第一篇：工程力學(xué) 第一章 剛體靜力學(xué)基礎(chǔ)

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工程力學(xué)

第一章 剛體靜力學(xué)基礎(chǔ)

剛體靜力學(xué)以剛體為研究對(duì)象。所謂剛體，是受力時(shí)不變形的物體。剛體靜力學(xué)的任務(wù)是研究物體的受力分析、力系的等效替換和各種力系的平衡條件及其應(yīng)用。剛體靜力學(xué)在工程中有廣泛的應(yīng)用，同時(shí)其它力學(xué)分支的基礎(chǔ)。

本章介紹剛體靜力學(xué)理論的基礎(chǔ)知識(shí)，包括力和力矩的概念，靜力學(xué)公理和任意力系的簡(jiǎn)化方法。

1.1 力和力矩

●

力及其投影

力是物體間相互的機(jī)械作用，這種作用使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變(外效應(yīng))，或者使物體變形(內(nèi)效應(yīng))。對(duì)剛體而言，只需要考慮力的外效應(yīng)。

力對(duì)物體的作用效果取決于力的大小、方向和作用點(diǎn)這三個(gè)要素。因此，力是一種定位矢量。通常用用粗斜體字母來標(biāo)記力矢量，如F，對(duì)應(yīng)的細(xì)斜字母F表示力的大小。在圖中通常用有向線段來表示力，箭頭表示力的方向，線段的起點(diǎn)或終點(diǎn)為力的作用點(diǎn)，力的單位是牛頓(N)或千牛頓(kN)。

作用于物體上的一組力稱為力系。作用在剛體上的一力系，如能用另一力系來代替，而對(duì)剛體產(chǎn)生同樣的作用，則這兩個(gè)力系互為等效力系。一個(gè)力和一個(gè)力系等效，則該力是力系的合力，力系中各力是其合力的分力。

力依據(jù)其作用形式，可分為體積力、表面力和集中力。體積力和表面力連續(xù)作用于物體的某一體積上或面積內(nèi)，也稱為分布力。例如，物體的重力是體積力，浸在水中的物體受的靜水壓力是表面力。而集中力作用于物體一點(diǎn)。實(shí)際上，一切真實(shí)力都是表面力，集中力只是分布力在一定條件下的理想化模型。

圖1–1 力沿直角坐標(biāo)軸的投影與分解

圖1–2 二次投影法

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力在軸上的投影定義為F與該軸基矢量的標(biāo)量積。設(shè)坐標(biāo)系Oxyz的各坐標(biāo)軸的基矢量分別為i、j和k，則力F在各軸上的投影可表示為

Fx?F?i?Fcos?Fx?F?j?Fcos?Fx?F?k?Fcos?

(1–1)其中?、?和?是力F與各坐標(biāo)軸的正向夾角，如圖1–1所示。顯然，力在軸上的投影是代數(shù)量。

如已知力在各軸上的投影，則可將力沿直角坐標(biāo)軸分解

F?Fxi?Fyj?Fzk

(1–2)如圖1–2所示，計(jì)算力在直角坐標(biāo)軸上的投影，也可以使用二次投影法。

Fx?Fxycos??Fsin?cos?Fy?Fxysin??Fsin?sin?Fz?Fcos?

(1–3)其中，F(xiàn)xy?Fxi?Fyj為力F在Oxy平面上的投影。

例1–1：已知力F大小為80kN，試計(jì)算它 在坐標(biāo)軸上的投影。

解：AB?3?4?8222?89

Fx?F?ODAB?25.4KNFy?F?DBAB?67.8KN

圖1–3 例1–1圖 Fz??F??AOAB??33.9KN●

力對(duì)點(diǎn)之矩

力矩用來量度力使物體產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)的效應(yīng)。依據(jù)力使物體產(chǎn)生繞點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)和繞軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，力矩可分為力對(duì)點(diǎn)之矩和力對(duì)軸的矩。

力對(duì)點(diǎn)之矩，定義為O點(diǎn)到F作用點(diǎn)A的矢徑r與F的矢量積，即

MO(F)?r?F

(1–4)其中，O點(diǎn)稱為矩心。MO(F)是一個(gè)定位矢量，習(xí)慣上總是將它的起點(diǎn)畫在矩心O處，如圖1–4。MO(F)垂直于r和F所確定的平面，指向由右手定則確定，其大小為

MO(F)?r?F?Fh

(1–5)式中，h為O到F的距離，也稱為力臂。

為計(jì)算力F對(duì)O點(diǎn)矩，以O(shè)為原點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系Oxyz。力F沿直角坐標(biāo)軸的分解為F?Fxi?Fyj?Fzk，力F作用點(diǎn)的位置矢量r?xi?yj?zk，于是

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圖1–4 力對(duì)點(diǎn)之矩

圖1–5 力對(duì)軸之矩

iMOjyFykzFz(F)?r?F?xFx

(1–6)

?(yFz?zFy)i?(zFx?xFz)j?(xFy?yFx)k●

力對(duì)軸之矩

Fxy如圖1–5，設(shè)z軸垂直于Oxy平面，垂足是O，力F在Oxy平面內(nèi)的分量為，O到Fxy的距離為d。則力對(duì)軸之矩，定義為乘積dFxy，并貫以適當(dāng)?shù)姆鸐z(F)??dFxy號(hào)，即

(1–7)軸z稱為矩軸；Mz(F)的符號(hào)按右手定則確定：即用右手彎曲的四指表示力使物體繞z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，當(dāng)拇指指向與z軸正向相同時(shí)，取正號(hào)；反之為負(fù)?；蛘邚膠軸的正端回頭看，如Fxy使物體繞軸z作逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，則Mz(F)為正；反之為負(fù)。

由定義可知，若力F和矩軸z平行(Fxy?0)或力的作用線通過矩軸(h?0)，即F和軸z共面，則力對(duì)軸的矩為零。

考慮Fxy對(duì)O之矩MO(Fxy)，根據(jù)力對(duì)點(diǎn)之矩的定義

MO(Fxy)?OA?Fxy?dFxyk?(xFy?yFx)k

z注意到Mz(F)?MO(Fxy)，且MO(Fxy)沿z軸正向時(shí)，對(duì)應(yīng)M(Fxy)?k?xFy?yFx

(F)為正，反之亦然。由此得到Mz(F)的計(jì)算公式

OMz(F)?M

(1–8a)3 模具設(shè)計(jì)工程師認(rèn)證培訓(xùn)教材

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圖1–6平面力系

1–7平面上力對(duì)點(diǎn)之矩

同法可求得力F對(duì)x軸和y之矩

Mx(F)?yFz?zFy

(1–8b)My(F)?zFx?xFz

(1–8c)

(1–9)由式(1–6)及(1–8)，得

MO(F)?Mx(F)i?My(F)j?Mz(F)k式(1–9)即力矩關(guān)系定理：力對(duì)軸之矩等于力對(duì)軸上任意點(diǎn)之矩形在軸上的投影。

若力系中各力都位于同一平面，則該力系為平面力系，如圖1–6。顯然，平面力系中各力對(duì)力系平面內(nèi)任意點(diǎn)之矩均垂直于該平面，因此可將平面上力對(duì)點(diǎn)之矩簡(jiǎn)化為代數(shù)量。如圖1–6，在平面上建立坐標(biāo)系xoy，力F位于xoy平面內(nèi)，其作用點(diǎn)坐標(biāo)為A(x,y)。定義xoy平面上力對(duì)點(diǎn)之矩

Mo(F)?MO(F)?k?xFy?yFx

(1–10)在右手系下，z軸垂直于xoy平面向外，因此，若Mo(F)為正，則力使物體作逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；反之，力使物體作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。

根據(jù)力矩關(guān)系定理，平面上力對(duì)點(diǎn)的矩，也可理解為力對(duì)軸的矩，該軸過矩心且垂直于力和矩心所確定的平面。

例1–2：如圖1–8，力F沿邊長(zhǎng)為a、b和c 的長(zhǎng)方體的一棱邊作用。試計(jì)算F對(duì)于O點(diǎn)之矩和對(duì)長(zhǎng)方體對(duì)角線OC之矩。

解：在圖示坐標(biāo)系，F(xiàn)??Fk，作用點(diǎn)位置矢量rOD?ai?ck，力F對(duì)O點(diǎn)之矩

MO(F)?rOD?F?aFj

222對(duì)角線OC的單位矢量

nOC?(ai?bj?ck)a?b?c

圖1–8 例1–2圖

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因此，力F對(duì)OC之矩為

MOC(F)?MO?nOc?Faba?b?c222

1.2 靜力學(xué)公理

靜力學(xué)公理概括了力的基本性質(zhì)，其正確性已由實(shí)踐所證實(shí)，是剛體靜力學(xué)的基礎(chǔ)。

●

公理一 二力平衡公理

作用于剛體上的兩個(gè)力，使剛體保持平衡的充分和必要條件是：這兩個(gè)力大小相等、方向相反、且在同一直線上(或者說，這兩個(gè)等值、反向、共線)。

圖1–9 如圖1–9，對(duì)只在兩點(diǎn)各受一個(gè)集中力而平衡的剛體，工程上稱為二力構(gòu)件或二力桿。根據(jù)公理一，二力桿所受兩力必沿作用點(diǎn)的連線。

公理一只適用于剛體。對(duì)于變形體，公理一給出的平衡條件并不充分。例如，柔繩受兩個(gè)等值、反向、共線的拉力作用可以平衡，而受到兩個(gè)等值、反向、共線的壓力則顯然不能平衡?！?/p>

公理二

加減平衡力系公理

在已知力系上加上或減去任意的平衡力系，新力系與原力系對(duì)剛體的作用效果相同。

圖1–10 力的可傳性

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公理二是研究力系等效替換的理論基礎(chǔ)。一個(gè)重要的推論是力的可傳性：作用在剛體上的任何一個(gè)力，可以沿其作用線移動(dòng)作用點(diǎn)而不改變?cè)摿?duì)剛體的作用。例如，力沿作用線移動(dòng)，并不會(huì)改變力對(duì)任意點(diǎn)或任意軸之矩。因此，作用于剛體上的力的三要素是：力的大小、方向和作用線位置。

圖1–10表示了力的可傳性的證明思路，其中F2??F1?F。顯然，公理二及其推論也都只適用于剛體而不適用于變形體。對(duì)于變形體，力將產(chǎn)生內(nèi)效應(yīng)，當(dāng)力沿作用線移動(dòng)時(shí)，將改變它的內(nèi)效應(yīng)?！?/p>

公理三

力的平行四邊形公理

作用在物體上同一點(diǎn)的兩個(gè)力，可以合成一個(gè)力。合力的作用點(diǎn)仍在該點(diǎn)，合力的大小和方向，由這兩個(gè)力為鄰邊的平行四邊形的對(duì)角線確定。

圖1–11 力的平行四邊形公理

圖1–12 三力匯交定理

如圖1–11，物體上A點(diǎn)作用著兩個(gè)力F1和F2，其合力FR也作用于點(diǎn)A，表示為

FR?F1?F

2(1–11)公理三對(duì)剛體和變形體都是適用的。運(yùn)用公理三和力的可傳性，可導(dǎo)出僅適用于剛體的同平面三力平衡時(shí)的匯交定理：當(dāng)剛體受同平面內(nèi)三個(gè)力作用而平衡時(shí)，此三力的作用線必然交匯于同一點(diǎn)。簡(jiǎn)稱三力匯交定理。

圖1–12是三力不平行時(shí)三力匯交定理的證明思路。當(dāng)三力平行時(shí)，可認(rèn)為其作用線相交于無窮遠(yuǎn)。●

公理四

作用和反作用公理

任何兩個(gè)間相互作用的一對(duì)力總是大小相等，作用線相同，而指向相反，同時(shí)并分別作用在這兩個(gè)物體上。這兩個(gè)力互為作用力和反作用力。

公理四概括了物體間相互作用力之間的關(guān)系，對(duì)剛體和變形體都是適用的，是一個(gè)普適原理。通常也稱該公理為牛頓第三定律?！?/p>

公理五

剛化公理

當(dāng)變形體在已知力系作用下處于平衡時(shí)，如果把變形后的變形體視為剛體(剛化)，則平衡狀態(tài)保持不變。

對(duì)變形體剛化，一定要在變形體達(dá)到平衡后才能進(jìn)行。如圖1–13，柔繩在等值、反向、共線的兩個(gè)拉力作用下處于平衡，此時(shí)可將柔繩剛化，則平衡狀 6 模具設(shè)計(jì)工程師認(rèn)證培訓(xùn)教材

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態(tài)保持不變。若拉力改成壓力，則柔繩不 能平衡，就不能將其剛化。

公理五表明，變形體的平衡條件包括了剛體的平衡條件。因此，可以把任何已處于平衡的變形體看成是剛體，而對(duì)它應(yīng)用剛體靜力學(xué)的全部理論。這就是公理五的意義所在。

圖1–13 剛化公理

1.3 力偶及其性質(zhì)

●

力偶

作用在剛體上等值、反向而不共線的兩個(gè)力，稱為力偶。如圖1–14，駕駛員用雙手轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤，鉗工用絲錐攻螺紋，都是都是力偶作用于被轉(zhuǎn)動(dòng)物體的例子。力偶的作用效果是改變剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，或引起變形體的彎曲或扭轉(zhuǎn)。

圖1–14 力偶實(shí)例

由力F和F???F所構(gòu)成的力偶記為(F,F?)。力偶中兩個(gè)力的作用線所確定的平面稱為力偶的作用面，二力作用線之間的距離d稱為力偶臂，乘積Fd稱為力偶矩。力偶本身不能平衡，且兩力投影之和為零，也不存在合力。因此，力偶和力一樣，是力學(xué)中的一種基本力系?！?/p>

力偶矩矢量

從實(shí)際經(jīng)驗(yàn)知道，力偶(F,F?)使物體轉(zhuǎn)動(dòng)的效果與力偶三要素有關(guān)，即，力偶矩Fd、力偶作用面的方位和力偶使物體轉(zhuǎn)動(dòng)的方向。

F和F?力偶三要素可通過力偶矩矢量來完整表述。如圖1–15，對(duì)任意點(diǎn)O，上任意兩點(diǎn)A和B的矢徑分別為rA和rB，自B至A引矢量徑r，則力偶對(duì)點(diǎn)O之矩的大小和方向由下式確定

rA?F?rB?F??rA?F?rB?F?(rA?rB)?F?r?F

(1–12)上式表明：力偶對(duì)任意點(diǎn)之矩恒等于r?F，而與矩心位置無關(guān)。

定義矢徑r?F為力偶(F,F?)的力偶矩矢量，表示為M?r?F。M的大小等于力偶矩Fd，力偶作用面垂直于M，M的指向表達(dá)了力偶的轉(zhuǎn)向：逆著M 7 模具設(shè)計(jì)工程師認(rèn)證培訓(xùn)教材

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圖1–15 力偶矩矢量

圖1–16 力偶作用面平移 矢量回頭看，力偶使物體逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。

可以證明，在保持力偶矩不變的條件下，力偶具有如下性質(zhì)： 1.力偶在作用面內(nèi)任意移動(dòng)不會(huì)改變對(duì)同一剛體的作用效果； 2.力偶作用面在空間平行移動(dòng)不會(huì)該變它對(duì)同一剛體的作用效果，如圖1–16所示；

3.兩個(gè)力偶可以合成為一個(gè)力偶，合力偶矩矢量M等于原兩力偶矩矢量M1和M2的矢量和，即力偶矩矢量服從平行四邊形定律

M?M1?M(1–13)上述性質(zhì)表明，即力偶矩矢量是自由矢量。進(jìn)一步可知道，作用在同一剛體上兩力偶的等效條件是其力偶矩矢量相等。●

平面力偶

若力偶系中各力偶的作用面相同或平行，則稱為平面力偶系。將平面力偶系所在平面取為Oxy平面，且z軸垂直于平面向外。平面力偶系中各力偶矩矢量均平行于z軸，因此可將其簡(jiǎn)化成代數(shù)量：逆著z軸看回去，對(duì)逆時(shí)針力偶，規(guī)定其力偶矩為Fd；反之，力偶矩為?Fd。圖1–15中是常用的平面力偶的各種表示方法。

圖1–17平面力偶及其表示方法

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對(duì)平面力偶，其等效條件是其力偶矩的代數(shù)值相等。

平面力偶系的合成由空間力偶系的矢量運(yùn)算退化成代數(shù)運(yùn)算，合力偶的力偶矩M等于各分力偶的力偶矩Mi的代數(shù)和，即

nM??i?1Mi

(1–14)例1–3：如圖1–18，剛體ABCDO的ABC面 和ACD面上分別作用有力偶M1和M2。如已知M1?M2?M0，剛體各部分尺寸示于圖中，試求作用與剛體上的合力偶。

解：力偶M1作用面的外法線矢量r1為

r1?rCA?rCB?(?3di?2dj?dk)?(?3di)?3d(j?2k)2

圖1–18 例1–3圖

13同法可得力偶M2作用面的外法線矢量r2

2r2?d(2i?2j)

將r1和r2歸一化后得到單位矢量n1和n2

n1?r1r1?(j?2k)5n2?r2r2?(2i?3j)13由此得到

M1?M0n1?M0(j?2k)M?M1?M5M2?M0n2?M0(2i?3j)

進(jìn)而求得合力偶的力偶矩矢量為

2?M0(0.555i?1.279j?0.899k)

1.4 力系的簡(jiǎn)化

所謂力系的簡(jiǎn)化，即為尋求一個(gè)已知力系的更簡(jiǎn)單的等效力系。研究力系的簡(jiǎn)化，不僅可以導(dǎo)出力系平衡條件的普遍形式，而且也為動(dòng)力學(xué)和變形體力學(xué)的研究創(chuàng)造條件?！?/p>

力線平移定理

從公理二可知，力是滑動(dòng)矢量，但若將其作用線位置平行移動(dòng)，則會(huì)改變它對(duì)剛體的作用效果。

如圖1–19(a)，力F作用于剛體上點(diǎn)A，為了把它平移到剛體上的任意點(diǎn)O且不改變它對(duì)剛體的作用效果，可在點(diǎn)O加上一對(duì)與力F等值且平行的力F?與F??。由于F?與F??構(gòu)成平衡力系，根據(jù)公理二，圖1–19(b)所示力系與原力F等效。如果將F?看作F平移到點(diǎn)O的力，則F與F??構(gòu)成一個(gè)附加力偶，其力偶矩矢量M等于力F對(duì)O點(diǎn)之矩r?F，如圖1–19(c)所示。

由此得到力線平移定理：欲使作用于剛體上的力平移到剛體(或其延伸部分)上指定點(diǎn)而不改變?cè)摿?duì)剛體的作用效果，只需附加一個(gè)力偶，該力偶的矩等 9 模具設(shè)計(jì)工程師認(rèn)證培訓(xùn)教材

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圖1–19 力的平移

于原力對(duì)指定點(diǎn)之矩。●

力系向一點(diǎn)的簡(jiǎn)化

現(xiàn)利用力線平移定理來研究力系向一點(diǎn)的簡(jiǎn)化。

如圖1–20(a)，剛體受空間任意力系F1,F2,?Fn的作用。對(duì)剛體上任意指定點(diǎn)O，將力系中各力Fi平移到點(diǎn)O，并依據(jù)力線平移定理加上相應(yīng)的附加力偶Mi，如圖1–20(b)。由此得到一作用于點(diǎn)O的空間共點(diǎn)力系F1?,F2?,?Fn?和n個(gè)附加力偶組成的力偶系，它們與原力系等效。點(diǎn)O稱為簡(jiǎn)化中心。

對(duì)共點(diǎn)力系F1?,F2?,?Fn?，可逐次應(yīng)用力的平行四邊形公理求出其合力FR，F(xiàn)R的大小和方向由原力系中各力的矢量和確定

nniiFR??F???F

(1–15)

i?1i?1附加力偶系也可合成為一個(gè)力偶，合力偶矩MO等于原力系中各力對(duì)O點(diǎn)矩之和

nnMO??i?1Mi??i?1MO(Fi)

(1–16)

圖1–20 力系向一點(diǎn)的簡(jiǎn)化

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如圖1–17(c)，定義FR為力系的主矢，MO為力系對(duì)簡(jiǎn)化中心的主矩。由此可知：空間任意力系可簡(jiǎn)化為作用在簡(jiǎn)化中心的一個(gè)力和一個(gè)力偶，對(duì)應(yīng)的力矢量和力偶矩矢量分別稱為力系的主矢和對(duì)簡(jiǎn)化中心的主矩。顯然，主矢與簡(jiǎn)化中心位置無關(guān)，是自由矢量；主矩通常隨簡(jiǎn)化中心位置的變化而變化，是定位矢量。若力系主矢為零矢量，則主矩與簡(jiǎn)化中心位置無關(guān)。

由以上的簡(jiǎn)化過程不難看出，當(dāng)兩個(gè)力系的主矢和對(duì)同一點(diǎn)的主矩相同時(shí)，兩力系等效。

例1–4：圖1–21結(jié)構(gòu)受力如圖，已知F1水平，F(xiàn)2 豎直，兩者大小均為600N，且受到力偶矩為400N?m的力偶M作用。l?1m，點(diǎn)A與點(diǎn)O的距離為b?0.5m。試求此力系向點(diǎn)A的簡(jiǎn)化結(jié)果，以及對(duì)點(diǎn)O的力矩之和。

解：以點(diǎn)A為原點(diǎn)建立Axy坐標(biāo)系，將F1和F2向點(diǎn)A簡(jiǎn)化，得到主矢FR和主矩MA為

F?F1?F2??600(i?j)N

MA?(F1l?13F2l?M)k?0

力系對(duì)點(diǎn)O之矩MO

MO?M?MO(F1)?Ml3O(F2)?F1lk?F2(b?)k?400k?300k N?m

圖1–21 例1–4圖

●

簡(jiǎn)化結(jié)果分析

空間任意力系向任一點(diǎn)O簡(jiǎn)化，得到主矢FR和主矩MO以后，還可根據(jù)不同情形，進(jìn)一步簡(jiǎn)化到最簡(jiǎn)單力系?，F(xiàn)分別予以討論。

(1)FR?0，MO?0。原力系是一個(gè)平衡力系，將在第三章中詳細(xì)討論。(2)FR?0，MO?0。原力系簡(jiǎn)化為一力偶，其力偶矩等于力系對(duì)點(diǎn)O的主矩，且該主矩不因簡(jiǎn)化中心位置的不同而改變。

圖1–22力系有合力

圖1–23 力系簡(jiǎn)化成力螺旋

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(3)FR?0，MO?0。原力系簡(jiǎn)化為一合力，其作用線過簡(jiǎn)化中心O，大小、?M?0方向由力系的主矢FR確定。

(4)FR?0，MO?0，且FRO。原力系有合力。

?MO如圖1–22，逆著MO看回去，將FR右移至點(diǎn)O1得FR?，若OO1點(diǎn)簡(jiǎn)化，則主矩MO?0，根據(jù)(3)，力系的合力FR?FR，則FR產(chǎn)生的附加力偶矩與MO大小相等，方向相反。因此，若將原力系直接向O11過O1。

MO反之，若將力系的合力從O1平移到點(diǎn)O，則附加力偶MO(FR?)?n，由主矩的定義可知MO??i?1MO(Fi)n，因而有

OMO(FR?)??i?1M(Fi)

(1–17a)投影到任意軸x上，可得

nMx(FR?)??Mi?1x(Fi)

(1–17b)式(1–17)即為合力矩定理：對(duì)有合力的力系，合力對(duì)任一點(diǎn)(或軸)之矩，等于力系中各力對(duì)同一點(diǎn)(或軸)的矩之和。

(5)FR?0，MO?0，且FR?MO?0。原力系可簡(jiǎn)化為力螺旋。

如圖1–22，將MO沿FR和垂直于FR分解為M?和M??。根據(jù)(4)，可將FR和，從而將原力系簡(jiǎn)化成一個(gè)力FR?和一個(gè)沿力作用線的的力偶M?，即力螺旋。若力和力偶方向一致，為由力螺旋，反之，為左力螺旋。同力偶一樣，力螺旋也是一個(gè)最簡(jiǎn)單的力系，它是空間任意力系簡(jiǎn)化的最一般形式。

例1–5：如圖1–24(a)，鉚 接薄板在孔心A、B和C三處分別受力作用。已知各力的大小P1?100N，P2?50N，P3?200N。圖中尺寸單位是。試求力系向點(diǎn)A的簡(jiǎn)化結(jié)果以及力系的合力。

解：這是一個(gè)平面力系，圖1–24 例1–5圖 力系向平面內(nèi)任意一點(diǎn)簡(jiǎn)化，主矢與主矩都垂直。因此，平面力系在主矢不為零時(shí)一定存在合力。

以點(diǎn)A為原點(diǎn)建立Axy坐標(biāo)系，將力系向A點(diǎn)簡(jiǎn)化，主矢FR和主矩MA為

FR?P1?P2?P3?200i?150j N MA?6P2?300k N?cm

在平面力系的簡(jiǎn)化中，主矩通常采用平面上力對(duì)點(diǎn)的形式，即 cmM??合成為一個(gè)作用線過O1的力FR? 12 模具設(shè)計(jì)工程師認(rèn)證培訓(xùn)教材

工程力學(xué)

由于主矢不等于零，所以這個(gè)力系可合成一個(gè)力。合力R的大小和方向由主矢FR確定，R作用線距點(diǎn)A的距離p MA?6P2?300 N?cmp?MAFR?1.2cm

在主矢FR右側(cè)，如圖1–24(b)。

因?yàn)镸A?0，所以從上向下看，合力R●

平行力系的中心 重心

作用線相互平行的力系稱為平行力系。如圖1–20，設(shè)平行力系F1,F2,?Fn，作用線的單位矢量為e，F(xiàn)i的作用點(diǎn)對(duì)原點(diǎn)O的位置矢徑為ri。力系中各力可表示為

Fi?Fie式(1–25)中，F(xiàn)ie?

(1–18)Fi?e為力Fi在e上的投影。若Fi和

圖1–25平行力系 同向，則Fi為Fi的大小；反之，則Fi為Fi大小之相反數(shù)。

平行力系的主矢FR和對(duì)O點(diǎn)的主矩MO分別為

nniFR?M?Fi?1n?(?Fi)ei?1nni

(1–19)O??i?1MO(Fi)??ri?1?(Fie)?(?Firi)?ei?1由式(1–19)可知，主矩MO垂直于力系主矢FR。根據(jù)力系簡(jiǎn)化理論，平行力系在主矢不為零時(shí)一定存在合力。

平行力系合力作用點(diǎn)C稱為平行力系的中心。設(shè)其位置矢徑為rC，根據(jù)合力矩定理

nnn(?Firi)?e?rC?(?Fi)e?(?Fi)rC?ei?1i?1i?(1–20)式(1–20)左側(cè)是力系對(duì)點(diǎn)O的主矩，右側(cè)是合力對(duì)點(diǎn)O之矩。立刻可得

nniirC??Fri?1?F

(1–21a)

ii?1對(duì)應(yīng)的分量形式為

nniini?FxxC?i?1n?FyC?i?1ni?1yizC?i?Fzii?1ni

(1–21b)

?Fi?1i?F?Fi?1i其中，xi、yi和zi是力Fi作用點(diǎn)坐標(biāo)。

模具設(shè)計(jì)工程師認(rèn)證培訓(xùn)教材

工程力學(xué)

圖1–26 例1–6圖

例1–6：如圖1–26(a)，xoy平面內(nèi)的平行分布載荷作用在x軸的區(qū)間[a b]上，單位長(zhǎng)度上的載荷大小，即載荷集度，為q(x)。試求該力系的合力。

解：如圖1–26(a)，在x處取長(zhǎng)為dx的的微段，其上力的大小為

dF?q(x)dx

故力系合力FR的大小為

FR?Q?? b aq(x)dx

(1–22a)設(shè)合力作用點(diǎn)C位于xC處，以O(shè)為矩心，根據(jù)合力矩定理

Qxc?? b b aq(x)xdx

因此

xc?? aq(x)xdx? b aq(x)dx

(1–22b)圖1–26也稱為載荷圖。式(1–22)的幾何含義是：平面分布載荷的合力的大小等于載荷圖的面積，合力作用線通過載荷圖的幾何中心。因此，對(duì)圖1–26(b)所示的均布載荷，合力大小為Q?ql，作用在圖形中心；對(duì)圖1–26(b)所示的三角形分布載荷，合力大小為Q?0.5ql，作用在距三角形長(zhǎng)邊的l3處。

如果物體的尺寸相對(duì)地球很小，則地球附近物體上所受重力可近似成平行力系，此平行力系中心就是物體的重心。對(duì)均質(zhì)物體，重心位置只與物體形狀有關(guān)，又稱為物體的形心，其公式為

xC??VVixiyC??VViyizC?i?VVizi

(1–23a)

i其中Vi和V??V分別是微元及物體的體積，x、y和z是微元的位置。如果ii物體為等厚均質(zhì)板，則重心只與面積分布有關(guān)

xC??SixiSyC??SiyiS

(1–23b)則對(duì)非均勻物體，其重心位置直接按式(1–21)計(jì)算。

一些常見的簡(jiǎn)單形體的重心可參閱圖1–27。

模具設(shè)計(jì)工程師認(rèn)證培訓(xùn)教材

工程力學(xué)

圖1–27 簡(jiǎn)單形體重心表

例1–7：求z形截面中心的位置，其尺寸如圖1–28所示。

解：建立坐標(biāo)系如圖1–28所示。將該圖分割為面積為S1、S2和S3的三個(gè)矩 15 模具設(shè)計(jì)工程師認(rèn)證培訓(xùn)教材

工程力學(xué)

形，以C1、C2和C3表示這些矩形的重心，其 坐標(biāo)分別為x1、y1，x2、y2，x3、y3。由圖形得到

x1??15mmx2?5mmx3?15mmy1?45mmy2?30mmy3?5mmS1?400mmS2?400mmS3?300mm

由此得到該截面重心的坐標(biāo)xCxC?yC?S1x1?S2x2?S3x3S1?S2?S3S1y1?S2y2?S3y3S1?S2?S3?2mm、yC為

?27mm若在物體或薄板內(nèi)切去一部分，則這類物體的重心，仍然可利用式(1–23)來計(jì)算，只是切去部分的面積或體積應(yīng)取負(fù)值。

圖1–28 例1–7圖

第二篇：工程力學(xué)靜力學(xué)所有課后習(xí)題答案

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理論力學(xué) 第Ⅱ冊(cè)(和興鎖)課后答案 科學(xué)出版社

理論力學(xué) 課后答案

本書根據(jù)教育部高等工業(yè)學(xué)校理論力學(xué)教學(xué)的基本要求編寫，分為兩冊(cè)。第Ⅰ冊(cè)內(nèi)容包括靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)、質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)、動(dòng)力學(xué)普遍定理和達(dá)朗貝爾原理等；第Ⅱ冊(cè)內(nèi)容包括碰撞、虛位移原理、拉格朗日方程、二自由度系統(tǒng)的振動(dòng)和剛體動(dòng)力學(xué)等。全書例題豐富，并配有思考題、習(xí)題和答案。

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理論力學(xué) 修訂版(徐燕侯 郭長(zhǎng)銘)課后答案 中國(guó)科技大學(xué)出版社

理論力學(xué) 修訂版 無 課后答案

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理論力學(xué)(羅特軍)課后答案 四川大學(xué)出版社

理論力學(xué) 課后答案

《高等學(xué)校工科力學(xué)系列教材：理論力學(xué)》是四川省教改項(xiàng)目“工程力學(xué)精品課程建設(shè)”的研究成果，對(duì)傳統(tǒng)的理論力學(xué)體系進(jìn)行了較大的改進(jìn)，以適應(yīng)面向21世紀(jì)教學(xué)改革及大量培養(yǎng)高等科技人才的需要。本書以理論力學(xué)的基本內(nèi)容為主，適當(dāng)提高了起點(diǎn)，力求做到邏輯清晰、易于教學(xué)。

本書可作為高等院校工科本科各專業(yè)的理論力學(xué)教材。少學(xué)時(shí)理論力學(xué)課程可根據(jù)需要對(duì)內(nèi)容進(jìn)行取舍。本書可供成人高校、高職高專的師生及有關(guān)工程技術(shù)人員參考。

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理論力學(xué) 第2版(李卓球)課后答案 武漢理工大學(xué)出版社

理論力學(xué) 第2版 無 課后答案

根據(jù)高等學(xué)校理論力學(xué)課程教學(xué)的基本要求，《理論力學(xué)（第2版）》結(jié)合工科相關(guān)專業(yè)應(yīng)用基礎(chǔ)的特點(diǎn)，在保留理論力學(xué)經(jīng)典內(nèi)容的前提下，適當(dāng)更新和精煉了教材內(nèi)容。《理論力學(xué)（第2版）》主要內(nèi)容為靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)三大部分。《理論力學(xué)（第2版）》適用于高等學(xué)校工科力學(xué)和工程類各專業(yè)的理論力學(xué)教材，各專業(yè)可以根據(jù)需要選用全部或部分內(nèi)容，也可供有關(guān)工程技術(shù)人員參考。

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理論力學(xué) 第2版 課后答案(同濟(jì)大學(xué)航空航天與力學(xué)學(xué)院基礎(chǔ)力學(xué)教學(xué)研究部)同濟(jì)大學(xué)出版社

理論力學(xué) 第2版 無 課后答案

《同濟(jì)大學(xué)工程力學(xué)系列教材：理論力學(xué)（第2版）》共分三篇，分別為靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)。本書保持了同濟(jì)大學(xué)原理論力學(xué)教研室1990年版《理論力學(xué)》的體系和風(fēng)格，但對(duì)該版教材的內(nèi)容和習(xí)題作了部分調(diào)整。

本書以土木、水利、機(jī)械等工程實(shí)際為背景，注重物理概念的闡述和力學(xué)建模能力的培養(yǎng)，通過課程內(nèi)容與體系的改革，努力做到理論與應(yīng)用并重。本書例題、習(xí)題豐富，能達(dá)到熟練掌握基本理論、基本方法和計(jì)算技能的教學(xué)要求。

本書主要用作普通工科院校土建、橋梁、水利、機(jī)械等專業(yè)的教材，也可供有關(guān)工程技術(shù)人員參考。

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2012-11-30 00:37

求 理論力學(xué)(武清璽 陸曉敏 殷德順 著)中國(guó)電力出版社 課后答案

麻煩各路大俠，路見不平拔刀相助下，因?yàn)闆]有答案，這門理論力學(xué)有點(diǎn)難下手啊····對(duì)于我們土木專業(yè)的學(xué)生來說，這門就是基礎(chǔ)，如果這門沒有學(xué)好，以后的材料力學(xué)等等課程就很難跟得上了，拜托了！

2701

a7358890

2010-10-19 15:40

理論力學(xué)(馮維明)課后答案 國(guó)防工業(yè)出版社

跪求《理論力學(xué)》

國(guó)防工業(yè)出版社

馮維明 主編 的課后習(xí)題答案~·~~~~~ 運(yùn)動(dòng)學(xué)部分分四章，主要內(nèi)容為：點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、剛體的基本運(yùn)動(dòng)、點(diǎn)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)及剛體的平面運(yùn)動(dòng)。動(dòng)力學(xué)部分為九章，主要內(nèi)容為：剛體動(dòng)力學(xué)的基本概念、力系的簡(jiǎn)化與平衡、質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)、動(dòng)量定理、動(dòng)量矩定理、動(dòng)能定理、達(dá)朗貝爾原理、虛位移原理反動(dòng)力學(xué)普遍方程和機(jī)械振動(dòng)基礎(chǔ)。本教材在內(nèi)容上力求達(dá)到重點(diǎn)突出、條理清晰、結(jié)構(gòu)緊湊、敘述嚴(yán)謹(jǐn)，對(duì)較深的、提高性的內(nèi)容，則抓住實(shí)質(zhì)、特點(diǎn)作精煉的陳述。本教材還精選了例題和習(xí)題，注重啟發(fā)式教學(xué)，給學(xué)生留有充足的思維空間。

179 q@q_352098

2011-9-25 22:33

理論力學(xué) 第2版(唐國(guó)興 王永廉)課后答案 機(jī)械工業(yè)出版社

求此書答案 《理論力學(xué)（第2版）》共十五章，包括靜力學(xué)基礎(chǔ)，平面匯交力系，力矩、力偶與平面力偶系，平面任意力系，空間力系，靜力學(xué)專題，點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)學(xué)，剛體的基本運(yùn)動(dòng)，點(diǎn)的合成運(yùn)動(dòng)，剛體的平面運(yùn)動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)基本方程，動(dòng)量定理，動(dòng)量矩定理，動(dòng)能定理，動(dòng)靜法。每章都配有大量的例題、復(fù)習(xí)思考題與習(xí)題，并在《理論力學(xué)（第2版）》的最后，給出了習(xí)題參考答案和參考文獻(xiàn)。

415

okey

2012-11-7 10:57

理論力學(xué)(唐國(guó)興 王永廉)課后答案 機(jī)械工業(yè)出版社

課后習(xí)題答案 《普通高等教育規(guī)劃教材：理論力學(xué)》共15章，包括靜力學(xué)基礎(chǔ)、平面匯交力系、力矩·力偶·平面力偶系、平面任意力系、空間力系、靜力學(xué)專題、點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、剛體的基本運(yùn)動(dòng)、點(diǎn)的合成運(yùn)動(dòng)、剛體的平面運(yùn)動(dòng)、質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)基本方程、動(dòng)量定理、動(dòng)量矩定理、動(dòng)能定理、動(dòng)靜法。每章都配有大量的例題、復(fù)習(xí)思考題與習(xí)題，并在書后給出了習(xí)題參考答案。

第三篇：工程力學(xué)基礎(chǔ)課件

導(dǎo)語：工程力學(xué)涉及眾多的力學(xué)學(xué)科分支與廣泛的工程技術(shù)領(lǐng)域，是一門理論性較強(qiáng)、與工程技術(shù)聯(lián)系極為密切的技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)科，工程力學(xué)的定理、定律和結(jié)論廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的工程技術(shù)中，是解決工程實(shí)際問題的重要基礎(chǔ)。以下是工程力學(xué)基礎(chǔ)課件的內(nèi)容，希望你們喜歡！

工程力學(xué)基礎(chǔ)教案

第一章 靜力學(xué)基礎(chǔ)

力學(xué)包括靜力學(xué)，動(dòng)力學(xué)，運(yùn)動(dòng)學(xué)三部分，靜力學(xué)主要研究物體在力系作用下的平衡規(guī)律，靜力學(xué)主要討論以下問題：

1.物體的受力分析；

2.力系的等效.與簡(jiǎn)化；

3.力系的平衡問題。

第1講§ 1 － 1靜力學(xué)的基本概念 §1-2靜力學(xué)公理

【目的與要求】、使學(xué)生對(duì)靜力學(xué)基本概念有清晰的理解，并掌握靜力學(xué)公理及應(yīng)用范圍。

2、會(huì)利用靜力學(xué)靜力學(xué)公理解決實(shí)際問題。

【重點(diǎn)、難點(diǎn)】

1、力、剛體、平衡等概念；

2、正確理解靜力學(xué)公理。

一、靜力學(xué)的基本概念

1、力和力系的概念

一）力的概念

1）力的定義：力是物體間的相互作用，這種作用使物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或形狀發(fā)生改變。（舉例理解相互作用）

2)力的效應(yīng)：

○ 1外效應(yīng)（運(yùn)動(dòng)效應(yīng)）：使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化。（舉例）

○ 2內(nèi)效應(yīng)（變形效應(yīng)）：使物體的形狀發(fā)生變化。（舉例）

3）力的三要素：大小、方向、作用點(diǎn)。力是定位矢量

4）力的表示：

○ 1圖示

○2符號(hào)：字母＋箭頭 如：F??

