2 机械工程中的力学 2011 final.pdf

Research Center of Micro/Nano Electro-Mechanical Systems, 主 要 内 容 Dalian University of Technology 1 机械工程及学科总论 2 机械工程中的力学 机械工程导论 3 机械设计 4 机械制造基础 罗 怡 5 先进制造技术 机械学院东楼219-1室 6 机电一体化技术 大连理工大学微系统研究中心 7 新材料及其工程应用 2 Yi Luo, Research Center of Micro/Nano Electro-Mechanical Systems, DLUT 第二章 机械工程的力学 什么是力学 1 机械中的理论力学 力学是物理学的一个分支，主要研究能量和力以及它们与 固体、液体及气体的平衡、变形或运动的关系。 2 机械中的材料力学 力学可粗分为静力学、运动学和动力学三部分。 3 3 机械中的断裂力学 4 4 机械中的流体力学 5 机械中的振动力学 6 机械制造加工中的力学问题 爆炸力学 天体力学 3 Yi Luo, Research Center of Micro/Nano Electro-Mechanical Systems, DLUT 4 Yi Luo, Research Center of Micro/Nano Electro-Mechanical Systems, DLUT 什么是力学 2.1 机械中的理论力学 机械运动是物质运动的最基本的形式。机械运动亦即力学运动，是 物质在时间和空间中的位置变化，包括移动、转动、流动、变形、振动、 理论力学：研究物体的机械运动一般规律的学科 波动和扩散等。而平衡或静止，则是其中的特殊情况。物质运动的其他 机械运动：物体空间位置的变化。 形式还有热运动、电磁运动、原子及其内部的运动和化学运动等。 理论力学的研究对象通常是固态物体，称为固体。 力是物质间的一种相互作用，机械运动状态的变化是由这种相互作 力对固体的作用：当力作用在物体上时，物体将会发生一定 用引起的。静止和运动状态不变，则意味着各作用力在某种意义上的平 的变形，称为内效应；与此同时，物体还将发生整体的运 衡。因此，力学可以说是力和 机械 运动的科学。 动，称为外效应。 物体的内、外效应同时交织在一起，使物体的力学分析极为 困难。 专门研究物体的外效应——理论力学 研究对象：只有外效应，无内效应的刚体 专门研究物体的内效应——材料力学 研究对象：有内效应的弹性体 5 Yi Luo, Research Center of Micro/Nano Electro-Mechanical Systems, DLUT 6 Yi Luo, Research Center of Micro/Nano Electro-Mechanical Systems, DLUT 2.1 机械中的理论力学 2.1 机械中的理论力学 牛顿和《自然哲学之数学原理》 理论力学奠基——牛顿 理论力学的局限：宏观、低速 宏观：研究对象的大小远远大于基本粒子 对于基本粒子的力学研究需要量子力学 低速：研究对象的运动速度远远小于光速 对于运动速度接近光速的研究属于相对论力学 机械产品与机械结构： 最小：微电子机械结构 MEMS系统 尺寸：微米/纳米量级 最快：军用飞机2-3马赫，约660-1000 m/s 巡航导弹5马赫，约1600 m/s 第三宇宙速度，约11000 m/s 机械结构都在宏观低速范围内，属于理论力学研究范畴。 7 Yi Luo, Research Center of Micro/Nano Electro-Mechanical Systems, DLUT 8 Yi Luo, Research Center of Micro/Nano Electro-Mechanical Systems, DLUT 2.1 机械中的理论力学 2.1 机械中的理论力学 理论力学的研究内容 等效与简化 静力学：研究物体的平衡以及平衡规律，静力学主要涉及力系的简化、 力系的等效与简化是刚体静力学的基本原理 物体的受力分析、平面力系的平衡规律、空间力系的平衡规律、摩擦等。 力系的等效：两个力系对刚体作用的效果相同，称该两力系为等效力系。 运动学：研究质点和刚体的运动，仅限于质点和刚体在运动时所需要 利用等效力系的概念，可以对复杂力系进行简化。 的数学（几何）上的运动规律。 力系等效于一个力，称该力为原力系的合力； 动力学：研究物体受力后运动与力之间的关系。 动力学主要内容有质 力系等效于一个力偶，称该力偶为原力系的合力偶； 点动力学基本定理、动量定理、动量矩定理、动能定理、达朗贝尔原理、 碰撞等。 力系等效于一个力及另一个与之平行的力偶，称该力及力