《工程力学》自学指导书

《工程力学》自学指导书课程名称：《工程力学》
学历层次：本科
班级：机电111、安管111 自学学时：150学时
2011年10月
一、课程简介
《工程力学》工程力学是研究物体机械运动的基本规律以及对构件进行的强度、刚度和稳定性设计的课程，是高等机械类、材料类等工科专业的重要专业基础课。

本课程是在修完高等数学、大学物理等课程的基础上开设的。

工程力学课程包括理论力学和材料力学两部分。

理论力学研究质点系和刚体系统机械运动（包括平衡）的基本规律，主要讲述物体的受力分析、力系简化和物体及物体系统的平衡，点和刚体的运动学分析，质点与质点系的动力学分析的研究方法。

材料力学的主要任务是在满足强度、刚度、稳定性的要求下，为构件工程设计提供必要的理论基础和计算方法。

使学生掌握质点、质点系和刚体机械运动的基本规律及其研究方法，对杆件的强度、刚度和稳定性问题有明确的基本概念，必要的基础知识和熟练的计算能力。

二、课程任务和教学目标
本课程是一门重要的技术基础课，它是一门研究物体受力、构件强度、刚度和稳定性计算的科学，它的任务是物体受力分析计算，在保证构件既安全适用又经济的前提下，为构件选择合适的材料，确定合理的的截面形状和尺寸，提供必要的计算方法和实验技术。

它也为学生学习后继课程奠定基础，把它应用于工程，即可对杆类构件或零件进行强度、刚度和稳定性设计。

为学生后继学习机械原理、机械设计等课程及有关的科学技术打好必要的力学基础，学会应用工程力学的基本理论和方法分析与解决一些简单的工程实际问题。

三、本课程的学习方法
为了学好本课程，首先要具有正确的学习目的和态度。

在学习中要刻苦钻研、踏踏实实、虚心求教、持之以恒。

在学习时要抓住基本概念、基本理论、基本原理和分析方法；要理解问题是如何提出和引申的，又是怎样解决和应用的；要注意各部分内容之间的联系，前后是如何呼应的；要重在理解，能提出问题，积极思考，不要死记概念。

通过习题可以巩固和加深对所学理论的理解，并培养问题分析能力和运算能力，所以应按要求完成布置的作业题。

解题前，要对所学内容基本掌握；解题时，要看懂题意，注意分析，熟练应用各种理论和公式。

除学习规定教材外，应参阅相关的参考书。

如有条件，可通过实验验证和巩固所学理论，训练实验技能，培养严谨的科学作风。

通过各个学习环节，培养分析和解决问题的能力和创新精神。

解决问题不是仅仅照着书本上的例题作练习题，而是要求使用已有的知识对提出的要求和论据能理解和领悟，并能提出自己的思路和解决问题的方案，这是一个创新过程。

四、课程重点与难点
课程重点：平面力系以及空间力系中力系的简化以及平衡的计算，材料力学中包括的五大基本变形的特征及相应的计算等。

课程难点：轴向拉伸与压缩，剪切与挤压，圆轴的扭转，梁的平面弯曲以及组合变形的强度计算。

五、自学内容与指导
第一章静力学基本知识
（一）自学内容
本章不仅是理论力学的基础，还对本门课程后续内容的学习亦起到了重要作用，同时是应用工程力学解决实际问题的关键，本章的知识点如下:
1．力的概念
2．静力学公理
3．三类常见约束的约束类型
4．力学模型和受力图
5．力的投影和力对轴之矩
6．力矩和力偶
（二）本章重点
1．掌握基本概念：力的概念，静力学公理，力矩和力偶；
2. 会判断常见的约束力，能够把工程中具体问题抽象成力学模型和画出受力图。

（三）本章难点
1．如何判断光滑面约束、光滑铰链约束的约束力方向；
2．力学模型和受力图，力矩和力偶。

（四）本章考点
1．基本概念的理解；
2．把工程中具体问题抽象成力学模型和画出受力图。

（五）学习指导
1．本章不仅是刚体静力学的基础，而且是整个工程力学课程的基础，因而要给予特别的重视。

2．要通过具体练习，掌握受力分析的基本方法。

取隔离体、画受力图时要特别注意:
（1）要根据约束的性质确定约束力；
（2）要注意分清施力体与受力体；
（3）在物体接触处要正确应用作用与反作用定律；
（4）要善于应用二力平衡与三力平衡原理。

3．在以后的分析中，为了比较容易确定所要求的未知力，还要选择合适的研究对象。

第二章物体的平衡问题
（一）自学内容
本章讨论了空间任意力系简化的一般和平衡条件，并导出了各种力系的平衡方程，本章的知识点如下：
1、各种力系的概念
2、各种力系平衡方程的应用（汇交力系、平行力系、力偶系、任意力系）
3、物体系统的平衡问题
4、平面桁架的计算
5、重心和形心
6、摩擦及有摩擦力的物体平衡
（二）本章重点
1、能巧妙地选取研究对象和平衡方程，快速求解平面力系作用下物系的平衡问
题。

2、桁架杆件内力的计算方法：节点法、截面法。

3、物体（系统）重心、形心的计算。

4、能利用解析法或几何法正确求解考虑摩擦的单刚体或物系的平衡问题。

（三）本章难点
1. 灵活地选取截面积平衡方程求解平面桁架中指定杆件的内力问题。

2. 正确求解考虑摩擦的单刚体或物系的平衡问题。

（四）本章考点
1、平面力系作用下物系的平衡问题。

2、桁架杆件内力的计算。

3、物体（系统）重心、形心的计算。

4、用解析法或几何法正确求解考虑摩擦的单刚体或物系的平衡问题。

（五）学习指导
1、求解平面任意力系平衡问题的步骤：
（1）取研究对象，画受力图。

（2）选取投影轴和矩心，列平衡方程。

（3）解平衡方程。

2、考虑摩擦的平衡问题
（1）判断物体是否平衡问题。

解题思路：假定物体平衡，在画其受力图时，
先假定静摩擦力F
f 的指向或滚动摩阻M
f
的转向，再通过平衡方程求出F
f
或M
f
，
若求出的值为正，其指向或转向与假定一致，否则与假定相反。

最后根据摩擦力的物理条件是否满足判断物体是否平衡。

（2）临界平衡问题。

解题思路:假设物体处于临界运动状态，根据物体的运
动趋势预先确定静滑动摩擦力F
f，max 或滚动摩阻M
f,max
的转向；再根据物体平衡方
程和F
f，max =f
S
F
N
或M
f,max
=F
N
方程，联立求得临界的平衡条件。

(3)求平衡范围的问题。

解题思路同临界平衡问题。

第三章杆件的内力计算
（一）自学内容
内力的大小及其分布规律与杆件的变形与失效密切相关，因此内力分析是解决构件承载能力的基础。

本章主要研究杆件的内力及其沿杆件轴线的变化规律，以便为杆件的强度、刚度和稳定性计算提供基础。

本章知识点如下:
1、内力与截面法
2、轴向拉压杆的内力与内力图
3、受扭圆轴的内力与内力图
4、平面弯曲的工程实例及力学模型
5、梁的剪力、弯矩及剪力、弯矩图
（二）本章重点
1、运用截面法求拉压杆的轴力,画轴力图。

2、掌握用截面法计算圆周横截面上的扭矩及绘制扭矩的方法。

3、剪力图、弯矩图的绘制方法，并能确定最大、最小内力值及其截面位置。

4、构件力学模型的建立方法。

（三）本章难点
1. 圆周横截面上扭矩的计算及绘制扭矩的方法。

2. 剪力图、弯矩图的绘制，以及最大、最小内力值及其截面位置的确定。

（四）本章考点
1、内力的计算方法。

2、杆件的内力图。

3、剪力图、弯矩图的绘制。

（五）学习指导
1、截面法
将杆件假想地截开以显示内力，并由平衡方程确定内力的方法，称为截面法，它是计算杆件内力的基本方法，其步骤可归结为：
（１）截———沿欲求内力的截面假想地将杆件截为两部分；
（２）取———任取其中一部分为研究对象；
（３）代———用欲求的内力代替另一部分对研究对象的作用；
（４）平———列出研究对象的平衡方程，确定内力的大小和方向。

应用截面法时应注意：
（１）截面不能取在集中力或集中力偶的作用面上；
（２）未知的内力均设为正。

2、剪力和弯矩的正、负号规定：
在横截面的内侧截取微段梁，凡使微段梁发生左侧向上、右侧向下相对错动变形的剪力为正，反之为负。

3、由内力方程画梁内力图的步骤：
求支座约束力（悬臂梁可以不求）→分段（集中力、集中力偶作用点及分布载荷的起、止点为分界点）→逐段列出内力方程→由内力方程判断各段剪力图、弯矩图的形状→求控制截面（分界点、极值点所在的截面）的剪力值、弯矩值→逐段作出剪力图、弯矩图。

六、参考资料
1、教材：
刘宝成主编《工程力学》（上册）中国传媒出版社
2、参考书：
1、《材料力学教程》单辉祖主编，国防工业出版社
2、《理论力学》，西安交通大学主编，人民教育出版社。