二）力系的概念

1）定義：作用在物體上的一組力。（舉例）

2)力系的分類

○ 1按力的的作用線現(xiàn)在空間分布的形式：

A匯交力系 b平行力系 c一般力系

○ 2按力的的作用線是否在同一平面內(nèi)

A平面力系

B 空間力系

3)等效力系與合力

A等效力系 ——兩個(gè)不同力系，對(duì)同一物體產(chǎn)生相同的外效應(yīng)，則稱之

B合力——若一個(gè)力與一個(gè)力系等效，則這個(gè)力稱為合力

2.剛體的概念：

1）定義：在力的作用下保持其大小和形狀不發(fā)生變化。

2）理解：剛體為一力學(xué)模型。

3.平衡的概念：

1）平衡——物體相對(duì)慣性參考系（如地面）靜止或作勻速直線運(yùn)動(dòng)．

2)平衡力系——作用在剛體上使物體處于平衡狀態(tài)的力系。

3平衡條件——平衡力系應(yīng)滿足的條件。

二、靜力學(xué)公里

公理1 二力平衡公里

作用在剛體上的兩個(gè)力，使剛體保持平衡的必要和充分條件是：這兩個(gè)力的大小相等，方向相反，且 作用在同一直線上。

使剛體平衡的充分必要條件

二力構(gòu)件：在兩個(gè)力作用下處于平衡的物體。

公理2 加減平衡力系原理

在已知力系上加上或減去任意的平衡力系，并不改變厡力系對(duì)剛體的作用。

推理1 力的可傳性 作用于剛體上某點(diǎn)的力，可以沿著它的作用線移到剛體內(nèi)任意一點(diǎn)，并不改變?cè)摿?duì)剛體的作用。作用在剛體上的力是滑動(dòng)矢量，力的三要素為大小、方向和作用線．

公理3 作用和反作用定律

作用力和反作用力總是同時(shí)存在，同時(shí)消失，等值、反向、共線，作用在相互作用的兩個(gè)物體上．

公理4 力的平行四邊形法則

作用在物體上同一點(diǎn)的兩個(gè)力，可以合成為一個(gè)合力。合力的作用點(diǎn)也在該點(diǎn)，合力的大小和方向，由這兩個(gè)力為邊構(gòu)成的平行四邊形的對(duì)角線確定，如圖所示F1+ F2= FR

推理2 三力平衡匯交定理

作用于剛體上三個(gè)相互平衡的力，若其中兩個(gè)力的作用線匯交于一點(diǎn)，則此三力必在同一平面內(nèi)，且 第三個(gè)力的作用線通過匯交點(diǎn)。平衡時(shí)3F必與12F共線則三力必匯交O 點(diǎn)，且共面．

【小結(jié)】： 本節(jié)重點(diǎn)介紹了力的概念、四個(gè)公理和二個(gè)推論；二力構(gòu)件與三力構(gòu)件，應(yīng)掌握其判斷方法；注意作用與反作用公理與二力平衡條件的區(qū)別。

【作業(yè)】思考題 1-

1、1-2

第四篇：汽車機(jī)械基礎(chǔ)教案-第一篇(工程力學(xué))

【課題】第一章 靜力學(xué)基礎(chǔ) 【教材版本】

張讓莘.汽車機(jī)械基礎(chǔ).北京：高等教育出版社，2005 【教學(xué)目標(biāo)】

1．知識(shí)目標(biāo)：通過本章內(nèi)容的學(xué)習(xí)，明確力、平衡、剛體和約束等重要概念；掌握靜力學(xué)四個(gè)公理及其推論所概括的力的基本性質(zhì)；了解各種常見典型約束的性質(zhì)，會(huì)正確表示典型約束的約束反力。

2．能力目標(biāo)：通過講解與練習(xí)，初步學(xué)會(huì)對(duì)物體進(jìn)行受力分析的方法，能正確畫出研究對(duì)象的受力圖；通過學(xué)習(xí)逐步建立工程的觀點(diǎn)。3．情感目標(biāo)：通過聯(lián)系實(shí)際，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)力學(xué)的興趣?！窘虒W(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)】

教學(xué)重點(diǎn)：力、剛體、平衡的概念；基本公理；受力分析及畫受力圖。教學(xué)難點(diǎn)：約束類型及約束反力分析；受力分析及畫受力圖?！窘虒W(xué)媒體及教學(xué)方法】

教師可在課堂講授或答疑時(shí)進(jìn)行啟發(fā)式教學(xué)、提問和引導(dǎo)，使學(xué)生掌握并深入理解基本內(nèi)容。為了更好地提高教學(xué)質(zhì)量，建議在教學(xué)過程中某些內(nèi)容可以采用教具、模型、掛圖、演示，實(shí)驗(yàn)，以及采用電化教學(xué)手段等。在條件許可的情況下，還可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)參觀教學(xué)，使學(xué)生能將簡(jiǎn)單的實(shí)際問題與課程抽象模型相聯(lián)系。如本章中在講述鉸鏈約束時(shí)，最好利用模型和教具進(jìn)行演示，以增加學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)。本章重要的基本概念較多，并且這些概念在以后各章中要反復(fù)運(yùn)用，所以應(yīng)使學(xué)生加深理解。講解的習(xí)題中，綜合分析和較難的不宜過多，不宜過分強(qiáng)調(diào)工種專業(yè)，但可適當(dāng)有所側(cè)重。通過練習(xí)，讓學(xué)生熟練掌握受力圖的畫法。

【課時(shí)安排】

3課時(shí)（135分鐘）【教學(xué)建議】

教學(xué)中應(yīng)使用教材（包括學(xué)習(xí)指導(dǎo)）、教具、模型、掛圖。根據(jù)學(xué)生基本情況及課堂上的的總體反應(yīng)，靈活使用不同的教學(xué)方法，加強(qiáng)和學(xué)生的互動(dòng)，尤其聯(lián)系工程實(shí)際使學(xué)生積極地參與到教學(xué)活動(dòng)中來。【教學(xué)過程】

一、導(dǎo)入（5分鐘）

上中學(xué)時(shí)，在物理課中我們學(xué)習(xí)過力學(xué)，現(xiàn)在我們又來學(xué)習(xí)力學(xué)。但此力學(xué)非彼力學(xué)。介紹物理中學(xué)習(xí)過的力學(xué)與理論力學(xué)中的相同點(diǎn)與不同點(diǎn)。

二、新授（120分鐘）

1．力的概念（15分鐘）

教師分析講解：力是物體間相互的機(jī)械作用。

教師演示：以相互作用明顯的，如輪滑、武術(shù)、射擊等為例。2．剛體的概念（5分鐘）

教師分析講解：剛體，是指在任何力的作用下都不發(fā)生變形（或者說其內(nèi)任意兩點(diǎn)間距離保持不變）的物體。

學(xué)生復(fù)習(xí)：與質(zhì)點(diǎn)比較。

教師演示：后面將要學(xué)到的變形體。3．平衡的概念（5分鐘）

教師分析講解：物體的平衡是物體相對(duì)于地面處于靜止或作勻速直線運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。

學(xué)生復(fù)習(xí)：平衡是相對(duì)的，而運(yùn)動(dòng)是絕對(duì)的。用哲學(xué)的觀點(diǎn)分析問題。4．靜力學(xué)基本公理（25分鐘）

教師分析講解：四個(gè)公理的內(nèi)容、適用范圍及推論，重點(diǎn)是應(yīng)用。學(xué)生復(fù)習(xí)：聯(lián)系實(shí)際。5．約束與約束反力（30）

教師分析講解：四種約束的定義、簡(jiǎn)化表示、其約束反力的表示方法及一般求解方法。

學(xué)生復(fù)習(xí)：進(jìn)行對(duì)比，并進(jìn)一步掌握約束反力的類型判斷。6．物體的受力分析和受力圖（40）

教師分析講解：受力分析的定義，通過例題說明畫受力圖的步驟，特別是其注意事項(xiàng)。

學(xué)生練習(xí)：在黑板上做練習(xí)，互相糾錯(cuò)。

三、課堂討論及作業(yè)（10分鐘）

課堂討論，教師可提出一些問題，如中學(xué)力學(xué)與理論力學(xué)的不同與相同點(diǎn)。也可由學(xué)生提出問題展開。

在布置作業(yè)前，可簡(jiǎn)要總結(jié)本節(jié)課的內(nèi)容。指出需要注意的問題，并可請(qǐng)學(xué)生根據(jù)所學(xué)內(nèi)容，分析一些工程實(shí)際。

作業(yè)

學(xué)習(xí)指導(dǎo)中第一章后習(xí)題中：(一)填空題1．3．

5、（二）選擇題2．4．

6、（三）判斷題、(四)簡(jiǎn)答題1．

3、(五)作圖題1．（a）(c)、3（2）。

【課題】第二章平面匯交力系 【教材版本】

張讓莘.汽車機(jī)械基礎(chǔ).北京：高等教育出版社，2005 【教學(xué)目標(biāo)】

1．知識(shí)目標(biāo)：了解平面匯交力系合成的幾何法及平衡的幾何條件，能熟練計(jì)算力在坐標(biāo)軸上的投影，掌握合力投影定理，掌握平面匯交力系合成的解析法及平衡的解析條件。

2．能力目標(biāo)：通過講解與練習(xí)，具備運(yùn)用平衡方程熟練求解簡(jiǎn)單的平面匯交力系平衡問題的能力。

3．情感目標(biāo)：通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生迅速進(jìn)入到解決理論力學(xué)中最廣泛的平衡問題中去，享受到成功的樂趣?！窘虒W(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)】

教學(xué)重點(diǎn)：合力投影定理及平面匯交力系平衡方程的應(yīng)用。教學(xué)難點(diǎn)：平面匯交力系的合成與平衡——幾何法。【教學(xué)媒體及教學(xué)方法】

本章很多內(nèi)容是原理性方面的，如匯交二力合成的三角形法則（力多邊形法則）、合力投影定理及平面匯交力系平衡的條件等，因此在課堂講授或答疑時(shí)進(jìn)行啟發(fā)式教學(xué)、提問、引導(dǎo)和演示，使學(xué)生掌握并深入理解原理本質(zhì)及適用條件，特別是注意事項(xiàng)。講解的習(xí)題應(yīng)具有代表性，能夠舉一反三。

【課時(shí)安排】

2課時(shí)（90分鐘）【教學(xué)建議】

教學(xué)中應(yīng)使用教材（包括學(xué)習(xí)指導(dǎo)）及掛圖。根據(jù)學(xué)生基本情況及課堂上的的總體反應(yīng)，靈活使用不同的教學(xué)方法，加強(qiáng)和學(xué)生的互動(dòng)，尤其聯(lián)系工程實(shí)際使學(xué)生能迅速接受解決平衡問題的思路與方法?！窘虒W(xué)過程】

一、導(dǎo)入（5分鐘）

在學(xué)習(xí)了靜力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)及具備了畫受力圖的能力后，我們就可以進(jìn)入到理論力學(xué)的重要內(nèi)容----平衡問題的學(xué)習(xí)上來了。當(dāng)然要解決平衡問題，首先要學(xué)習(xí)各種力系的合成。我們這一章就來學(xué)習(xí)習(xí)近平面匯交力系的合成與平衡。

二、新授（75分鐘）

1．力的合成（15分鐘）

教師分析講解：力的三角形法則及多邊形法則。

學(xué)生復(fù)習(xí)：力的平行四邊開公理。2．力在直角坐標(biāo)軸上的投影（5分鐘）教師分析講解：投影概念、正負(fù)、表達(dá)式。

學(xué)生復(fù)習(xí)：投影與分力的區(qū)別與聯(lián)系，根據(jù)投影求力的方法。3．合力投影定理（5分鐘）

教師分析講解：合力在任一軸上的投影，等于各分力在同一軸上投影的代數(shù)和。

4．平面匯交力系合成的解析法（25分鐘）

教師分析講解：平面匯交力系的解析法就是用力在坐標(biāo)軸上的投影，計(jì)算合力的大小，確定合力的方向。

5．平面匯交力系平衡的解析法（25）

教師分析講解：平面匯交力系平衡的解析條件是：力系中所有各力在兩個(gè)相互垂直的坐標(biāo)軸上的投影的代數(shù)和都等于零。其平衡方程為：

?R?Rxy?0????0??

2?7?學(xué)生復(fù)習(xí)：畫受力圖、列方程、解方程組。學(xué)生練習(xí)：在黑板上做練習(xí)，互相糾錯(cuò)。

三、課堂討論及作業(yè)（10分鐘）

課堂討論，教師與學(xué)生之間或?qū)W生相互之間提出一些問題展開，如力在不同坐標(biāo)軸上的投影、平衡方程的求解及答案。

最后小結(jié)求解平面匯交力系平衡問題的一般方法步驟及注意事項(xiàng)。作業(yè)

學(xué)習(xí)指導(dǎo)中第二章后習(xí)題中：(一)填空題1．

2、（二）選擇題、（三）判斷題1．2．

6、(四)簡(jiǎn)答題1．

3、(五)作圖題2．3。

【課題】第三章 力矩與平面力偶系 【教材版本】

張讓莘.汽車機(jī)械基礎(chǔ).北京：高等教育出版社，2005 【教學(xué)目標(biāo)】

1．知識(shí)目標(biāo)：明確力矩和力偶的概念，掌握力矩計(jì)算方法、合力矩定理及力矩平衡條件，掌握力偶的等效性質(zhì)，了解平面力偶系的合成方法，掌握平面力偶系平衡條件，掌握力的平移定理。

2．能力目標(biāo)：具備運(yùn)用平衡方程熟練求解力偶系平衡問題的能力。3．情感目標(biāo)：使學(xué)生從喜歡平面匯交力系平衡問題到喜歡所有平衡問題及其應(yīng)用到的基本理論?！窘虒W(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)】

教學(xué)重點(diǎn)：力矩和力偶的概念、掌握平面力偶系平衡條件及應(yīng)用。教學(xué)難點(diǎn)：力矩和力偶的概念、力的平移定理?！窘虒W(xué)媒體及教學(xué)方法】

使用教材第三章及相應(yīng)的多媒體素材（如下圖）。

本章內(nèi)容主要有三部分，對(duì)每一部分內(nèi)容結(jié)合采用講授法、課堂討論及課堂練習(xí)等不同的教學(xué)方法。由于這些內(nèi)容概念多、原理多、計(jì)算多，分析講解一定要透徹，尤其是講解例題時(shí)，要注意適用條件，求什么，選取哪個(gè)構(gòu)件為研究對(duì)象，怎樣畫出正確的受力圖，什么情況下采用什么平衡條件，最后求解要細(xì)心。

【課時(shí)安排】

2課時(shí)（90分鐘）【教學(xué)建議】

教學(xué)中應(yīng)使用教材（包括學(xué)習(xí)指導(dǎo)）。根據(jù)學(xué)生基本情況及課堂上的的總體反應(yīng)，靈活使用不同的教學(xué)方法，加強(qiáng)和學(xué)生的互動(dòng)，尤其聯(lián)系工程實(shí)際使學(xué)生能迅速接受解決平衡問題的思路與方法?！窘虒W(xué)過程】

一、導(dǎo)入（5分鐘）

上一章我們學(xué)習(xí)了平面匯交力系的合成與平衡，已經(jīng)掌握了靜力學(xué)中最基本的平衡問題，其步驟（師生可大聲講出來）?，F(xiàn)在我們?cè)诖嘶A(chǔ)上，學(xué)習(xí)第二類平衡問題——平面力偶系的平衡。首先學(xué)習(xí)兩個(gè)概念：力矩及力偶。

二、新授（120分鐘）

1．力矩、力偶和力偶矩（15分鐘）

教師分析講解：力矩、力偶、力偶矩的概念和計(jì)算。包括大小、正負(fù)規(guī)定，特別是力偶的三要素及特性。

學(xué)生復(fù)習(xí)：選1、2名學(xué)生到黑板上畫出力對(duì)點(diǎn)之矩，標(biāo)注力臂，寫出其表達(dá)式；畫出力偶，標(biāo)注力偶臂，寫出其表達(dá)式。其他學(xué)生根據(jù)教師提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行力矩和力偶矩的計(jì)算。

2．平面力偶系的合成與平衡條件（5分鐘）

教師分析講解：平面力偶系合成的結(jié)果仍是一力偶。因此力偶系的合成，就是求力偶系的合力偶矩；平面力偶系平衡的必要與充分條件是：力偶系中所有各力偶矩的代數(shù)和等于零。

學(xué)生復(fù)習(xí)：畫受力圖、列方程、解方程組。在黑板上做練習(xí)，互相糾錯(cuò)。3．力的平移定理（5分鐘）

教師分析講解：作用在剛體上的力Ｆ，可以平移至剛體任一點(diǎn)Ｏ，但必須附加一力偶，此附加力偶的矩，等于原力Ｆ對(duì)新作用點(diǎn)Ｏ的矩。

學(xué)生復(fù)習(xí)：通過一些實(shí)例，利用畫圖學(xué)習(xí)附加力偶及其計(jì)算，在教師指導(dǎo)下避免出錯(cuò)，并理解其重要意義。

三、課堂討論及作業(yè)（10分鐘）

課堂討論，教師與學(xué)生之間或?qū)W生相互之間提出一些問題展開，如力的作用效果（區(qū)分平動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)效果）、度量與力偶的作用效果與度量等。

最后小結(jié)幾個(gè)重要概念和計(jì)算及求解平面力偶系平衡問題的一般方法步驟及注意事項(xiàng)。

作業(yè)

學(xué)習(xí)指導(dǎo)中第三章后習(xí)題中：(一)填空題3．5．

6、（二）選擇題、（三）判斷題、(四)簡(jiǎn)答題

3、(五)作圖題1．3。

【課題】平面任意力系 【教材版本】

張讓莘.汽車機(jī)械基礎(chǔ).北京：高等教育出版社，2005 【教學(xué)目標(biāo)】

1．知識(shí)目標(biāo)：了解平面任意力系向一點(diǎn)簡(jiǎn)化的方法、熟練掌握平面任意力系平衡條件及平衡方程的應(yīng)用。

2．能力目標(biāo)：具備熟練計(jì)算平面任意力系作用下簡(jiǎn)單物體平衡問題的能力。3．情感目標(biāo)：由特殊到一般，對(duì)事物全面的認(rèn)識(shí)，使學(xué)生有一種登泰山小天下之感。

【教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)】

教學(xué)重點(diǎn)：平面任意力系平衡條件及簡(jiǎn)單物體平衡。教學(xué)難點(diǎn)：平面任意力系平衡條件及簡(jiǎn)單物體平衡?！窘虒W(xué)媒體及教學(xué)方法】

使用教材第四章及相應(yīng)的多媒體素材。

本章內(nèi)容有兩部分，第一部分內(nèi)容主要是理論推導(dǎo)，可采用講授法、課堂討論和練習(xí)法等教學(xué)方法。第二部分內(nèi)容可采用講授法及練習(xí)法。分析講解一定要透徹，而在例題講解時(shí)，每個(gè)步驟都要圍繞所求選取研究對(duì)象，列相應(yīng)方程?！菊n時(shí)安排】

2課時(shí)（90分鐘）【教學(xué)建議】

教學(xué)中應(yīng)使用教材（包括學(xué)習(xí)指導(dǎo)）。根據(jù)學(xué)生基本情況及課堂上的的總體反應(yīng)，靈活使用不同的教學(xué)方法，加強(qiáng)和學(xué)生的互動(dòng)，尤其聯(lián)系工程實(shí)際使學(xué)生能推廣到解決每一類平衡問題的思路與方法。

【教學(xué)過程】

一、導(dǎo)入（5分鐘）

前面我們已學(xué)習(xí)了兩類平衡問題，可以說已經(jīng)掌握了靜力學(xué)中的平衡問題的解決方法及其步驟（師生可大聲講出來）?，F(xiàn)在我們?cè)诖嘶A(chǔ)上，推廣到一般平衡問題——平面任意力系的平衡。

二、新授（75分鐘）

1．平面任意力系向一點(diǎn)簡(jiǎn)化（40分鐘）

教師分析講解：平面任意力系向任一點(diǎn)Ｏ簡(jiǎn)化，其一般結(jié)果為作用在簡(jiǎn)化中心Ｏ的一個(gè)力和一個(gè)力偶，這個(gè)力等于該力系的主矢作用于簡(jiǎn)化中心Ｏ。這個(gè)力偶的矩等于該力系對(duì)于點(diǎn)Ｏ的主矩。

學(xué)生復(fù)習(xí)：力的平移定理、主矩、主矢。2．平面任意力系的平衡條件和平衡方程（35分鐘）

教師分析講解：平面任意力系平衡的必要充分條件是：力系的主矢和對(duì)于任一點(diǎn)的主矩都等于零。平衡方程為：

?F?0???F?0? ?m(F)?0??xY0i學(xué)生復(fù)習(xí)：畫受力圖、列方程、解方程組。在黑板上做練習(xí)，互相糾錯(cuò)。

三、課堂討論及作業(yè)（10分鐘）

課堂討論，教師與學(xué)生之間或?qū)W生相互之間提出一些問題展開，如平面任意力系的判斷、簡(jiǎn)化中心的選取對(duì)計(jì)算的影響、主矩和主矢與原力系的等效性等。

最后小結(jié)主矩、主矢和計(jì)算及求解平面任意力系平衡問題的一般方法步驟及注意事項(xiàng)。最后簡(jiǎn)單總結(jié)或比較幾種平衡問題。

作業(yè) 學(xué)習(xí)指導(dǎo)中第四章后習(xí)題中：(一)填空題1．

2、（二）選擇題、（三）判斷題1．

3、(四)簡(jiǎn)答題、(五)計(jì)算題1．3。

【課題】第五章 摩擦 【教材版本】

張讓莘.汽車機(jī)械基礎(chǔ).北京：高等教育出版社，2005 【教學(xué)目標(biāo)】

1．知識(shí)目標(biāo)：了解滑動(dòng)摩擦的概念,明確靜滑動(dòng)摩擦力、最大靜滑動(dòng)力和動(dòng)滑動(dòng)摩擦力的概念，理解滑動(dòng)摩擦定律，理解摩擦角的基本概念和自鎖現(xiàn)象，了解滾動(dòng)摩擦的概念。

2．能力目標(biāo)：具備解決考慮摩擦?xí)r簡(jiǎn)單物體平衡問題的能力。

3．情感目標(biāo)：由抽象到具體，使學(xué)生對(duì)事物有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)，使學(xué)生能把從書本上學(xué)到的東西更快地用到實(shí)際中去，能真正地解決工程實(shí)際問題。【教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)】

教學(xué)重點(diǎn)：摩擦力概念和計(jì)算、滑動(dòng)摩擦定律、考慮摩擦?xí)r的平衡。教學(xué)難點(diǎn)：摩擦角、自鎖?！窘虒W(xué)媒體及教學(xué)方法】

使用教材第五章及相應(yīng)的多媒體素材（如下圖）。

本章內(nèi)容有四部分，第一、二部分內(nèi)容主要是基本理論，可采用講授法、課堂討論等教學(xué)方法。第三部分內(nèi)容可采用講授法、課堂討論及練習(xí)法等教學(xué)方法。第四部分采用講授法、課堂討論等教學(xué)方法。在例題講解時(shí)，可與不考慮摩擦?xí)r的平衡問題比較。

【課時(shí)安排】

2課時(shí)（90分鐘）【教學(xué)建議】

教學(xué)中應(yīng)使用教材（包括學(xué)習(xí)指導(dǎo)）。根據(jù)學(xué)生基本情況及課堂上的的總體反應(yīng)，靈活使用不同的教學(xué)方法，加強(qiáng)和學(xué)生的互動(dòng)。在考慮摩擦?xí)r，使我們分析的問題更接近于真實(shí)的工程實(shí)際，我們的計(jì)算結(jié)果也更能反映工程實(shí)際?！窘虒W(xué)過程】

