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个人介绍
结构力学

主讲教师：

教师团队：共1位

  • 朱慈勉
学校： 同济大学
开课院系： 土木工程学院
专业大类： 力学
开课专业： 一般力学与力学基础 
 结构力学(Structural Mechanics)是固体力学的一个分支，它主要研究工程结构受力和传力的规律，以及如何进行结构优化的学科。结构力学研究的内容包括结构的组成规则，结构在各种效应（外力，温度效应，施工误差及支座变形等）作用下的响应，包括内力（轴力，剪力，弯矩，扭矩）的计算，位移（线位移，角位移）计算，以及结构在动力荷载作用下的动力响应（自振周期，振型）的计算等。 结构力学通常有三种分析的方法：能量法，力法，位移法，由位移法衍生出的矩阵位移法后来发展出有限元法 ，成为利用计算机进行结构计算的理论基础。
教师团队

朱慈勉

职称：教授、博导

单位：同济大学

部门：土木工程学院

职位：教授

学科体系

一般对结构力学可根据其研究性质和对象的不同分为结构静力学、结构动力学、结构稳定理论、结构断裂、疲劳理论和杆系结构理论、薄壁结构理论和整体结构理论等。

结构静力学

结构静力学是结构力学中首先发展起来的分支，它主要研究工程结构在静载荷作用下的弹塑性变形和应力状态，以及结构优化问题。静载荷是指不随时间变化的外加载荷，变化较慢的载荷，也可近似地看作静载荷。结构静力学是结构力学其他分支学科的基础。

结构动力学结构动力学是研究工程结构在动载荷作用下的响应和性能的分支学科。动载荷是指随时间而改变的载荷。在动载荷作用下，结构内部的应力、应变及位移也必然是时间的函数。由于涉及时间因素，结构动力学的研究内容一般比结构静力学复杂的多。

结构稳定理论

结构稳定理论是研究工程结构稳定性的分支。现代工程中大量使用细长型和薄型结构，如细杆、薄板和薄壳。它们受压时，会在内部应力小于屈服极限的情况下发生失稳(皱损或曲屈)，即结构产生过大的变形，从而降低以至完全丧失承载能力。大变形还会影响结构设计的其他要求，例如影响飞行器的空气动力学性能。结构稳定理论中最重要的内容是确定结构的失稳临界载荷。

结构断裂和疲劳理论

结构断裂和疲劳理论是研究因工程结构内部不可避免地存在裂纹，裂纹会在外载荷作用下扩展而引起断裂破坏，也会在幅值较小的交变载荷作用下扩展而引起疲劳破坏的学科。我们对断裂和疲劳的研究历史还不长，还不完善，但断裂和疲劳理论发展很快。

在结构力学对于各种工程结构的理论和实验研究中，针对研究对象还形成了一些研究领域，这方面主要有杆系结构理论、薄壁结构理论和整体结构理论三大类。整体结构是用整体原材料，经机械铣切或经化学腐蚀加工而成的结构，它对某些边界条件问题特别适用，常用作变厚度结构。随着科学技术的不断进展，又涌现出许多新型结构，比如20世纪中期出现的夹层结构和复合材料结构。

研究方法

结构力学的研究方法主要有工程结构的使用分析、实验研究、理论分析和计算三种。在结构设计和研究中，这三方面往往是交替进行并且是相辅相成的进行的。

使用分析就是在结构的使用过程中，对结构中出现的情况进行分析比较和总结，这是易行而又可靠的一种研究手段。使用分析对结构的评价和改进起着重要作用。新设计的结构也需要通过使用来检验性能。

实验研究能为鉴定结构提供重要依据，这也是检验和发展结构力学理论和计算方法的主要手段。实验研究分为三类：模型实验、真实结构部件实验、真实结构实验。例如，飞机地面破坏实验、飞行实验和汽车的碰撞实验等。

结构的力学实验通常要耗费较多的人力、物力和财力，因此只能有限度地进行，特别是在结构设计的初期阶段，一般多依靠对结构部件进行理论分析和计算。

在固体力学领域中，材料力学为结构力学的发展提供了必要的基本知识，弹性力学和塑性力学又是结构力学的理论基础，另外结构力学还与其它物理学科结合形成许多边缘学科，比如流体弹性力学等。

结构力学是一门古老的学科，又是一门迅速发展的学科。新型工程材料和新型工程结构的大量出现，向结构力学提供了新的研究内容并提出新的要求。计算机的发展，为结构力学提供了有力的计算工具。另一方面，结构力学对数学及其他学科的发展也起了推动作用。有限元法这一数学方法的出现和发展就与结构力学的研究有密切关系。

杠杆原理

古希腊科学家阿基米德有这样一句流传很久的名言：“给我一个支点，我就能撬起整个地球！”这句话有着严格的科学根据，但是在人的有生之年是不可能实现的。

阿基米德在《论平面图形的平衡》一书中最早提出了杠杆原理。他首先把杠杆实际应用中的一些经验知识当作“不证自明的公理”，然后从这些公理出发，运用几何学通过严密的逻辑论证，得出了杠杆原理。这些公理是：（1）在无重量的杆的两端离支点相等的距离处挂上相等的重量，它们将平衡；（2）在无重量的杆的两端离支点相等的距离处挂上不相等的重量，重的一端将下倾；（3）在无重量的杆的两端离支点不相等距离处挂上相等重量，距离远的一端将下 倾；（4）一个重物的作用可以用几个均匀分布的重物的作用来代替，只要重心的位置保持不变。相反，几个均匀分布的重物可以用一个悬挂在它们的重心处的重物来代替（5）相似图形的重心以相似的方式分布……

