
电子天平
利用激光技术进行精确距离测量，广泛应用于结构变形分析。
激光测距仪
实验操作流程
在进行力学实验前，