《谢奇之-工程力学》绪论

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1、绪论工程力学是研究有关物质宏观运动规律，及其应用的科学。它涉及众多的力学学科与工程技术领域，是一门理论性较强、与工程技术联系极为密切的技术基础学科，工程力学的定理、定律和结论广泛应用于各行各业的工程技术中，是解决工程实际问题的重要基础。其屮最基础的部分包扌舌“工程静力学”和“材料力学”O对于我们这么课程也是由这两部分构成。1・3章是工程静力学，第4章以后是材料力学内容。那么工程静力学又是干什么的呢？工程静力学主要研究作用在平衡物体上的力及其相互关系的一门学科，从字面上我们可以看出，它的研究对象是平衡物体。研究平衡物体的目的是

2、分析作用其上的力及其相互关系。可以说，工程静力学是力学的基础，当然也包插材料力学。在后续的学习过程中，我们会逐渐加深这方面的理解。那么材料力学又是干什么的呢？它是研究材料在各种外力作用下产生的应变、应力、强度、刚度、稳定性和导致各种材料破坏的极限的一门学科。在人们运用材料进行建筑、工业生产的过程屮，需要对材料的实际承受能力和内部变化进行研究，这就催生了材料力学。运用材料力学知识可以分析材料的强度、刚度和稳定性。材料力学还用于机械设计使材料在相同的强度下可以减少材料用量，优化结构设计，以达到降低成本、减轻重暈等目的。对于工程力

3、学的研究内容我们知道了，那么我们该采用什么方法来对其进行研究呢？下面我们来看一下力学的研究方法。力学的研究方法：是从实践出发，经过抽象化、综合、归纳、建立公理，再应用数学演绎和逻辑推理而得到定理和结论，形成理论体系，然后再通过实践来验证理论的正确性。由此我们可以看出，我们现在学的知识，都是经过前人千锤百炼而总结出来的。下面我们来看一些生活和工程上的例子，这些例子所涉及的问题，都可以用我们这本书的知识来解释。实例1：制造汽车轮胎吋都要在轮子的表面做出很多凹凸不平的花纹，是出于美观考虑还是另有原因？解释1：目的是为了增大轮子与地

4、面之间的摩擦力，防止轮子在平滑的路面上滚动时打滑，因为在正压力一定的情况下，摩擦力的大小与两物体相接触的粗糙程度成正比。实例2：我们利用套筒扳手卸螺母时，如果无法拧动，可以在手柄两边加长套筒，就可以很轻松地把螺母卸下来。解释2：力偶矩的大小与力和力臂成正比，外加套筒即增大了力臂。实例3：人体和动物骨骼都是空心管状的结构，这种形状既能满足生存需要，又减轻了自重，是大自然的一种造化，同时空心圆管状的骨骼具有较强的抗弯、抗扭等力学性能。解释3：弯曲正应力大小与点到屮性轴的距离成正比。扭转剪应力大小与点到圆心的距离成正比，为了充分利

5、用材料，应尽可能地把材料放置在离中性轴或圆心较远处，空心管状的骨骼刚好符合这种力学规律。实例4：1998年6月3号，让德国人引以为豪的快速列车突然出轨，造成102人死亡,88人重伤，事故发生的当天，德国政府就宣布，所有德国行驶的髙速列车一律降速，为什么会造成这个事故呢？事后的调查发现，是一个在车轮上面防止车轮跑出来的一个非常小的部件一卡箍，发生了破坏，最后火车在穿过高速公路的桥梁的吋候，破坏的卡箍碰到桥梁旁边的部件，产生一个侧向力让火车出轨。解释4：卡箍所发生的破坏正是力学中的疲劳断裂。实例5：某工厂工人为了用原设计最大起重

6、量为100kN的桥式起重机起吊150kN的重物，改进了装置，在大梁上距B端为x的C点悬挂一根钢索，绕过装在重物上的滑轮，将另一端再挂在吊车的吊钩上，使吊车驶到C的对称位置D,这样就可以吊运150kN的重物了（将集中力分散成较小的力可以降低梁的最大弯矩以提高梁的弯曲强度）。下面我们来看一个力学和机械的实际应用例子。有谁知道这叫什么吗？什么是机械手呢？机械手是通过模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它在重复，精准定位，高速方面拥有人不可比拟的优势。机械手是一个复杂的动力学系统，那么它

7、涉及了什么样的力学问题呢？比如对机械手在静态时进行受力分析，得出各个关节的受力情况以便对关节进行强度校核。受力分析是是机械手安全工作的基本保障。对于机械手这么复杂的一个装置，不可能只通过受力分析就可以把它研究透彻，还包括运动学分析、动力学分析。运动学分析主要解决机械手的各个坐标和运动之间的关系。动力学分析主要研究机械手各个关节的驱动力矩与关节运动的位移、速度和加速度。下血我们來看一个机械手的视频。目前机械手在各个领域都有应用，比如：工业制造领域：主要让机器人在机械制造业屮代替人完成大批量、高质量要求的工作，如汽车制造、舰船制

8、造及某些家电产品（电视机、电冰箱、洗衣机）的制造等。化工等行业自动化生产线中的点焊、弧焊、喷漆、切割、电子装配及物流系统的搬运、包装等工作，也有部分是由机器人完成的。军事领域：主要让机器人执行一些白动的侦察与控制任务，尤其是一些相对较为危险的任务，比如,无人侦察机、拆除炸弹的机器人及扫雷机