1+第一章+緒論.ppt

1,單輝祖編著,2,課程基本要求（教學大綱）,對材料力學的基本概念和基本的分析方法有明確的認識；具有將一般桿類零構件簡化為力學簡圖的初步能力，具有力學建模的初步概念與能力；能比較熟練地作出桿件在基本變形下的內(nèi)力圖、計算其應力和位移、并進行強度和剛度計算；對應力狀態(tài)理淪和強度理論有明確的認識，并能將其應用于組合變形下桿件的強度計算；理解掌握簡單超靜定問題的求解方法；對能量法的有關基木原理有明確認識，并比較熟練地掌握一種計算位移的能量方法；對壓桿的穩(wěn)定性概念有明確的認識，會計算軸向受壓桿的臨界載荷與臨界應力，并進行穩(wěn)定性校核等計算；理解動載荷中的動荷系數(shù)和交變應力中的疲勞破壞、持久極限等基本概念，會計算桿件承受沖擊載荷時的應力和變形；對于常用材料在常溫下的基本力學性能及其測試方法有初步認識；對于電測實驗應力分析的基本原理、方法和實驗方案有初步認識。,3,基本情況,總學時：80617周（本學期）先修課程：高等數(shù)學、理論力學考試方式：平時成績期末閉卷考試課外要求：2倍上課時間進行復習與作業(yè)答疑時間作業(yè)：每周一9:00之前交作業(yè)作業(yè)柜：主南一層材料力學作業(yè)柜注意區(qū)分理論課作業(yè)與試驗報告,4,教師基本情況,姓名：李敏職稱：教授單位：航空科學與工程學院固體力學所電話：82338527(O-mail：limin辦公室：五館A206(校內(nèi)開水房西南側)助教：劉百慧碩士生（五館A202）課代表聯(lián)系方式,5,科學像一株常青之樹，在實驗室、圖書館和博物館中緩慢生長，成千上萬的人完成了大量出色的工作，這些人并非具有超常才智，但他們受過良好的訓練，掌握了有效的方法并且具有很大的耐心。美國喬治.薩頓（GeorgeSarton18841956）,參考書:國內(nèi):孫訓方，劉鴻文等，國外:鐵摩辛柯,我的課程特點你們的學習方法,6,第一章緒論,1-2材料力學發(fā)展簡史,1-3材料力學的基本假設,1-1材料力學的任務與研究對象,7,1-1材料力學的任務與研究對象,如何設計結構尺寸？,8,9,構件：組成機械與結構的零構件，統(tǒng)稱為構件。(例證),變形：構件尺寸與形狀的變化,彈性變形：外力解除后可消失的變形,塑性變形：外力解除后不能消失的變形,破壞顯著的塑性變形和斷裂。,構件與構件的力學響應,失穩(wěn)原有平衡形式的喪失。,10,重慶綦江彩虹橋,斷裂,11,變形,12,南京電視臺腳手架失穩(wěn),平衡狀態(tài)的喪失,13,Tacoma海峽新橋,Tacoma海峽大橋1940年破壞,14,經(jīng)濟性,安全性,15,保證構件安全性的指標,強度構件在外力作用下抵抗破壞的能力；,剛度構件在外力作用下抵抗變形的能力；,穩(wěn)定性構件在外力作用下保持原有平衡形式的能力。,構件安全工作的基本要求：具有足夠的強度、剛度與穩(wěn)定性,材料力學的任務：(解決安全性與經(jīng)濟性的矛盾)研究構件在外力作用下變形、內(nèi)部受力與破壞的規(guī)律，為合理設計構件提供強度、剛度與穩(wěn)定性分析的基本理論與方法。,16,合理設計解決矛盾的方法,17,材料力學的研究對象桿件，簡單桿系，某些形狀與受力都較簡單的板殼,桿件：lb,h,18,討論：僅研究桿件，有何意義？