工程力学的基本概念

工程力学是将力学原理应用于有实际意义的工程系统的科学。

其目的是了解工程系统的性态并为其设计提供合理的规则

前言

学习一门课程,最初从概念出发,但往往是学到一定程度回顾,对概念的认识才更清楚。

之前看到钱学森的一篇文章《工程与工程科学》很感慨,对成为工程科学家产生向往

概念

力的分类

力可分为表面力体积力

  • 表面力是指物体通过直接接触表面的相互作用,如摩擦力;
  • 体积力是指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。

相互作用表面,一定有力的作用,除非证明没有;接触面积小到一定程度,可简化为集中力。

运动的分类

一类是整个物体的位置随时间的变化,称之为运动;另一类是物体自身尺寸、形状的改变,称之为变形

运动

力与运动之关系的研究,属于动力学。可以以牛顿第二定律为基础,将力与运动联系起来。牛顿第二定律为: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。即

                     F=ma

上式是解决动力学问题的基本依据,故称为动力学基本方程。在速度远小于光速(3×105km/s)的一般工程领域中,上述定律的正确性已有充分的实验根据。

一个学科的基本理论与它的应用场景相关。

变形 

力与固体的变形之关系的研究,属于固体力学。将力与固体的变形联系起来的假设(或模型)是多种多样的,不同材料在不同加载条件和环境下,有不同的变形行为。如钢材和木材的力学行为不同,钢材在常温和高温下的力学行为不同,铸铁在拉伸和压缩下的力学行为不同等。在固体力学中,力与变形之关系用物理方程(应力—应变关系)描述。

研究主线

工程静力学问题的研究主线是,受力分析及平衡条件,变形所应当满足的几何协调条件,力与变形间的物理关系的研究。

方法

工程力学解决问题的一般方法,可归纳为:提出问题,选择研究系统。对系统进行抽象简化,建立力学模型;将力学原理应用于理想模型,分析、推理,得出结论。进行实验验证或与已知结论相比较。若不能满意,则重新建立模型,进行分析。即 

Leave a comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *