Реферат Курсовая Конспект
Теоретическая механика - Лекция, раздел Механика, ...
|
Теоретическая механика
ЛЕКЦИЯ 1
Тема 1.1. Основные понятия и аксиомы статики
Введение
Техническая механика — комплексная дисциплина. Она включает три раздела: «Теоретическая механика», «Сопротивление материалов», «Детали машин». «Теоретическая механика» — раздел, в котором излагаются основные законы движения твердых тел и их взаимодействия. В разделе «Сопротивление материалов» изучаются основы прочности материалов и методы расчетов элементов конструкций на прочность, жесткость и устойчивость под действием внешних сил. В заключительном разделе «Технической механики» «Детали машин» рассматриваются основы конструирования и расчета деталей и сборочных единиц общего назначения.
Дисциплина «Техническая механика» является общепрофессиональной, обеспечивающей базовые знания при усвоении специальных дисциплин, изучаемых в дальнейшем.
Аксиомы статики
В результате обобщения человеческого опыта были установлены общие закономерности механического движения, выраженные в виде законов и теорем. Все теоремы и уравнения статики выводятся из нескольких исходных положений. Эти положения называют аксиомами статики.
Первая аксиома
Под действием уравновешенной системы сил абсолютно твердое тело или материальная точка находятся в равновесии или движутся равномерно и прямолинейно (закон инерции).
Вторая аксиома
Две силы, равные по модулю и направленные по одной прямой в разные стороны, уравновешиваются (рис. 1.2).
Р,=Р2
Пятая аксиома
При взаимодействии тел всякому действию соответствует равное и противоположно направленное противодействие (рис. 1.5).
Силы действующие и противодействующие всегда приложены к разным телам, поэтому они не уравновешиваются .
Силы, с которыми два тела действуют друг на друга, всегда равны по модулю и направлены вдоль одной прямой в разные стороны.
Шарнирная опора
Шарнир допускает поворот вокруг точки закрепления. Различают два вида шарниров.
Подвижный шарнир
Стержень, закрепленный на шарнире, может поворачиваться вокруг шарнира, а точка крепления может перемещаться вдоль направляющей (площадки) (рис. 1.10).
Реакция подвижного шарнира направлена перпендикулярно опорной поверхности, т. к. не допускается только перемещение поперек опорной поверхности.
R = Rх + Rу.
ЛЕКЦИЯ 2
Тема 1.2. Плоская система сходящихся сил.
Определение равнодействующей геометрическим способом
Знать геометрический способ определения равнодействующей системы сил, условия равновесия плоской системы сходящихся сил.
Уметь определять равнодействующую, решать задачи на равновесие в геометрической форме.
Порядок построения многоугольника сил
1. Вычертить векторы сил заданной системы в некотором масштабе один за другим так, чтобы конец предыдущего вектора совпадал с началом последующего.
2. Вектор равнодействующей замыкает полученную ломаную линию; он соединяет начало первого вектора с концом последнего и направлен ему навстречу.
3. При изменении порядка вычерчивания векторов в многоугольнике меняется вид фигуры. На результат порядок вычерчивания не влияет.
Тема 1.2. Плоская система сходящихся сил.
Определение равнодействующей аналитическим способом
Знать аналитический способ определения равнодействующей силы, условия равновесия плоской сходящейся системы сил в аналитической форме. Уметь определять проекции силы на две взаимно перпендикулярные оси решать задачи на равновесие в аналитической форме.
Определение равнодействующей системы
Условия равновесия плоской системы
Тема 1.3. Пара сил и момент силы относительно точки
Знать обозначение, модуль и определение моментов пары сил и силы относительно точки, условия равновесия системы пар сил.
Уметь определять моменты пар сил и момент силы относительно точки, определять момент результирующей пары сил.
Тема 1.4. Плоская система произвольно расположенных сил
Иметь представление о главном векторе, главном моменте, равнодействующей плоской системы произвольно расположенных сил.
Знать теорему Пуансо о приведении силы к точке, приведение произвольной плоской системы сил к точке, три формы уравнений равновесия.
Уметь заменять произвольную плоскую систему сил одной силой и одной парой.
Приведение к точке плоской системы произвольно
Частные случаи приведения системы сил к точке
При приведении системы сил к точке возможны следующие варианты:
тело вращается вокруг неподвижной оси. тело движется прямолинейно ускоренно, тело находится в равновесии.
Условие равновесия произвольной
Тема 1.4. Балочные системы.
Определение реакций опор и моментов
Защемления
Иметь представление о видах опор и возникающих реакциях в опорах.
Знать три формы уравнений равновесия и уметь их использовать для определения реакций в опорах балочных систем. Уметь выполнять проверку правильности решения.
Виды нагрузок и разновидности опор
Пространственная сходящаяся система сил
Произвольная пространственная система сил
Сила тяжести
Сила тяжести — равнодействующая сил притяжения к Земле, она распределена по всему объему тела. Силы притяжения, приложенные к частицам твердого тела, образуют систему сил, линии действия которых сходятся в центре Земли (рис. 8.1). Поскольку радиус Земли значительно больше размеров любого земного тела, силы притяжения можно считать параллельными.
Точка приложения силы тяжести
Для определения точки приложения силы тяжести (равнодействующей параллельных сил) используем теорему Вариньона о моменте равнодействующей:
Момент равнодействующей относительно оси равен алгебраической сумме моментов сил системы относительно этой оси.
Изображаем тело, составленное из некоторых частей, в пространственной системе координат (рис. 8.2).
Тело состоит из частей, силы тяжести которых ^^ приложены в центрах тяжести (ЦТ) этих частей.Пусть равнодействующая (сила тяжести всего тела) приложена в неизвестном пока центре С.
Хc, Ус и Zс — координаты центра тяжести С.
Хk, уk и zk — координаты центров тяжести частей тела
Из теоремы Вариньона следует:
Тема 1.7. Основные понятия кинематики.
Основные кинематические параметры
Траектория
Линию, которую очерчивает материальная точка при движении в пространстве, называют траекторией.
Траектория может быть прямой и кривой, плоской и пространственной линией.
Уравнение траектории при плоском движении: у = f(х).
Тема 1.8. Кинематика точки
Иметь представление о скоростях средней и истинной, об ускорении при прямолинейном и криволинейном движениях, о различных видах движения точки.
Знать формулы (без вывода) и графики равномерного и равнопеременного движений точки. Уметь определять параметры движения точки по заданному закону движения, строить и читать кинематические графики.
Анализ видов и кинетических параметров движений
Неравномерное движение
При неравномерном движении численные значения скорости и ускорения меняются.
Уравнение неравномерного движения в общем виде представляет собой уравнение третьей S = f(t3) и выше степени.
Кинематические графики
Кинематические графики — это графики изменения пути, скорости и ускорений в зависимости от времени.
Равномерное движение (рис. 10.3)
Равнопеременное движение (рис. 10.4)
Определение скорости и ускорения точки при координатном способе задания ее движения
Если движение точки задано в координатной форме, то каждое параметрическое уравнений , взятое отдельно, описывает движение не самой точки, а ее проекции вдоль соответствующих осей. Пусть движение точки А в плоской системе координат задано уравнениями
х =f1 (t) и у =f2 (t).
Первое из уравнений определяет закон изменения абсциссы х движущейся точки (рис. 1.118), т. е. описывает движение по оси абсцисс точки Ах — проекции точки А на ось х. Второе уравнение определяет закон изменения ординаты у точки А, т. е. описывает движение по оси ординат ее проекции Ау на эту ось. Допустим, что в данный момент времени t точка А имеет скорость v , тогда Ах и А у — проекции точки на оси х и у—движутся по осям со скоростями vх и vу, модули которых равны проекциям скорости v на соответствующие оси (рис. 10.5). Следовательно, дифференцируя каждое из заданных уравнений, найдем модули скоростей vx и vу или, иначе говоря, проекции скорости v на оси координат.
Итак,
vx = dx/dt =f'(t) и vy = dy/dt = f'(t). (1.100)
Рис 10.5
Если из начала и конца вектора v провести прямые, параллельные осям координат, то получим прямоугольный треугольник с гипотенузой v и катетами vх и vy . Отсюда модуль искомой скорости
(1.101)
Направление скорости v, т. е. углы αх или αу , находим по одной из следующих формул:
Аналогично определяется и вектор ускорения а. Сначала находим его проекции на оси х и у:
ах = dvx/dt =f"(t) и ау = dvу /dt =f"(t), (1.105)
а затем модуль
(1.106)
и направление, т. е. углы βх и βy (угол βу на рис. 1.118 не обозначен):
От координатного способа задания движения точки нетрудно перейти к естественному способу. Ранее мы рассмотрели , что, исключив время из уравнений движения х =f1 (t),
у =f2 (t), получаем уравнение траектории Ф (х, у) = 0. Уравнение движения S =f(t) по этой траектории получаем следующим образом. Так как v = dS / dt то dS = v dt; подставив сюда значение полученное из уравнений движения в
осях координат, и проинтегрировав:
(1.108)
получим уравнения движения вида S =f(t).
Например, если движение точки задано уравнениями х = 3t2 и у = 4t2, то точка движется по прямолинейной траектории, уравнение которой 4x – 3y = 0.
Из заданных уравнений движения следует, что проекции скорости на оси координат
VX = 6t Vу = 8t ,
а модуль скорости в любой момент времени
Из уравнения (1.108)
Таким образом, точка движется прямолинейно по траектории 4х— 3y = 0 согласно уравнению S = 5t2.
ЛЕКЦИЯ 11
Тема 1.9. Простейшие движения твердого тела
Иметь представление о поступательном движении, его особенностях и параметрах, о вращательном движении тела и его параметрах. Знать формулы для определения параметров поступательного и вращательного движений тела.
Уметь определять кинематические параметры тела при поступательном и вращательном движениях, определять параметры любой точки тела.
Тема 1.10. Сложное движение точки.
Сложное движение твердого тела
Иметь представление о системах координат, об абсолютном, относительном и переносном движениях. Знать разложение сложного движения на относительное и переносное, теорему сложения скоростей. Знать разложение плоскопараллельного движения на поступательное и вращательное, способы определения мгновенного центра скоростей.
Метод разложения сложного движения на
Метод определения мгновенного
Тема 1.12. Основные понятия и аксиомы динамики.
Понятие о трении
Иметь представление о массе тела и ускорении свободного падения, о связи между силовыми и кинематическими параметрами движения, о двух основных задачах динамики. Знать аксиомы динамики и математическое выражение самого закона динамики. Знать зависимости для определения силы трения.
Содержание и задачи динамики
Динамика — раздел теоретической механики, в котором устанавливается связь между движением тел и действующими на них нами. В динамике решают два типа задач:
— определяют параметры движения по заданным силам;
— определяют силы, действующие на тело, по заданным кинематическим параметрам движения.
При поступательном движении все точки тела движутся одинаково, поэтому тело можно принять за материальную точку. Если размеры тела малы по сравнению с траекторией, его тоже можно рассматривать как материальную точку, при этом точка падает с центром тяжести тела.
При вращательном движении тела точки могут двигаться неодинаково, в этом случае некоторые положения динамики можно применять только к отдельным точкам, а материальный объект рассматривать как совокупность материальных точек.
Поэтому динамику делят на динамику точки и динамику материальной системы.
Тема 1.13. Движение материальной точки.
Метод кинетостатики
Иметь представление о свободных и несвободных материальных точках, о силах инерции, об использовании силы инерции для решения технических задач. Знать формулы для расчета силы инерции при поступательном и вращательном движениях, знать принцип Даламбера и уметь определять параметры движения с использованием законов динамики и метода кинетостатики.
Порядок решения задач с использованием принципа
Даламбера
1. Составить расчетную схему.
2. Выбрать систему координат.
3. Выяснить направление и величину ускорения.
4. Условно приложить силу инерции.
5. Составить систему уравнений равновесия.
6. Определить неизвестные величины.
Примеры решений задач
Пример 1.Рассмотрим движение платформы по шероховатой поверхности с ускорением (рис. 14.4).
Тема 1.14. Работа и мощность
Иметь представление о работе силы при прямолинейном и криволинейном перемещениях, о мощности полезной и затраченной, о коэффициенте полезного действия.
Знать зависимости для определения силы трения, формулы для расчета работы и
мощности при поступательном и вращательном движениях.
Уметь рассчитывать работу и мощность с учетом потерь на трение и сил инерции.
Работа
Для характеристики действия силы на некотором перемещении точки ее приложения вводят понятие «работа силы».
Работа служит мерой действия силы, работа — скалярная величина.
Работа постоянной силы на прямолинейном пути
Работа силы в общем случае численно равна произведению модуля силы на длину пройденного пути и на косинус угла между направлением силы и направлением перемещения (рис. 15.1):
W = FS cos α
Единицы измерения работы:
1 Дж (джоуль) 1 Н-м;
1 кДж (килоджоуль) — 103 Дж.
Рассмотрим частные случаи.
1. Силы, совпадающие с направлением перемещения, называются движущими силами. Направление вектора силы совпадает с направлением перемещения (рис. 15.2).
В этом случае α = 0° (соs α = 1). Тогда W = FS > 0.
2. Силы, перпендикулярные направлению перемещения, работы не производят (рис. 15.3).
Сила F перпендикулярна направлению перемещения, α = 90° (соs α = 0); W = 0.
3. Силы, направленные в обратную от направления перемещения сторону, называются силами сопротивления (рис. 15.4).
Сила F направлена в обратную от перемещения S сторону.
В этом случае α = 180° (соs α = —1), следовательно, W = —FS < 0.
Движущие силы увеличивают модуль скорости, силы сопротивления уменьшают скорость.
Таким образом, работа может быть положительной и отрицательной в зависимости от направления силы и скорости.
Работа постоянной силы на криволинейном пути
Пусть точка М движется по дуге окружности и сила F составляет некоторый угол а с касательной к окружности (рис. 15.5).
Вектор силы можно разложить на две составляющие
F = Ft + Fn
Используя принцип независимости действия сил, определим работу каждой из составляющих силы отдельно:
W(Ft) = Ft ΔŠ ; W(Fn) = Fn ΔŠ
где ΔŠ = M1Μ2 — пройденный путь.,
ΔŠ = φr
Нормальная составляющая силы Fп всегда направлена перпендикулярно перемещению и, следовательно, работы не производит:
W (Fп) = 0.
При перемещении по дуге обе составляющие силы разворачиваются вместе с точкой М. Таким образом, касательная составляющая силы всегда совпадает по направлению с перемещением.
Будем иметь: W(Ft) = Ft φr.
Касательную силу Ft обычно называют окружной силой.
Работа при криволинейном пути — это работа окружной силы:
W(F) = W(Ft)
Произведение окружной силы на радиус называют вращающим
моментом:
Мвр = Ft r
Работа силы, приложенной к вращающемуся телу, равна произведению вращающего момента на угол поворота:
W(F) = Mврφ
Работа силы тяжести
Работа силы тяжести зависит только от изменения высоты и равна произведению модуля сипы тяжести на вертикальное перемещение точки (рис. 15.6):
W(G) = G(h1 – h2) = G Δh
где Δh — изменение высоты.
При опускании работа положительна, при подъеме отрицательна.
Тема 1.14. Работа и мощность. Коэффициент полезного действия
Иметь представление о мощности при прямолинейном и криволинейном перемещениях, о мощности полезной и затраченной, о коэффициенте полезного действия.
Знать зависимости для определения мощности при поступательном и вращательном движениях, КПД.
Уметь рассчитать мощность с учетом потерь на трение и сил инерции.
Тема 1.15. Общие теоремы динамики
Иметь представление о понятиях «импульс силы», «количество движения», «кинетическая энергия», о системе материальных точек, о внутренних и внешних силах системы.
Знать основные теоремы динамики, основные уравнения динамики при поступательном и вращательном движениях твердого тела, формулы для расчета моментов инерции некоторых однородных твердых тел.
Уметь определять параметры движения с помощью теорем динамики.
Основное уравнение динамики при поступательном движении тела
Для определения движения тела (системы материальных точек) можно использовать второй закон динамики
FΣ = тас,
где т — суммарная масса тела; ас — ускорение центра масс тела.
В поле земного притяжения центр масс совпадает с центром тяжести.
Примеры построения эпюры
Тема 2.5. Кручение. Внутренние силовые факторы при кручении.
Построение эпюр крутящих моментов
Иметь представление о деформациях при кручении, о внутренних силовых факторах при кручении. Уметь строить эпюры крутящих моментов.
Тема 2.5. Кручение. Напряжения и деформации
При кручении
Иметь представление о напряжении и деформациях при кручении, о моменте сопротивления при кручении.
Знать формулы для расчета напряжений в точке поперечного сечения, закон Гука при кручении.
Условие прочности при кручении
Разрушение бруса при кручении происходит с поверхности, при расчете на прочность используют условие прочности
где [τк] — допускаемое напряжение кручения.
Тема 2.6. Изгиб. Классификация видов изгиба. Внутренние силовые факторы при изгибе
Иметь представление о видах изгиба и внутренних силовых факторах.
Знать методы для определения внутренних силовых факторов и уметь ими пользоваться для определения внутренних силовых факторов при прямом изгибе.
Принятые в машиностроении знаки поперечных сил и
Выводы
При чистом изгибе в поперечном сечении балки возникает только изгибающий момент, постоянный по величине.
При поперечном изгибе в сечении возникает изгибающий момент и поперечная сила.
Изгибающий момент в произвольном сечении балки численно равен алгебраической сумме моментов всех внешних Рис. 29.5
сил, приложенных к отсеченной части, относительно рассматриваемого сечения.
Поперечная сила в произвольном сечении балки численно равна алгебраической сумме проекций всех внешних сил, действующих на отсеченной части на соответствующую ось.
Пример 2.На балку действует пара сил с моментом m и распределенная нагрузка интенсивностью q. Балка защемлена справа (рис. 29.6).
Рис. 29.6
Рассечем балку на участке 1 на расстоянии z1 от левого края. Рассмотрим равновесие отсеченной части. Из уравнения ΣMх1 = 0 получим:
т — Мx1 = 0; Mx1 = m = const.
Участок 1 — участок чистого изгиба.
Рассечем балку на участке 2 на расстоянии z2 > а от края, z2 — расстояние сечения от начала координат.
Из уравнения ΣFy = 0 найдем поперечную силу Q2 . Заменяем распределенную нагрузку на рассматриваемом участке равнодействующей силой q(z2 — а).
ΣFy = - q(z2 — а) + Q2 = 0; Q2 = q(z2 — а)
Из уравнения моментов определяем изгибающий момент в сечении:
На втором участке возникает поперечный изгиб.
Выводы
При действии распределенной нагрузки возникает поперечная сила, линейно зависящая от координаты сечения.
Изгибающий момент на участке с распределенной нагрузкой меняется в зависимости от координаты сечения по параболическому закону.
Внутренних силовых Q1= F1 – F2.
Факторов при изгибе
Поперечный изгиб. Внутренние силовые факторы.
Тема 2.7. Сочетание основных деформаций. Гипотезы прочности
Иметь представление о напряженном состоянии в точке упругого тела, о теории предельных напряженных состояний, об эквивалентном напряженном состоянии, о гипотезах прочности.
Знать формулы для эквивалентных напряжений по гипотезам наибольших касательных напряжений и энергии формоизменения.
Тема 2.10. Устойчивость сжатых стержней. Основные положения
Иметь представление об устойчивых и неустойчивых формах равновесия, критической силе и коэффициенте запаса устойчивости, о критическом напряжении, гибкости стержня и предельной гибкости.
Знать условие устойчивости сжатых стержней, формулу Эйлера и эмпирические формулы для расчета критической силы и критического напряжения.
Способы определения критической силы
– Конец работы –
Используемые теги: Теоретическая, Механика0.049
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Теоретическая механика
Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов