《理論力學(xué)實(shí)驗(yàn)》講義

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1、《理論力學(xué)實(shí)驗(yàn)》講義福州大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)系《工程力學(xué)》組編二OO九年十一月30前言科學(xué)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，市場經(jīng)濟(jì)體系的建立，人才聘用的市場化，都對(duì)大學(xué)生的實(shí)際能力提出了很高的要求。培養(yǎng)和訓(xùn)練大學(xué)生的分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)和訓(xùn)練大學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，是課程建設(shè)和課程教學(xué)的基本目標(biāo)，為此，我們突破長期以來《理論力學(xué)》課程教學(xué)無實(shí)驗(yàn)的狀態(tài)，初步建設(shè)了理論力學(xué)實(shí)驗(yàn)室，開展了《理論力學(xué)》實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)。《理論力學(xué)實(shí)驗(yàn)》作為《理論力學(xué)》新教學(xué)體系的重要組成部分，目的是通過這樣一組實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的實(shí)施

2、，開闊學(xué)生的眼界，加強(qiáng)《理論力學(xué)》的工程概念，了解這門課程與工程實(shí)際的緊密關(guān)系，培養(yǎng)、鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新思維和科研能力。大量與《理論力學(xué)》相關(guān)的產(chǎn)品和科研成果作為《理論力學(xué)實(shí)驗(yàn)》實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容，通過參觀圖片實(shí)物、實(shí)驗(yàn)演示以及學(xué)生自己觀察、分析和動(dòng)手實(shí)踐達(dá)到實(shí)驗(yàn)的目的。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果考核將采取填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告、撰寫小論文和交習(xí)作的形式進(jìn)行。目前，《理論力學(xué)實(shí)驗(yàn)》主要包括三項(xiàng)內(nèi)容：1、靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)創(chuàng)新應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。2、動(dòng)力學(xué)參數(shù)測定實(shí)驗(yàn)。3、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)計(jì)算機(jī)模擬仿真實(shí)驗(yàn)。30第一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)創(chuàng)

3、新應(yīng)用實(shí)驗(yàn)一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、通過大量工業(yè)產(chǎn)品和科技成果向?qū)W生展示《理論力學(xué)》的工程意義和工程應(yīng)用，開闊學(xué)生的眼界。2、通過學(xué)生對(duì)大量工業(yè)產(chǎn)品和科技成果的觀察分析，通過學(xué)生動(dòng)手操作，加深對(duì)《理論力學(xué)》基本概念的理解，鞏固力學(xué)分析方法的掌握。3、培養(yǎng)、訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)新思維，提高、鍛煉他們建立力學(xué)模型的能力。二．儀器設(shè)備1、掛圖、照片。2、40余套產(chǎn)品、模型、設(shè)備和零部件。三．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（一）靜力學(xué)部分（一）曲柄滾輪擠水拖把的受力分析與過程其計(jì)算簡圖如圖2，應(yīng)用虛位移原理可以得出和的關(guān)系。30二者的過程關(guān)系如下圖：

4、30（二）桑塔那汽車用的千斤頂受力分析與自鎖條件千斤頂受到平面匯交力系的作用，已知車重，容易求得和。進(jìn)一步，利用虛位移原理，可以求得手柄作用力：當(dāng)螺紋升角小于摩擦角（）時(shí)，千斤頂還將發(fā)生自鎖現(xiàn)象：30（三）膨脹螺釘?shù)膽?yīng)用技術(shù)與約束反力分析如圖，膨脹螺釘?shù)募s束反力是一空間力系：之所以能固接在墻中，機(jī)理如圖，越大，靜摩擦力也越大。（四）管子鉗的受力分析與剪刀鉗的受力分析管子鉗的設(shè)計(jì)充分利用了力學(xué)原理：30（五）兔子撓骨抗扭強(qiáng)度測試儀——空間力偶等效理論的應(yīng)用測試儀利用空間力偶等效理論，對(duì)下圖的撓骨進(jìn)行扭矩和

