1、新编工程力学基础（一）工程力学一般来说，工程力学包含以下几部分：静力学，材料力学，运动学，动力学。 （ 1）静力学研究构件的受力和平衡规律，确定物体上作用有哪些力，以及这些力之间的关系。 （ 2）材料力学主要研究构件在静载荷作用下的变形和破坏的规律，即研究变形构件内部将产生哪些力，以及当这些力超过一定限度时，构件将丧失哪些正常功能。 （ 3）运动学主要研究构件的运动规律。 （ 4）动力学则研究构件的运动与作用在其上的力的相互关系。 构件的失效形式很多，工程力学范畴内的失效通常分为三类：强度、刚度和稳定性失效。（ 1）强度失效指构件发生不可恢复的变形（塑性变形）或断裂，如钢缆承载过大变长变细，甚
2、至断裂；起重机吊环断裂（图 1-3）；高压容器和管道在压力过大时爆裂。建筑结构开裂还将导致雨水渗入，使钢筋生锈，并影响建筑外观。 （ 2）刚度失效指构件发生过大的弹性变形，如电动机转轴变形过大会导致轴承的不均匀磨损，甚至会使转子与定子相撞（图 1-4）；摇臂钻床工作时，立柱变形过大将导致钻孔不正而影响加工精度，并使钻床振动加剧，影响孔的表面粗糙度（图 1-5）；建筑结构变形过大会使脆性装修层开裂或使门窗卡住。（二）工程构件及其失效（ 3）稳定性失效是指构件平衡形式发生突变，如内燃机中的挺杆和液压缸中的活塞杆在轴向受压过大时会突然弯曲（图 1-6和图1-7），对于这类构件，为了能正常工作就必须保
3、持直线的平衡形式；潜艇下潜过深会由于极大的水压使艇身（薄壳）突然被压扁，导致沉没。 （二）工程构件及其失效（三）工程力学的任务强度是构件抵抗断裂和塑性破坏的能力，刚度是构件抵抗变形的能力；稳定性是构件保持原来的平衡形式不发生突变的能力。工程上要求结构或构件有足够的承载能力，就是指强度、刚度和稳定性三方面性能的综合要求得到满足。 构件的强度、刚度和稳定性与构件的材料、截面形状和尺寸，以及所受的载荷密切相关。一般说来，选用优质材料和加大构件尺寸可以提高构件在给定载荷下工作的安全性，但这就增加了制造成本，故安全性和经济性是相互矛盾的。工程设计的任务就是为构件选择适当的材料，确定合理的形状和尺寸，保证
4、构件具有足够的承载能力，在确定的载荷作用下正常工作而不破坏；同时，还应该是经济的。（三）工程力学的任务对于某些构件，则有相反的要求，如为了保证机械设备不超载，要求安全销在达到规定值时立即剪断；车辆的缓冲弹簧则要求较低的刚度以达到更好的减振效果，为此需要： （ 1）分析并确定构件所受各种外力的大小、方向和作用位置。（ 2）研究在外力作用下构件内部的受力状况，以及变形和失效的规律。 （ 3）提出保证构件具有足够的强度、刚度和稳定性的设计准则和计算方法。 工程力学的任务就是提供工程设计的基础知识和方法，并为学习其他力学课程和专业课程提供坚实的基础。 1.二力平衡公理二力平衡公理与二力构件例如物体置放
5、在水平面上 (图 a)2.二力构件 在二个力作用下处于平衡的构件一般称为二力构件分析 图 c三角拱中右边拱 BC的受力 GFNCD分析 图 b结 构中 CD杆的受力 CD杆在 C、 D点受到机械作用。 工程实际中，一些构件的自重和它所承受的载荷比较起来很小，可以忽略不计。 CD杆 处 于二力平衡，其二力必 过 两作用点 C、 D的 连线 。FCFDCB右边拱 BC在 B、 C点受到机械作用，是二力构件，其二力必过两力作用点 B、 C的连线。 FBFCGa)A BDCFb)CBAFc)二力平衡公理 两个力使刚体平衡的必充条件是：这两个力必等值、反向、共线。 3.三力构件 作用三个力处于平衡的构件称为三力构件。分析 图 b结 构中 AB杆和 图 c三角拱中左边拱 AB的受力图 b中 AB杆三力构件，三力作用 线交于一点。 A点力 过 前二力的 汇 交点。BACFCBFBFCCBAFc)三力构件三个力的作用线交于一点。若已知两个力的作用线，由此可以确定另一个未知力的作用线。 CDFCFDA BDCFb)五、作用与反作用公理 两物体间的作用力与反作用力，总是大小相等， 方向相反，作用线相同，分别作用在两个物体上。简述为等值、反向、共线。 BAFFA FBFAFC
