导图社区 化工机械基础 第一章工程力学
第一章概念和定义包括所以书上概念和其他重要知识点。必看！工程力学知识概括思维导图分享！下图包括静力学基本概念、物体的受力分析、平面力系、空间力系、材料力学基本概念等内容。本图助力学子取得理想成绩！
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工程力学
物体的受力分析及平衡条件
力的概念和基本性质
力的概念
力是物体相互的机械作用
力的三要素:大小 方向 作用点
单位:N kN
力对物体的作用效应
内效应:使物体形状发生改变
外效应:使物体运动状态发生改变
力系:一个物体上作用几个力
力系等效:作用与物体上的某个力系可以用另一个力系代替而不改变物体运动状态
刚体:绝对不变形的物体，或物体内任意两点间距离不改变的物体。（他是原物体的理想化模型）
力的基本性质
作用与反作用定律:任何两个物体相互的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，沿着同一条直线，分别作用在这两个物体上。
二力平衡定律:作用与刚体上的两个力使刚体平衡的必要充分条件是:这两个力大小相等、方向相反、作用线重合
二力杆:一个物体仅有两个力的作用
力的平行四边形法则:作用在物体同一点的两个力可以合成为一个力，合力的作用点仍作用在这一点， 合力的大小和方向由这两个力构成的邻边的平行四边形的的对角线决定。
力的投影定理:合力在某一坐标上的投影等于所有分力在同一坐标轴上投影的代数和。
加减平衡力系公理:在一个刚体上加上或减去一个平衡力系，不改变刚体的原状态。
推论1:力的可传性原理:作用在刚体上的力可沿其作用线划移至刚体任意点 不改变原力对刚体的作用效应。
推论2:作用与刚体上相互平衡的力，若其中两个力作用线汇交于一点，则此三个力必在一个平面，且会交于一点。
力矩与力偶
力矩的概念:力矩定义为力矢的模与力臂的乘积。（逆时针为+，顺时针为-）单位N×m
合力矩定理:平面汇交力系的合力对平面任一点的的距 等于所有各分点对同一点的距的代数和。
力偶:力偶就是受到大小相等、方向相反、互相平行的两个力的作用 对物体产生的是纯转动效应。
力偶矩:以乘积F×d作为力使物体产生转动效应的量度，这个物理量称为力偶矩。
力偶与力偶矩的性质:
力偶对任意点取距都等于力偶矩，不因距心的改变而改变
力偶无合力，任意坐标轴上的投影等于零
力偶无合力，不能与单个力平衡；力偶只能与力偶平衡
力偶只能使物体转动，转动效果取决于力偶矩
平面力偶等效定理:作用与同一平面的两个力偶，只要它的力偶距的大小相等，转向相同 ，则该两个力偶相互等效。
力偶可以在其作用面内任意移动，而不影响它对刚体的作用效应
只要保持力偶大小、转向不变，可以任意改变力偶的大小和相应力偶臂的长短，而不改变它对刚体的作用效应
力的平移:作用在刚体某点的力，可以平移至刚体任意一点，但必须增加一个附加力偶，该力偶的力矩等于原力对该点之距。
平面一般力系向一点的简化
平面一般力系:各力的作用线都在同一平面内既不都汇交与一点又不都互相平衡的力系称为平面一般力系。
物体受力分析及受力图
约束和约束反力:方向、作用点，大小
柔性约束
特点:只收拉，不受压，不能抗拒弯矩
光滑接触面约束
只受压，不受拉
铰链约束
固定铰链支座约束
活动铰链支座约束
固定端约束
受力图
画图步骤
简化结构，画简图
选择研究对象，画作用在其上的全部主动力
根据约束性质，画约束反力
平面力系和平衡方程
力系的主矢和对任一点的主矩都等于零
直杆的拉伸和压缩
拉伸和压缩时横截面上的内力
外力引起物体内相邻部分之间分布内力系的合成
截面法
在需要的地方用截面解开
以任一部分为研究对象
截面上加上内力
写出研究对象的平衡方程
轴力等于截面任一测所以外力代数和
背离为+
指向为-
拉伸和压缩时横截面上的应力
横截面上的应力
拉力为+
压应力为-
应力集中
在截面突变处应力局部增大的现象
应变概念
绝对伸长△L
相对伸长或线应变△L÷L
拉伸和压缩时材料的力学性质
条件:温度、静载、小变形等条件
拉伸力学性质
应力-应变曲线
弹性形变阶段、虎克定律
横向变形
屈服阶段、屈服极限强度
强化阶段、抗拉强度下限制
颈缩阶段
材料塑性
伸长率≥5％为塑性材料；伸长率＜5％为脆性材料
塑性材料与脆性材料机械性能主要区别