5、轉(zhuǎn)角的實(shí)驗(yàn)：得到二者的關(guān)系如圖：其中右圖為扭矩和愈合天數(shù)的關(guān)系曲線圖。（六）挖掘機(jī)部件的受力分析與求解各油缸的推力或拉力靈活、正確的選取研究對(duì)象是求解靜力學(xué)問題的訣竅，如圖所示的挖掘機(jī)受力分析：（七）靜、動(dòng)滑動(dòng)摩擦因數(shù)的測定裝置利用圖示測定裝置可以測定材料靜、滑動(dòng)摩擦因數(shù)：30簡化得到力學(xué)模型：利用臨界條件和newton定律可以求得靜、動(dòng)摩擦因數(shù)。（八）壓延機(jī)的摩擦因數(shù)問題壓延機(jī)的壓延厚度和摩擦因數(shù)有關(guān)。如圖所示，要使得壓延產(chǎn)生，必須使合力向右，進(jìn)而可以求得厚度和因數(shù)的關(guān)系：剝毛豆機(jī)是一應(yīng)用實(shí)例。（九）

6、滑動(dòng)摩擦不自鎖——自動(dòng)關(guān)門的搖皮30該設(shè)計(jì)同樣應(yīng)用了自鎖原理，當(dāng)升角（或傾角）不小于摩擦角時(shí)，機(jī)構(gòu)無法實(shí)現(xiàn)靜平衡。（十）翻倒問題與起重機(jī)的穩(wěn)定度這是典型的平面平行力系的平衡問題，利用臨界條件，可以求出平衡塊的限重和穩(wěn)定度：（十一）螺旋壓榨機(jī)或螺旋拔銷爪利用虛位移原理，可以求出主動(dòng)力和反作用力之間的關(guān)系：30其中：為螺旋半徑，為螺紋升角。（十二）桁架在橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用與計(jì)算工程實(shí)際中的橋梁設(shè)計(jì)廣泛應(yīng)用了理論力學(xué)的知識(shí)：A．拱橋材料一般為脆性材料，單個(gè)構(gòu)件受到平面匯交力系作用：B．桁架結(jié)構(gòu)橋構(gòu)件受到平面匯交

7、力系或一般力系的作用，應(yīng)用節(jié)點(diǎn)法或截面法可以求解：30下圖為一跨珩架在自重和一般載荷作用下的受力圖：C．懸索橋懸索上的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)為一平面匯交力系作用點(diǎn)：D．斜拉橋E．公路橋30必須指出，以上各種橋梁除了需要進(jìn)行靜力平衡分析外，還需要進(jìn)行動(dòng)力計(jì)算，如模態(tài)分析，固有頻率計(jì)算等。（十三）應(yīng)力集中概念、空間杠桿原理和彎曲技術(shù)在磁磚切割機(jī)上的綜合應(yīng)用瓷磚切割機(jī)綜合應(yīng)用了材料力學(xué)中的應(yīng)力集中、理論力學(xué)中的杠桿原理和彎曲技術(shù)：（二）運(yùn)動(dòng)學(xué)部分（一）計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)器變角速度的控制驅(qū)動(dòng)器中包含有渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)、摩擦傳動(dòng)和凸輪緊

8、固等。為保證線速度不變，在信號(hào)接受點(diǎn)不斷變動(dòng)的情況下，驅(qū)動(dòng)器轉(zhuǎn)盤的角速度也是時(shí)變的：30（二）旋轉(zhuǎn)式、往復(fù)式剃須刀的比較，曲柄框架機(jī)構(gòu)與外殼振動(dòng)控制的技術(shù)下圖為剃須刀的示意圖，其中包括可剃須區(qū)和不可剃須區(qū)：在電機(jī)轉(zhuǎn)速為定值的情況下，根據(jù)切削速度和轉(zhuǎn)速的正比關(guān)系容易確定出最佳效果的剃須區(qū)域。應(yīng)用曲柄框架機(jī)構(gòu)，將電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)榈镀钠絼?dòng)，顯然比上面的旋轉(zhuǎn)式更為合理和有效：為了避免振動(dòng)，可以采取兩種方法：一是在曲柄上裝偏心塊；二是采用兩排運(yùn)動(dòng)方向相