正是从这些公理出发，在“重心”理论的基础上，阿基米德发现了杠杆原理，即“二重物平衡时，它们离支点的距离与重量成反比。”阿基米德对杠杆的研究不仅仅停留在理论方面，而且据此原理还进行了一系列的发明创造。据说，他曾经借助杠杆和滑轮组，使停放在沙滩上的桅杆顺利下水，在保卫叙拉古免受罗马海军袭击的战斗中，阿基米德利用杠杆原理制造了远、近距离的投石器，利用它射出各种飞弹和巨石攻击敌人，曾把罗马人阻于叙拉古城外达3年之久。

受力分析过程

受力分析的定义：把指定物体（研究对象）在特定物理情景中所受的所有外力找出来，并画出受力图，这就是受力分析。

受力分析的一般顺序：先分析场力（重力、电场力、磁场力），再分析接触力（弹力、摩擦力），最后分析其他力。

受力分析的一般步骤：

（1）选取研究对象：即确定受力分析的物体。研究对象可以是单个的物体，也可以是物体的系统组合。

（2）隔离物体分析：将研究对象从周围的物体中隔离出来，进而分析物体受到的重力、弹力、摩擦力、电场力、磁场力等，检查周围有哪些物体对它施加了力的作用。

（3）画出受力示意图：按照一定顺序进行受力分析.一般先分析重力；然后环绕物体一周，找出跟研究对象接触的物体，并逐个分析弹力和摩擦力；最后再分析其它场力。在受力分析的过程中，要边分析边画受力图（养成画受力图的好习惯）.只画性质力，不画效果力。

（4）检查受力分析是否有误：受力分析完后，检查画出的每一个力能否找出它的施力物体，检查分析结果能否使研究对象处于题目所给运动状态，否则，必然发生了漏力、多力或错力现象。

匀速状态的受力分析：

1.只受重力与地面支持力的情况

2.受重力、斜面的支持力，及摩擦力的情况

参考教材


课程评价

课程章节
1
静定结构（二十二）
2
静定结构（二十三）
3
静定结构（二十四）
4
静定结构（二十五）
5
静定结构的影响线（一）
6
静定结构的影响线（二）
7
静定结构的影响线（三）
8
静定结构的影响线（四）
9
静定结构的影响线（五）
10
静定结构的影响线（六）
11
静定结构的影响线（七）
12
静定结构的影响线（八）
13
结构力学 绪论（一）
14
结构力学 绪论（二）
15
平面体系的几何构造分析（一）
16
平面体系的几何构造分析（二）
17
平面体系的几何构造分析（三）
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平面体系的几何构造分析（四）
19
平面体系的几何构造分析（五）
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静定结构（一）
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静定结构（二）
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静定结构（三）
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静定结构（四）
24
静定结构（五）
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静定结构（六）
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静定结构（七）
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静定结构（八）
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静定结构（九）
29
静定结构（十）
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静定结构（十一）
31
静定结构（十二）
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静定结构（十三）
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静定结构（十四）
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静定结构（十五）
35
静定结构（十六）
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静定结构（十七）
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静定结构（十八）
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静定结构（十九）
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静定结构（二十）
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静定结构（二十一）
41
静定结构的影响线（九）
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静定结构的影响线（十）
43
静定结构的影响线（十一）
44
静定结构的影响线（十二）
45
静定结构的影响线（十三）
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结构位移计算（一）
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结构位移计算（二）
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结构位移计算（三）
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结构位移计算（四）
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结构位移计算（五）
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结构位移计算（六）
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结构位移计算（七）
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结构位移计算（八）
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结构位移计算（九）
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结构位移计算（十）
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结构位移计算（十一）
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结构位移计算（十二）
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力法（一）
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力法（二）
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力法（三）
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力法（四）
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力法（五）
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力法（六）
64
力法（七）
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力法（八）
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力法（十）
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力法（十一）
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力法（十二）
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力法（十三）
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力法（十四）
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力法（十五）
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力法（十六）
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力法（十七）
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力法（十八）
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位移法（一）
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位移法（二）
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位移法（三）
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位移法（四）
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位移法（五）
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位移法（六）
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位移法（七）
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位移法（八）
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位移法（九）
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位移法（十）
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位移法（十一）
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位移法（十二）
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位移法（十三）
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位移法（十四）
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位移法（十五）
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位移法（十六）
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位移法（十七）
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位移法（十八）
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位移法（十九）
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位移法（二十）
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矩阵位移法（一）
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矩阵位移法（二）
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矩阵位移法（三）
98
矩阵位移法（四）
99
矩阵位移法（五）
100
矩阵位移法（六）
101
矩阵位移法（七）
102
矩阵位移法（八）
103
矩阵位移法（九）
104
矩阵位移法（十）
105
矩阵位移法（十一）
106
矩阵位移法（十二）
107
矩阵位移法（十三）
108
矩阵位移法（十四）
109
矩阵位移法（十五）
110
矩阵位移法（十六）
111
矩阵位移法（十七）
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