第一章 绪论
建筑力学
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一、 什么是力学
二、力学与工程
三、现代力学的发展及其特点
七、建筑力学探讨主线
五、最基本概念--力和运动
四、学科分类
六、一般探讨方法
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一、什么是力学?
是各 损伤容限设计、结构优化设计、
耐久性设计和牢靠性设计等。
保证结构与构件的安全和功能
设计-制造-使用-维护的综合分析与控制,
功能—安全—经济的综合性评价,
自感知、自激励、自适应
(甚至自诊断、自修复)的智能结构。
设计目标:
设计准则:
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现代力学的特点
与计算机应用相结合,
与其他基础或技术学科相互结合与渗透。
材料设计:按所要求的性能设计材料。(90年代)
计算机应用:计算力学+计算机应用
(60年代) 解决复杂、 困难的工程实际问题。
工程结构分析技术;(结合CAD技术)
监测、控制技术(如振动监测、故障诊断);
工程系统动态过程的计算机数值仿真技术;
广泛应用至各工程领域。
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90年头起先,力学与材料、限制(包括传感与激励)、计算机相结合,探讨发展面对21世纪的、具有“活”的功能的智能结构。
智能结构:
生物材料力学性能、微循环、定量生理学、心血管系统临床问题和生物医学工程等。
“没有生物力学,就不能很好地了解生理学。”
生物力学: (70年代冯元祯博士)
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四、学科分类
静力学:探讨力系或物体的平衡问题,不涉及物体
运动状态变更;如飞机停在地面或巡航。
运动学:研究物体如何运动,不讨论运动与受力的
关系; 如飞行轨迹、速度、加速度。
动力学:研究力与运动的关系。
如何提供加速度?
按运动与否分:
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按探讨对象分:
一般力学:对象是刚体。探讨力及其与运动的关系。
有理论力学,分析力学等。
流体力学:对象是气体和液体。
有水力学、空气动力学等。
固体力学:对象是可变形固体。探讨强度、变形、破
坏等。 有材料力学、结构力学、弹性力
学、塑性力学、断裂、疲惫等。
(理论分析、实验和数值计算)
有实验力学、计算力学二个方面的分支。
按研究手段分:
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五、最基本概念--力和运动
力学既要探讨力,又要探讨运动,
还要将力和运动二者联系起来。
力是物体间的相互作用。
:
直接接触的物体,通过接触表面的相互作用。
如物体间压力等。表面力分布作用在接触面上。
表面力
非直接接触物体间的相互作用。
如物体重力、惯性力、电场力、磁场力等。
体积力分布作用在物体整个体积内,与质量有关。
体积力
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:
是力(力系)作用的结果。有二种效应:
物体空间位置随时间的变化。
如飞机在空中飞行,复杂的运动。
运动—(外效应)
物体自身形状的局部畸变。
如机翼、机身结构的变形。
变形—(内效应)
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,属于动力学。
是动力学基本方程。 注意 F 、 a 是矢量。
牛顿第二定律:
物体运动状态的改变(dv/dt=a)与作用于其上
的力成正比,并发生于该力的作用线上。
力与变形之关系,是与材料有关的物理行为。
,属固体力学。
特殊地,若物体的运动状态不发生变更(a=0),
则称物体处于平衡。
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提出问题,选择有关的研究系统。
对系统进行抽象与简化,建立力学模型。
利用力学原理进行分析、推理,得出结论
与已知结论相比较,或由实验进行验证。
确认或进一步改善模型,深化认识
六、一般探讨方法
建筑力学解决问题的一般方法,类似于一般科学探讨的普遍方法,可归纳为:
建立力学模型是最关键的。(须要学问和阅历)
模型包括材料性能、载荷、约束、几何形态等
真实状况的志向化和简化。
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汽车通过轮胎作用在桥面上的集中力模型
载 荷 模 型
桥面板作用在钢梁的分布力模型
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例如,探讨工程构件(如杆、梁、轴等)时,
先将其志向化为刚体,探讨其上的受力和运动;
建立力学模型是最关键的。(须要学问和阅历)
探讨不同的问题,接受不同的模型。
好的模型,既能使问题的求解简化,
又能使结果基本符合实际状况,满足精度。
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