一、導(dǎo)入（5分鐘）

前面我們已學(xué)習(xí)了兩類平衡問題，可以說已經(jīng)掌握了靜力學(xué)中的平衡問題的解決方法及其步驟（師生可大聲講出來）?，F(xiàn)在我們?cè)诖嘶A(chǔ)上，推廣到一般平衡問題——平面任意力系的平衡。

二、新授（75分鐘）

1．滑動(dòng)摩擦（20分鐘）

教師分析講解：滑動(dòng)摩擦的概念、滑動(dòng)摩擦定律、摩擦力計(jì)算。

學(xué)生復(fù)習(xí)：約束反力、三種情況下的摩擦力的比較及相應(yīng)計(jì)算方法。2．摩擦角、自鎖（20分鐘）

教師分析講解：摩擦角及自鎖的概念、摩擦角與靜摩擦系數(shù)的關(guān)系、自鎖條件。

學(xué)生復(fù)習(xí)：最大靜摩擦力。3．考慮摩擦?xí)r的平衡問題（25）

教師分析講解：平衡方程與前述幾種力系的平衡方程相同，只是要增加摩擦力補(bǔ)充方程，方程個(gè)數(shù)與摩擦力個(gè)數(shù)相同。

學(xué)生復(fù)習(xí)：臨界與非臨界平衡狀態(tài)。4．滾動(dòng)摩擦概念（10）

教師分析講解：滾動(dòng)摩擦、滾動(dòng)摩擦力偶（矩）、滾動(dòng)摩擦系數(shù)。學(xué)生復(fù)習(xí)：滾動(dòng)摩擦的意義。

三、課堂討論及作業(yè)（10分鐘）

課堂討論，教師與學(xué)生之間或?qū)W生相互之間提出一些問題展開，如摩擦力是一種怎樣特殊的約束反力、自鎖正反兩方面的應(yīng)用、判斷物體處于的平衡狀態(tài)類型的方法等。

小結(jié)求解考慮摩擦?xí)r物體平衡問題的一般方法步驟及注意事項(xiàng)，特別是其中列補(bǔ)充方程的方法。

作業(yè)

學(xué)習(xí)指導(dǎo)中第四章后習(xí)題中：(一)填空題1．

4、（二）選擇題、（三）判斷題1．

2、(四)簡(jiǎn)答題

1、(五)計(jì)算題。

【課題】第六章 剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng) 【教材版本】

張讓莘.汽車機(jī)械基礎(chǔ).北京：高等教育出版社，2005 【教學(xué)目標(biāo)】

1．知識(shí)目標(biāo)：掌握定軸轉(zhuǎn)動(dòng)剛體角速度（轉(zhuǎn)速）、角加速度、線速度的計(jì)算及它們之間的關(guān)系，了解轉(zhuǎn)動(dòng)慣量概念及轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)方程的意義，掌握功率、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩之間的定量關(guān)系，明確機(jī)械效率的概念。

2．能力目標(biāo)：使學(xué)生初步具備解決衡量機(jī)器性能的能力。

3．情感目標(biāo)：從受力到做功到功率，按照認(rèn)識(shí)事物的規(guī)律，使學(xué)生逐步深入到事物的本質(zhì)，達(dá)到我們最終追求的目標(biāo)——認(rèn)識(shí)自然，改造自然。【教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)】

教學(xué)重點(diǎn)：角速度、線速度、轉(zhuǎn)矩的功率。教學(xué)難點(diǎn)：轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)方程?！窘虒W(xué)媒體及教學(xué)方法】

使用教材第六章及相應(yīng)的多媒體素材。

本章內(nèi)容有四部分，第一、四部分內(nèi)容主要是基本概念及其計(jì)算，可采用講授法、課堂練習(xí)等教學(xué)方法。第二、三部分內(nèi)容是基本概念和基本理論，可采用講授法、課堂討論等教學(xué)方法?！菊n時(shí)安排】

2課時(shí)（90分鐘）【教學(xué)建議】

教學(xué)中應(yīng)使用教材（包括學(xué)習(xí)指導(dǎo)）。根據(jù)學(xué)生基本情況及課堂上的的總體

反應(yīng)，靈活使用不同的教學(xué)方法，加強(qiáng)和學(xué)生的互動(dòng)。本章是運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)的最基礎(chǔ)知識(shí)，因此對(duì)有些概念一定要講清楚，而對(duì)另外一些概念不可講解太深，了解即可?！窘虒W(xué)過程】

一、導(dǎo)入（5分鐘）

前面我們已學(xué)習(xí)了靜力學(xué)的基本知識(shí)，且已經(jīng)初步具備了解決平衡問題的能力?，F(xiàn)在我們學(xué)習(xí)運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)的最基本知識(shí)。

二、新授（75分鐘）

1．角速度、轉(zhuǎn)速和線速度（25分鐘）

教師分析講解：角速度、轉(zhuǎn)速和線速度的概念及計(jì)算。學(xué)生練習(xí)：角速度和線速度的計(jì)算。2．轉(zhuǎn)動(dòng)慣量概念（15分鐘）

教師分析講解：轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量與它離轉(zhuǎn)軸距離的平方乘積的總和。

3．剛體變速轉(zhuǎn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)方程（15）

教師分析講解：角加速度概念及計(jì)算、剛體繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)基本方程。學(xué)生復(fù)習(xí)：主動(dòng)力矩與阻力矩。4．轉(zhuǎn)矩的功率、機(jī)械效率（20）

教師分析講解：功率的概念及其與轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系、機(jī)械效率的概念及計(jì)算。

學(xué)生復(fù)習(xí)：角速度、力矩和力偶。

三、課堂討論及作業(yè)（10分鐘）

課堂討論，教師與學(xué)生之間或?qū)W生相互之間提出一些問題展開，主要是一些量的關(guān)系，如角速度與線速度的關(guān)系（或角量與線量的關(guān)系），均質(zhì)物體與非均

質(zhì)物體對(duì)質(zhì)心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速與功率之間的關(guān)系等。

小結(jié)求解幾個(gè)量的大小的方法及比較它們之間的換算關(guān)系。作業(yè)

學(xué)習(xí)指導(dǎo)中第六章后習(xí)題中：(一)填空題2．3．4．

7、（二）選擇題、（三）判斷題、(四)簡(jiǎn)答題

2、(五)計(jì)算題。

【課題】第七章 材料力學(xué)的基本概念 【教材版本】

張讓莘.汽車機(jī)械基礎(chǔ).北京：高等教育出版社，2005 【教學(xué)目標(biāo)】

1．知識(shí)目標(biāo)：了解材料力學(xué)的任務(wù)，初步建立強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的概念，了解變形固體、彈性和塑性變形概念及三個(gè)假設(shè)，初步了解構(gòu)件拉伸（壓縮）、剪切、扭轉(zhuǎn)和彎曲四種基本變形的形式和特征。

2．能力目標(biāo)：使學(xué)生初步具備把問題進(jìn)行抽象、得到其理想模型的能力。3．情感目標(biāo)：研究對(duì)象由剛體變?yōu)樽冃喂腆w，研究思路及方法也要跟上這種變化。

【教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)】

教學(xué)重點(diǎn)：強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的概念，構(gòu)件拉伸（壓縮）、剪切、扭轉(zhuǎn)和彎曲四種基本變形的形式和特征。

教學(xué)難點(diǎn)：連續(xù)均勻性假設(shè)、各向同性假設(shè)和小變形假設(shè)?！窘虒W(xué)媒體及教學(xué)方法】

使用教材第七章第一節(jié)及相應(yīng)的多媒體素材（如下圖）。

本節(jié)內(nèi)容有四部分，可采用講授法、課堂討論等教學(xué)方法?！菊n時(shí)安排】

1課時(shí)（45分鐘）【教學(xué)建議】

教學(xué)中應(yīng)使用教材（包括學(xué)習(xí)指導(dǎo)）。根據(jù)學(xué)生基本情況及課堂上的的總體反應(yīng)，靈活使用不同的教學(xué)方法，加強(qiáng)和學(xué)生的互動(dòng)。本章是材料力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，因此對(duì)概念一定要講清楚。【教學(xué)過程】

一、導(dǎo)入（5分鐘）

前面我們學(xué)習(xí)了靜力學(xué)，且已經(jīng)初步具備了解決靜力學(xué)問題，主要是平衡問題的能力?，F(xiàn)在我們學(xué)習(xí)材料力學(xué)的最基本知識(shí)。

二、新授（75分鐘）

1．材料力學(xué)的任務(wù)（6分鐘）

教師分析講解：強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的概念，材料力學(xué)的任務(wù)。2．變形固體與基本假設(shè)（5分鐘）

教師分析講解：變形固體，連續(xù)均勻性假設(shè)、各向同性假設(shè)和小變形假設(shè)。學(xué)生復(fù)習(xí)：研究分析問題的重要方法——科學(xué)抽象。3．彈性和塑性變形（4）

教師分析講解：彈性和塑性變形概念，完全彈性體，彈塑性體。4．桿件變形的基本形式（15）

教師分析講解：桿的概念，四種基本變形的形式和特征。

三、課堂討論及作業(yè)（10分鐘）

課堂討論，教師與學(xué)生之間或?qū)W生相互之間提出一些問題展開，象如何解決強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性與經(jīng)濟(jì)性之間的矛盾，變形固體與剛體的比較等。

【課題】拉伸和壓縮 【教材版本】

張讓莘.汽車機(jī)械基礎(chǔ).北京：高等教育出版社，2005 【教學(xué)目標(biāo)】

1．知識(shí)目標(biāo)：建立內(nèi)力概念，學(xué)會(huì)用截面法求軸力；建立應(yīng)力概念，掌握軸向拉伸（壓縮）時(shí)橫截面上正應(yīng)力的分布規(guī)律及計(jì)算方法，建立變形、應(yīng)力和抗拉（壓）剛度的概念，掌握軸向拉壓時(shí)的虎克定理及應(yīng)用范圍，了解塑性材料和脆性材料的力學(xué)性能，熟練掌握拉伸與壓縮強(qiáng)度計(jì)算的基本方法。

2．能力目標(biāo)：使學(xué)生初步具備進(jìn)行拉伸與壓縮強(qiáng)度計(jì)算的能力。3．情感目標(biāo)：通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠?qū)W到判斷機(jī)械或結(jié)構(gòu)能否正常工作，比僅僅計(jì)算出它的受力更有成就感?！窘虒W(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)】

教學(xué)重點(diǎn)：內(nèi)力（軸力）、截面法、應(yīng)力概念，虎克定律，拉伸與壓縮強(qiáng)度計(jì)算。

教學(xué)難點(diǎn)：截面法、應(yīng)力分布規(guī)律，拉伸與壓縮強(qiáng)度計(jì)算?！窘虒W(xué)媒體及教學(xué)方法】

使用教材第七章第二節(jié)及相應(yīng)的多媒體素材（如下圖）。

本節(jié)內(nèi)容可采用講授法、演示法、練習(xí)法和課堂討論等教學(xué)方法。

【課時(shí)安排】

3課時(shí)（135分鐘）【教學(xué)建議】

教學(xué)中應(yīng)使用教材（包括學(xué)習(xí)指導(dǎo)）。根據(jù)學(xué)生基本情況及課堂上的的總體反應(yīng)，靈活使用不同的教學(xué)方法，加強(qiáng)和學(xué)生的互動(dòng)。本節(jié)是材料力學(xué)的第一種基本變形，很多概念方法是本章的基礎(chǔ)，應(yīng)使學(xué)生熟練掌握?！窘虒W(xué)過程】

一、導(dǎo)入（5分鐘）

前面我們了解了材料力學(xué)這門課程，了解了桿件的四種基本變形。這一節(jié)我們就學(xué)習(xí)其中的第一種基本變形——桿件的拉伸與壓縮。

二、新授（75分鐘）

1．拉伸與壓縮的概念（10分鐘）

教師分析講解：通過實(shí)例簡(jiǎn)化得到其計(jì)算簡(jiǎn)圖，總結(jié)出其受力特征。2．拉伸與壓縮應(yīng)力（65分鐘）

教師分析講解：內(nèi)力和截面法，用截面法求解內(nèi)力的步驟，截面上的正應(yīng)力，拉伸（壓縮）變形與虎克定律?；⒖硕蓛?nèi)容：

NL?L?