塑性在断裂时有明显形变，脆性变形小
塑性材料抗拉和抗压强度相同。而脆性材料的抗压强度远高于抗拉强度
反映材料力学性能的主要指标
强度性能
弹性性能
塑性性能
温度对材料力学性能影响
高温和应力使材料蠕变
低温使延伸率降低，变脆
拉伸和压缩的强度条件
极限应力、许用应力和安全系数
强度计算到三类问题
强度校核
截面设计
确定许用荷载
直梁的弯曲
梁的弯曲实例与概念
以弯曲为主要变形的构件在工程上称为梁
受力特征:纵向对称面内，受垂直于梁轴线的力和力偶作用，这样的曲面称为平面弯曲
变形特点:横向线仍为直线，只是相对变形前转了一个角度，纵向线弯曲成弧线，且靠近凹边的先缩短，凸边线伸长，而位于中间的一条纵线既不伸长，也不缩短。
梁的基本形式
简支梁
外伸梁
悬臂梁
梁横截面上的内力-------剪力和弯矩
截面法求内力--------剪力Q与弯矩M
对于细长梁，其破坏主要是由弯矩引起
弯矩正负号的规定及计算
左顺正，右逆负
上正，下负
弯矩计算
弯矩等于截面任一测所有外力偶对该截面形心取矩的代数和
弯矩方程与弯矩图
弯矩方程:M＝f(x)
弯矩图
q(x)=0:一段梁上无均布荷载，弯矩图为斜直线
q(x)＝常数:一段梁上有均布荷载，图为二次曲线，当荷载向上时，图凸向上当荷载向下时图向下
集中力作用处:弯矩图上形成尖角
集中力偶作用处:弯矩图出现突变，突变绝对值等于集中力偶的数值
简易作图法:利用内力和外力的关系及特殊点的内力值来作图
弯曲时横截面上的正应力及其分布规律
纯弯矩的变形特征
纯弯矩:梁的任意一横截面上只有弯矩，其值等于外力偶
平面假设:梁在受力弯曲后，原来的横截面仍为平面，它绕其上的某一轴旋转了一个角度，且仍垂直于梁弯曲后的轴线
梁弯曲时横截面上的正应力及分布规律
正应力的变化规律:正应力沿横截面高度呈线性变化，距中性轴越远应力越大，在中性轴为0，中性轴的凹侧为压应力，凸侧为拉应力
横力弯曲:既有弯矩M又有剪力Q
梁弯曲的强度条件
弯曲正应力强度计算的一般步骤
求解束反力
求解梁的弯矩图
确定可能危险点
应用公式进行计算
梁截面合理形状选择
选择合理的截面形状
合力工作位置
截面形状适应材料的机械性能
梁的弯曲形变
梁的挠度和转角的概念
挠度线:载荷作用在纵向对称面上，梁变形后轴线将成为此平面内一条线
绕度梁任一横截面的形心沿y轴方向的线位移称为该截面的绕度 用y表示
转角:梁任一横截面，在梁变形后绕中性轴转动的角度，称为转角
确定梁位移的叠加法:当梁同时作用几个载荷时，在小变形、线弹性前提下梁的总变形等于各个载荷单独作用下梁变形的代数和
梁的刚度条件
计算变形
校核刚度
剪切
剪切变形的概念
受力特点:构件受两组大小相等、方向相反、作用线相互很近的平行力系作用
变形特点:构件沿两组平行力系的界面发生相对错动
剪切面:构件将发生相互的错动面
剪切面上的内力:内力-----剪力Q，其作用线与剪切面平行。
剪切，切应力与剪切强度条件
剪力 内力Q
切应力:受力和变形复杂，假定剪应力均匀分布
Q÷A
剪切强度条件
塑性材料:0.6~0 8
脆性材料0 8~1.0
挤压的概念和强度条件
挤压的概念、挤压应力
挤压面为平面
挤压强度条件
塑性材料:1.7~2.0
脆性材料:2.0~2.5
剪切变形和剪切虎克定律
剪切变形、剪应变
剪切虎克定律:当剪应力不超过材料的剪切比例极限时，剪应力与剪应变成正比
圆轴的扭转
圆轴扭转的实例与概念
扭转变形的直杆称为轴
受力特点:两端的外力是一对大小相等、转向相反、作用平面垂直于杆件轴线的力偶矩
变形特点:杆件的任意两个横截发生相对转动
扭转角:杆件扭转时任意两个横截面发生相对转动而产生的相对位移
扭转时的外力和内力
扭转时外力偶矩的计算M=PR
扭转时横截面上的内力
内力的计算通过右手螺旋法则
一般扭矩大的轮子布置在轮子的中部
扭转时横截面上的应力
应力分布规律
圆筒表面的各圆周线的形状、大小和间距均未改变，只是绕轴线作了相对转动
各纵向线均倾斜了同一微小角度
所以矩形网格均歪斜成同样大小的平行四边形
平面假设:变形前的横截面，变形后仍保持平面，其形状、大小和平面之间的距离保持不变，且半径仍保持直线
横截面上切应力计算公式Wp=Jp÷R
极惯性矩和抗扭截面模量
实心圆轴Wp=0.2d³
空心圆轴
扭转的强度条件
圆轴的扭转变形与刚度条件
圆轴的扭转变形
扭转的刚度条件
