文档介绍：绪论
力学是研究物体机械运动一般规律的学科。所谓“机械运动”是指物体在空
间的位置随时间而发生的变化,这是自然界中最为常见也是最基本的运动形式。
随着生产和科学技术的发展,力学已形成多种不同的学科或分支。作为工科院校
的一门基础力学课程应用力学基础,则是众多力学学科分支中最基础的
部分。
研究内容和任务
自然界中的物体,由于相互间的机械作用,即力的作用,使物体处于平衡或
运动状态,同时使物体的形状发生改变。使物体运动状态改变(包括平衡状态)
是力的外效应( ;使物体变形是力的内效应( 。平衡
是指物体相对于地球(作为参考体)处于静止状态或作匀速直线运
动状态。本课程研究物体的受力、平衡、运动、变形等方面的基本规律,它为工程
结构设计提供理论基础和计算方法。
工程结构的零、部件,统称为构件( 。工程中的力学设计,可分为静
设计( )和动力设计( )两个方面。
静力设计的主要任务是:保证构件在确定的外力作用下正常工作而不失效,
即具有足够的强度、刚度和稳定性。所谓强度( ,是指构件在外力作用下
不发生断裂或塑性变形的能力;所谓刚度( )是指构件在外力作用下不发
生过大的弹性变形的能力;所谓稳定性( ,是指构件在外力作用下能够
保持其原有平衡形态的能力。
动力设计则比静力设计要复杂得多,首先要分析构件的运动规律,以及运动
与力之间的关系,然后要研究在动态力的作用下,构件的强度与刚度等问题。
在研究构件的强度、刚度和稳定性时,还应了解材料在外力作用下的力学性
能,材料的静力和动力性能都要由材料试验来测定。因此,研究材料的力学性能
也是本课程的重要内容。
根据几何形状和尺寸的不同,工程构件大致可分为:杆件、平板、壳体和块体
四大类。在研究构件的强度、刚度和稳定性问题时,本课程主要涉及杆件(
若研究板、壳及块体的强度、刚度和稳定性问题,可进一步学习“弹性力学”和
“板壳理论”等课程。
研究方法及研究对象的简化
本课程所研究的问题,都是工程或生活实际中的问题。遵循认识论的规律,
其研究方法首先是从生活、工程或实验中观察各种现象,从复杂的现象中抓住共
性,找出主要矛盾,略去次要因素,经过抽象和简化建立力学模型(
。按照机械运动的基本规律,对力学模型进行数学描述,建立力学量之间
的数量关系,从而得到数学模型( 。然后,经过逻辑推理和数
学演绎进行理论分析和计算,或用计算机求数值解。最后,分析结论是否正确,还
要进一步通过实验或工程实践来验证。
在上述过程中,经过抽象和简化建立力学模型是很重要的一个步骤。对同一
个研究对象,为了不同的研究目的,必须抓住问题的本质,做出正确的假设,使问
题抽象化或理想化,以便用简单的模型解决问题。
实际物体在外力作用下都要发生变形。但是,工程中的构件,其变形通常是
很微小的,它对于力对物体的外效应的影响极小。因此,在研究物体的受力、平衡
及运动时,这种微小的变形可以略去不计,将受力物体抽象化为不变形的刚体
( 。如果物体的运动范围远远超过其本身的几何尺寸,且仅是为了分析
其质心的运动规律时,可将物体进一步简化为只有质量而无体积的一个质点
。
在研究构件的强度、刚度、稳定性等问题时物体的变形将成为主要矛盾,这
时应将物体视为可变形的固体( 。任何固体在外力作用下均将发
生变形,若卸除外力后能完全消失的变形,称为弹性变形( ;不
能消失而残留下来的那一部分变形,则称为塑性变形(
变形固体有多方面的属性,研究的角度不同,侧重面也不一样。本课程是从
宏观的角度研究物体内部的受力和变形规律的,为得到简化的力学模型,一般认
为变形固体具有如下的基本属性:
均匀、连续性
实际变形固体的材料,从微观的层次看是不连续的,因为组成固体的粒子之
间存在着空隙。但这种空隙与构件的尺寸相比极其微小,于是可理想化地认为固
体内部毫无空隙地充满了物质,这就是变形固体的连续性假设(
。另外,组成固体的粒子,彼此的物理性质并不完全相同,但因构件的
任一部分都包含为数极多的微小粒子,而且无规则地排列着,从统计平均的角度
看,认为由同一种材料组成的构件,各处的物理性质是相同的,这就是变形固体
的均匀性假设(
根据变形固体的均匀、连续性假设,就可以从固体内任意截取一部分来研
究,且在外力作用下引起的内力、应力、应变等力学量均可表示为坐标的连续函
数,以便于进行数学分析。
同时还应指出,在正常工作条件下,变形前连续的固体,变形后仍应保持其
连续性,即变形固体的相邻部分既不引起空隙也不产生重叠的现象,这种变形连