EA或 σ=Εε

學(xué)生復(fù)習(xí)：求解約束反力、畫受力圖。學(xué)生練習(xí)：求解內(nèi)力、變形、應(yīng)力。3．拉伸（壓縮）時(shí)材料的機(jī)械性能（20）教師演示：拉伸試驗(yàn)。

教師分析講解：塑性材料的拉伸試驗(yàn)的四個(gè)階段及相應(yīng)強(qiáng)度指標(biāo)，脆性材料與塑性材料的比較。

4．拉伸（壓縮）時(shí)的強(qiáng)度計(jì)算（25）

教師分析講解：許用應(yīng)力與安全系數(shù)，拉伸（壓縮）強(qiáng)度條件及其能解決的三類問題。強(qiáng)度條件：

??N???? A學(xué)生練習(xí)：拉伸（壓縮）強(qiáng)度計(jì)算。

三、課堂討論及作業(yè)（10分鐘）

課堂討論，教師與學(xué)生之間或?qū)W生相互之間提出一些問題展開，如內(nèi)力與外力的關(guān)系，截面法的實(shí)質(zhì)，內(nèi)力與應(yīng)力的關(guān)系，胡克定律的適用范圍，強(qiáng)度計(jì)算的結(jié)果分析等。

作業(yè)

學(xué)習(xí)指導(dǎo)中第七章后習(xí)題中：(一)填空題3．4．8．9．

11、（二）選擇題

1、(四)簡(jiǎn)答題4．5．

6、（五）計(jì)算題1．2．4。

【課題】剪切和擠壓 【教材版本】

張讓莘.汽車機(jī)械基礎(chǔ).北京：高等教育出版社，2005 【教學(xué)目標(biāo)】

1．知識(shí)目標(biāo)：了解剪切與擠壓概念及剪切與擠壓的強(qiáng)度條件。2．能力目標(biāo)：使學(xué)生具備進(jìn)行剪切與擠壓實(shí)用計(jì)算的能力。

3．情感目標(biāo)：通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠感到又掌握一種強(qiáng)度計(jì)算的成就感?！窘虒W(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)】

教學(xué)重點(diǎn)：剪切與擠壓強(qiáng)度計(jì)算。

教學(xué)難點(diǎn)：剪切與擠壓強(qiáng)度計(jì)算中剪切面與擠壓面的計(jì)算?！窘虒W(xué)媒體及教學(xué)方法】

使用教材第七章第三節(jié)及相應(yīng)的多媒體素材（如下圖）。

本節(jié)內(nèi)容可采用講授法、演示法、練習(xí)法和課堂討論等教學(xué)方法?！菊n時(shí)安排】

2課時(shí)（90分鐘）【教學(xué)建議】

教學(xué)中應(yīng)使用教材（包括學(xué)習(xí)指導(dǎo)）。根據(jù)學(xué)生基本情況及課堂上的的總體

反應(yīng)，靈活使用不同的教學(xué)方法，加強(qiáng)和學(xué)生的互動(dòng)。本節(jié)是材料力學(xué)的第二種基本變形，教學(xué)方法可基本參照拉伸與壓縮變形的教學(xué)方法?！窘虒W(xué)過程】

一、導(dǎo)入（5分鐘）

前面我們學(xué)習(xí)了第一種基本變形——桿件的拉伸與壓縮。其強(qiáng)度計(jì)算步驟有三步（師生一同復(fù)習(xí)）?，F(xiàn)在我們學(xué)習(xí)第二種基本變形——剪切與擠壓變形。

二、新授（80分鐘）

1．剪切的概念及實(shí)用計(jì)算（40分鐘）

教師分析講解：剪切變形的概念，剪切應(yīng)力，剪切強(qiáng)度計(jì)算。剪切強(qiáng)度條件：

Q??????

A學(xué)生復(fù)習(xí)：剪切變形及其實(shí)例。學(xué)生練習(xí)：剪切強(qiáng)度計(jì)算。2．?dāng)D壓的概念及實(shí)用計(jì)算（35分鐘）

教師分析講解：擠壓變形的概念，擠壓應(yīng)力，擠壓強(qiáng)度計(jì)算。擠壓強(qiáng)度條件：

?jy?PJY??jy Ajy??學(xué)生復(fù)習(xí)：擠壓變形及其實(shí)例。學(xué)生練習(xí)：擠壓強(qiáng)度計(jì)算。

三、課堂討論及作業(yè)（10分鐘）

課堂討論，教師與學(xué)生之間或?qū)W生相互之間提出一些問題展開，如剪切變形與擠壓變形的關(guān)系，剪切面與擠壓面的關(guān)系，擠壓應(yīng)力與壓縮應(yīng)力的關(guān)系等。

【課題】圓軸扭轉(zhuǎn) 【教材版本】

張讓莘.汽車機(jī)械基礎(chǔ).北京：高等教育出版社，2005 【教學(xué)目標(biāo)】

1．知識(shí)目標(biāo)：掌握計(jì)算軸的扭矩的方法，了解圓軸扭轉(zhuǎn)變形時(shí)橫截面上切應(yīng)力分布規(guī)律，得出最大切應(yīng)力計(jì)算公式，熟練掌握?qǐng)A軸扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件。

2．能力目標(biāo)：使學(xué)生具備進(jìn)行圓軸扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算的能力。

3．情感目標(biāo)：通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠感到很快掌握第三種強(qiáng)度計(jì)算的成就感。

【教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)】

教學(xué)重點(diǎn)：扭矩的概念與計(jì)算，圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)的應(yīng)力和變形，圓軸扭轉(zhuǎn)的強(qiáng)度計(jì)算。

教學(xué)難點(diǎn)：圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)的應(yīng)力和變形，圓軸扭轉(zhuǎn)的強(qiáng)度計(jì)算?！窘虒W(xué)媒體及教學(xué)方法】

使用教材第七章第四節(jié)及相應(yīng)的多媒體素材（如下圖）。

本節(jié)內(nèi)容可采用講授法、演示法、練習(xí)法和課堂討論等教學(xué)方法?！菊n時(shí)安排】

2課時(shí)（90分鐘）

【教學(xué)建議】

教學(xué)中應(yīng)使用教材（包括學(xué)習(xí)指導(dǎo)）。根據(jù)學(xué)生基本情況及課堂上的的總體反應(yīng)，靈活使用不同的教學(xué)方法，加強(qiáng)和學(xué)生的互動(dòng)。本節(jié)是材料力學(xué)的第三種基本變形，教學(xué)方法可基本參照拉伸與壓縮變形的教學(xué)方法?！窘虒W(xué)過程】

一、導(dǎo)入（5分鐘）

前面我們學(xué)習(xí)了第一種及第二基本變形——桿件的拉伸與壓縮變形、剪切與擠壓變形。其強(qiáng)度計(jì)算步驟都有三步（師生一同復(fù)習(xí)）。現(xiàn)在我們學(xué)習(xí)第三種基本變形——圓軸扭轉(zhuǎn)變形。

二、新授（75分鐘）

1．圓軸扭轉(zhuǎn)的概念（5分鐘）

教師分析講解：圓軸扭轉(zhuǎn)的概念。學(xué)生復(fù)習(xí)：剪切變形及其實(shí)例。2．圓軸扭轉(zhuǎn)外力偶矩、扭矩（20分鐘）

教師分析講解：外力偶矩，扭矩大小及正負(fù)。學(xué)生復(fù)習(xí)：轉(zhuǎn)矩的計(jì)算，截面法。學(xué)生練習(xí)：外力偶矩的計(jì)算，扭矩計(jì)算。3．圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)的應(yīng)力（20分鐘）教師演示：圓軸扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)。

教師分析講解：平面假設(shè)，最大扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，極慣性矩I及抗扭截面模量。學(xué)生練習(xí)：最大扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力、極慣性矩及抗扭截面模量計(jì)算。4．圓軸扭轉(zhuǎn)的強(qiáng)度計(jì)算（30分鐘）教師分析講解：圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)的強(qiáng)度條件：

?maxT????? Wn學(xué)生練習(xí)：圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)的強(qiáng)度計(jì)算。

三、課堂討論及作業(yè)（10分鐘）

課堂討論，教師與學(xué)生之間或?qū)W生相互之間提出一些問題展開，如扭轉(zhuǎn)時(shí)的內(nèi)力與其他兩種變形的比較，內(nèi)力的分布有何特點(diǎn)，右手螺旋法則的應(yīng)用等。

作業(yè)

學(xué)習(xí)指導(dǎo)中第七章后習(xí)題中：

（一）填空題14．

15、(三)判斷題

6、(四)簡(jiǎn)答題9．10．

11、（五）計(jì)算題7．8．9。

【課題】直梁的彎曲 材料力學(xué)其它常用知識(shí)簡(jiǎn)介 【教材版本】

張讓莘.汽車機(jī)械基礎(chǔ).北京：高等教育出版社，2005 【教學(xué)目標(biāo)】

1．知識(shí)目標(biāo)：了解平面彎曲概念，會(huì)將實(shí)際受彎構(gòu)件簡(jiǎn)化成梁的力學(xué)模型，掌握計(jì)算梁任一截面上的彎矩的方法，掌握彎矩方程，能畫出彎矩圖，并判斷梁的最大彎矩所在截面，了解純彎曲變形及橫截面上正應(yīng)力分布規(guī)律，能求梁的最大正應(yīng)力，熟練掌握直梁彎曲強(qiáng)度計(jì)算方法，了解組合變形、壓桿穩(wěn)定性、動(dòng)荷應(yīng)力和交變應(yīng)力概念。

2．能力目標(biāo)：使學(xué)生具備進(jìn)行直梁彎曲強(qiáng)度計(jì)算的能力。

3．情感目標(biāo)：通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠感到很快掌握第四種強(qiáng)度計(jì)算的成就感。

【教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)】

教學(xué)重點(diǎn)：彎矩的概念與計(jì)算，彎矩方程及彎矩圖，直梁彎曲強(qiáng)度計(jì)算方法。教學(xué)難點(diǎn)：截面法求內(nèi)力——剪力和彎矩，直梁彎曲的強(qiáng)度計(jì)算。【教學(xué)媒體及教學(xué)方法】

使用教材第七章第五節(jié)、第六節(jié)及相應(yīng)的多媒體素材（如下圖）。

本節(jié)內(nèi)容可采用講授法、演示法、練習(xí)法和課堂討論等教學(xué)方法。【課時(shí)安排】

2課時(shí)（90分鐘）【教學(xué)建議】

教學(xué)中應(yīng)使用教材（包括學(xué)習(xí)指導(dǎo)）。根據(jù)學(xué)生基本情況及課堂上的的總體反應(yīng)，靈活使用不同的教學(xué)方法，加強(qiáng)和學(xué)生的互動(dòng)。第五節(jié)是材料力學(xué)的最后一種基本變形——直梁彎曲，教學(xué)方法可基本參照?qǐng)A軸扭轉(zhuǎn)變形的教學(xué)方法。第六節(jié)材料力學(xué)其它常用知識(shí)可簡(jiǎn)單介紹?！窘虒W(xué)過程】

一、導(dǎo)入（5分鐘）

前面我們學(xué)習(xí)了材料力學(xué)前三種基本變形。其強(qiáng)度計(jì)算步驟都有三步（師生一同復(fù)習(xí)）。現(xiàn)在我們學(xué)習(xí)第四種基本變形——圓軸扭轉(zhuǎn)變形以及材料力學(xué)其它常用知識(shí)。

二、新授（75分鐘）1．平面彎曲概念（5分鐘）

教師分析講解：平面彎曲的概念、梁的基本類型。學(xué)生復(fù)習(xí)：彎曲變形及其實(shí)例，約束。2．梁的內(nèi)力——剪力和彎矩（18分鐘）

教師分析講解：梁的外力，剪力和彎矩——截面法，彎矩的正負(fù)規(guī)定，彎矩方程與彎矩圖。

學(xué)生復(fù)習(xí)：約束反力，截面法。

學(xué)生練習(xí)：外力計(jì)算，剪力和彎矩計(jì)算，彎矩方程與彎矩圖。3．純彎曲時(shí)的正應(yīng)力（17分鐘）教師演示：純彎曲實(shí)驗(yàn)。

教師分析講解：純彎曲的概念，正應(yīng)力頒布規(guī)律，正應(yīng)力計(jì)算公式，抗彎截面模量。

學(xué)生練習(xí)：最大正應(yīng)力計(jì)算，抗彎截面模量計(jì)算。4．梁的彎曲強(qiáng)度計(jì)算（30分鐘）教師分析講解：梁彎曲時(shí)的強(qiáng)度條件：

?max?M???? Wz學(xué)生練習(xí)：梁的彎曲強(qiáng)度計(jì)算。5．材料力學(xué)其它常用知識(shí)（5）

教師分析講解：組合變形、壓桿穩(wěn)定性、動(dòng)荷應(yīng)力和交變應(yīng)力及構(gòu)件在交變應(yīng)力作用下的破壞特點(diǎn)。

三、課堂討論及作業(yè)（10分鐘）

課堂討論，教師與學(xué)生之間或?qū)W生相互之間提出一些問題展開，如彎曲時(shí)的內(nèi)力（有兩種：剪力和彎矩）與其他三種變形的比較，內(nèi)力的分布有何特點(diǎn)，彎矩正負(fù)的判斷,強(qiáng)度條件的適用范圍等。

作業(yè)

學(xué)習(xí)指導(dǎo)中第七章后習(xí)題中：

（一）填空題16．18．20、（二）選擇題8．9．10、(三)判斷題7．

8、(四)簡(jiǎn)答題12．14．

15、（五）計(jì)算題10（a）．11(a)．(c)．12．13。

第五篇：工程力學(xué)

飛行器及其動(dòng)力裝置、附件、儀表所用的各類材料，是航空航天工程技術(shù)發(fā)展的決定性因素之一。航空航天材料科學(xué)是材料科學(xué)中富有開拓性的一個(gè)分支。飛行器的設(shè)計(jì)不斷地向材料科學(xué)提出新的課題，推動(dòng)航空航天材料科學(xué)向前發(fā)展；各種新材料的出現(xiàn)也給飛行器的設(shè)計(jì)提供新的可能性，極大地促進(jìn)了航空航天技術(shù)的發(fā)展。

航空航天材料的進(jìn)展取決于下列3個(gè)因素:①材料科學(xué)理論的新發(fā)現(xiàn)：例如，鋁合金的時(shí)效強(qiáng)化理論導(dǎo)致硬鋁合金的發(fā)展；高分子材料剛性分子鏈的定向排列理論導(dǎo)致高強(qiáng)度、高模量芳綸有機(jī)纖維的發(fā)展。②材料加工工藝的進(jìn)展：例如，古老的鑄、鍛技術(shù)已發(fā)展成為定向凝固技術(shù)、精密鍛壓技術(shù)，從而使高性能的葉片材料得到實(shí)際應(yīng)用；復(fù)合材料增強(qiáng)纖維鋪層設(shè)計(jì)和工藝技術(shù)的發(fā)展，使它在不同的受力方向上具有最優(yōu)特性，從而使復(fù)合材料具有“可設(shè)計(jì)性”，并為它的應(yīng)用開拓了廣闊的前景；熱等靜壓技術(shù)、超細(xì)粉末制造技術(shù)等新型工藝技術(shù)的成就創(chuàng)造出具有嶄新性能的一代新型航空航天材料和制件，如熱等靜壓的粉末冶金渦輪盤、高效能陶瓷制件等。③材料性能測(cè)試與無損檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)步：現(xiàn)代電子光學(xué)儀器已經(jīng)可以觀察到材料的分子結(jié)構(gòu)；材料機(jī)械性能的測(cè)試裝置已經(jīng)可以模擬飛行器的載荷譜，而且無損檢測(cè)技術(shù)也有了飛速的進(jìn)步。材料性能測(cè)試與無損檢測(cè)技術(shù)正在提供越來越多的、更為精細(xì)的信息，為飛行器的設(shè)計(jì)提供更接近于實(shí)際使用條件的材料性能數(shù)據(jù)，為生產(chǎn)提供保證產(chǎn)品質(zhì)量的檢測(cè)手段。一種新型航空航天材料只有在這三個(gè)方面都已經(jīng)發(fā)展到成熟階段，才有可能應(yīng)用于飛行器上。因此，世界各國(guó)都把航空航天材料放在優(yōu)先發(fā)展的地位。中國(guó)在50年代就創(chuàng)建了北京航空材料研究所和北京航天材料工藝研究所，從事航空航天材料的應(yīng)用研究。

簡(jiǎn)況 18世紀(jì)60年代發(fā)生的歐洲工業(yè)革命使紡織工業(yè)、冶金工業(yè)、機(jī)器制造工業(yè)得到很大的發(fā)展，從而結(jié)束了人類只能利用自然材料向天空挑戰(zhàn)的時(shí)代。1903年美國(guó)萊特兄弟制造出第一架裝有活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)的飛機(jī),當(dāng)時(shí)使用的材料有木材(占47％),鋼（占35％）和布（占18％）,飛機(jī)的飛行速度只有16公里/時(shí)。1906年德國(guó)冶金學(xué)家發(fā)明了可以時(shí)效強(qiáng)化的硬鋁，使制造全金屬結(jié)構(gòu)的飛機(jī)成為可能。40年代出現(xiàn)的全金屬結(jié)構(gòu)飛機(jī)的承載能力已大大增加，飛行速度超過了600公里/時(shí)。在合金強(qiáng)化理論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一系列高溫合金使得噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的性能得以不斷提高。50年代鈦合金的研制成功和應(yīng)用對(duì)克服機(jī)翼蒙皮的“熱障”問題起了重大作用，飛機(jī)的性能大幅度提高,最大飛行速度達(dá)到了3倍音速。40年代初期出現(xiàn)的德國(guó) V-2火箭只使用了一般的航空材料。50年代以后，材料燒蝕防熱理論的出現(xiàn)以及燒蝕材料的研制成功，解決了彈道導(dǎo)彈彈頭的再入防熱問題。60年代以來,航空航天材料性能的不斷提高,一些飛行器部件使用了更先進(jìn)的復(fù)合材料，如碳纖維或硼纖維增強(qiáng)的環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料等，以減輕結(jié)構(gòu)重量。返回型航天器和航天飛機(jī)在再入大氣層時(shí)會(huì)遇到比彈道導(dǎo)彈彈頭再入時(shí)間長(zhǎng)得多的空氣動(dòng)力加熱過程，但加熱速度較慢，熱流較小。采用抗氧化性能更好的碳-碳復(fù)合材料陶瓷隔熱瓦等特殊材料可以解決防熱問題。

分類 飛行器發(fā)展到80年代已成為機(jī)械加電子的高度一體化的產(chǎn)品。它要求使用品種繁多的、具有先進(jìn)性能的結(jié)構(gòu)材料和具有電、光、熱和磁等多種性能的功能材料。航空航天材料按材料的使用對(duì)象不同可分為飛機(jī)材料、航空發(fā)動(dòng)機(jī)材料、火箭和導(dǎo)彈材料和航天器材料等；按材料的化學(xué)成分不同可分為金屬與合金材料、有機(jī)非金屬材料、無機(jī)非金屬材料和復(fù)合材料。

材料應(yīng)具備的條件 用航空航天材料制造的許多零件往往需要在超高溫、超低溫、高真空、高應(yīng)力、強(qiáng)腐蝕等極端條件下工作，有的則受到重量和容納空間的限制，需要以最小的體積和質(zhì)量發(fā)揮在通常情況下等效的功能，有的需要在大氣層中或外層空間長(zhǎng)期運(yùn)行，不可能停機(jī)檢查或更換零件，因而要有極高的可靠性和質(zhì)量保證。不同的工作環(huán)境要求航空航天材料具有不同的特性。

高的比強(qiáng)度和比剛度 對(duì)飛行器材料的基本要求是：材質(zhì)輕、強(qiáng)度高、剛度好。減輕飛行器本身的結(jié)構(gòu)重量就意味著增加運(yùn)載能力，提高機(jī)動(dòng)性能，加大飛行距離或射程，減少燃油或推進(jìn)劑的消耗。比強(qiáng)度和比剛度是衡量航空航天材料力學(xué)性能優(yōu)劣的重要參數(shù)：

比強(qiáng)度＝/

比剛度＝/式中[kg2][kg2]為材料的強(qiáng)度，為材料的彈性模量，為材料的比重。

飛行器除了受靜載荷的作用外還要經(jīng)受由于起飛和降落、發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)件的高速旋轉(zhuǎn)、機(jī)動(dòng)飛行和突風(fēng)等因素產(chǎn)生的交變載荷，因此材料的疲勞性能也受到人們極大的重視。

優(yōu)良的耐高低溫性能 飛行器所經(jīng)受的高溫環(huán)境是空氣動(dòng)力加熱、發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)庖约疤罩刑柕妮椪赵斐傻?。航空器要長(zhǎng)時(shí)間在空氣中飛行，有的飛行速度高達(dá)3倍音速,所使用的高溫材料要具有良好的高溫持久強(qiáng)度、蠕變強(qiáng)度、熱疲勞強(qiáng)度，在空氣和腐蝕介質(zhì)中要有高的抗氧化性能和抗熱腐蝕性能，并應(yīng)具有在高溫下長(zhǎng)期工作的組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性?；鸺l(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)鉁囟瓤蛇_(dá)3000[2oc]以上，噴射速度可達(dá)十余個(gè)馬赫數(shù)，而且固體火箭燃?xì)庵羞€夾雜有固體粒子，彈道導(dǎo)彈頭部在再入大氣層時(shí)速度高達(dá)20個(gè)馬赫數(shù)以上，溫度高達(dá)上萬攝氏度，有時(shí)還會(huì)受到粒子云的侵蝕，因此在航天技術(shù)領(lǐng)域中所涉及的高溫環(huán)境往往同時(shí)包括高溫高速氣流和粒子的沖刷。在這種條件下需要利用材料所具有的熔解熱、蒸發(fā)熱、升華熱、分解熱、化合熱以及高溫粘性等物理性能來設(shè)計(jì)高溫耐燒蝕材料和發(fā)冷卻材料以滿足高溫環(huán)境的要求。太陽輻照會(huì)造成在外層空間運(yùn)行的衛(wèi)星和飛船表面溫度的交變，一般采用溫控涂層和隔熱材料來解決。低溫環(huán)境的形成來自大自然和低溫推進(jìn)劑。飛機(jī)在同溫層以亞音速飛行時(shí)表面溫度會(huì)降到-50[2oc]左右,極圈以內(nèi)各地域的嚴(yán)冬會(huì)使機(jī)場(chǎng)環(huán)境溫度下降到-40[2oc]以下。在這種環(huán)境下要求金屬構(gòu)件或橡膠輪胎不產(chǎn)生脆化現(xiàn)象。液體火箭使用液氧(沸點(diǎn)為-183[2oc])和液氫(沸點(diǎn)為-253[2oc])作推進(jìn)劑，這為材料提出了更嚴(yán)峻的環(huán)境條件。部分金屬材料和絕大多數(shù)高分子材料在這種條件下都會(huì)變脆。通過發(fā)展或選擇合適的材料，如純鋁和鋁合金、鈦合金、低溫鋼、聚四氟乙烯、聚酰亞胺和全氟聚醚等，才能解決超低溫下結(jié)構(gòu)承受載荷的能力和密封等問題。

耐老化和耐腐蝕 各種介質(zhì)和大氣環(huán)境對(duì)材料的作用表現(xiàn)為腐蝕和老化。航空航天材料接觸的介質(zhì)是飛機(jī)用燃料(如汽油、煤油)、火箭用推進(jìn)劑（如濃硝酸、四氧化二氮、肼類）和各種潤(rùn)滑劑、液壓油等。其中多數(shù)對(duì)金屬和非金屬材料都有強(qiáng)烈的腐蝕作用或溶脹作用。在大氣中受太陽的輻照、風(fēng)雨的侵蝕、地下潮濕環(huán)境中長(zhǎng)期貯存時(shí)產(chǎn)生的霉菌會(huì)加速高分子材料的老化過程。耐腐蝕性能、抗老化性能、抗霉菌性能是航空航天材料應(yīng)該具備的良好特性。

適應(yīng)空間環(huán)境 空間環(huán)境對(duì)材料的作用主要表現(xiàn)為高真空(1.33×10[55-1]帕)和宇宙射線輻照的影響。金屬材料在高真空下互相接觸時(shí)，由于表面被高真空環(huán)境所凈化而加速了分子擴(kuò)散過程，出現(xiàn)“冷焊”現(xiàn)象；非金屬材料在高真空和宇宙射線輻照下會(huì)加速揮發(fā)和老化，有時(shí)這種現(xiàn)象會(huì)使光學(xué)鏡頭因揮發(fā)物沉積

而被污染，密封結(jié)構(gòu)因老化而失效。航天材料一般是通過地面模擬試驗(yàn)來選擇和發(fā)展的，以求適應(yīng)于空間環(huán)境。

壽命和安全 為了減輕飛行器的結(jié)構(gòu)重量，選取盡可能小的安全余量而達(dá)到絕對(duì)可靠的安全壽命，被認(rèn)為是飛行器設(shè)計(jì)的奮斗目標(biāo)。對(duì)于導(dǎo)彈或運(yùn)載火箭等短時(shí)間一次使用的飛行器，人們力求把材料性能發(fā)揮到極限程度。為了充分利用材料強(qiáng)度并保證安全，對(duì)于金屬材料已經(jīng)使用“損傷容限設(shè)計(jì)原則”。這就要求材料不但具有高的比強(qiáng)度，而且還要有高的斷裂韌性。在模擬使用的條件下測(cè)定出材料的裂紋起始?jí)勖土鸭y的擴(kuò)展速率等數(shù)據(jù)，并計(jì)算出允許的裂紋長(zhǎng)度和相應(yīng)的壽命，以此作為設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和使用的重要依據(jù)。對(duì)于有機(jī)非金屬材料則要求進(jìn)行自然老化和人工加速老化試驗(yàn)，確定其壽命的保險(xiǎn)期。復(fù)合材料的破損模式、壽命和安全也是一項(xiàng)重要的研究課題。