,棟梁、骨架、中流砥柱由簡單到復雜,19,桿件變形的基本形式,軸向拉伸與壓縮,扭轉,彎曲,20,桿件的組合變形,壓彎組合,彎扭組合,H,21,材料力學發(fā)展史反映了人類認識與改造自然的歷史,1-2材料力學發(fā)展簡史,從古代人類開始建筑房屋的時候起，人們就覺察到有必要獲得有關建筑材料強度的知識，以便作出決定構件安全尺寸的法則。,22,中國古代有關材料力學的應用,趙州橋隋朝,試弓定力圖東漢,23,1103年，李誡在營造法式大木作制度指出：“凡梁之大小，各隨其廣分為三份，以二份為厚”,24,中國古代力學史的啟示自豪：世界文明發(fā)源地之一遺憾：少有完整科學理論,25,材料力學在近代的發(fā)展,伽利略像,1638年：材料力學的開端關于兩種新科學的對話,開創(chuàng)了用實驗觀察假設邏輯證明與實驗驗證形成科學理論的方法,26,關于兩種新科學的對話,伽利略討論了幾何相似結構物體的強度問題：一個小型方尖塔、柱子，無論平放或者直立都不會發(fā)生斷裂的危險，而那些很大的則在稍微觸動下都很容易崩散破碎,27,伽利略總結：無論是人工的或天然的結構物，都不可能將尺寸增加到非常大；同樣也不可能將船只、宮殿或廟宇造得非常巨大而能使它們的船槳、庭院、梁、鐵螺栓以及其他部件都能結合在一起；自然界也不能生出異乎尋常的大樹，因為樹枝在其本身重量作用下是會折斷的；因此徜若人的、馬的或其他動物的身體高度增加得異常高，那末這些動物的骨胳組織就不可能結合在一起來完成其正常機能；因為高度增加只能由較平常的骨胳更硬更強力的材料或者借放大骨胳才能達到目的，這樣會改變它們的形體，以至使它們的形狀變成一個怪物。如果縮小一物體的尺寸，該物體的強度并不按同樣比例減小；實際上物體愈小，它的相對強度反愈提高。因此，一只小狗也可能在它的背上馱起三只同它一樣大的狗；但是我相信一匹馬就甚至連一匹和它一樣大的馬也馱不起。,28,伽利略討論空心梁的強度：因不須增加重量而能大大提高強度，故在工藝上應用很廣。在自然界更為普遍，象這類例子實在太多。例如鳥類的骨骼和很輕的但能高度抗彎和抗斷裂的各種蘆草稈。一根麥稈所負載的麥穗較整個麥桿要重得多，如果麥稈是用同樣多的材料作成實心形狀，那末它將減低其抗彎和抗斷裂的能力。一根空心槍桿或一根木制或金屬制的管子比同長度同重量的實心桿要強得多，這是一個已在實際應用中被證實的經(jīng)驗。,29,胡克的彈性實驗裝置,1678年：發(fā)現(xiàn)“胡克定律”,雅各布.伯努利，馬略特：得出了有關梁、柱性能的基礎知識，并研究了材料的強度性能與其它力學性能。,庫倫：得到了梁的彎曲正應力和圓桿扭轉切應力的正確結果,30,(瑞士)歐拉像,主要研究梁的變形：曲線的變分法，推導出受橫向力的懸臂桿的撓度表達式關于柱的承載力，討論了壓桿穩(wěn)定問題，引入了臨界載荷的概念。還研究了大變形問題、變截面梁的問題、具有初始曲率桿的問題。,31,(瑞士)約翰.伯努利像,(意大利)拉格朗日像,提出“虛位移原理”,闡述了“虛功原理”,32,(英國)托馬斯.楊像,(法國)納維像,定義“彈性模量”,研究了扭轉問題、梁的彎曲問題、提出了解超靜定問題的位移法1826年，第一本材料力學,33,(法國)泊松像,定義“泊松比”,(法國)圣維南像,研究了扭轉和彎曲問題，提出了“圣維南原理”,34,(烏克蘭)鐵摩辛柯像,建立“鐵摩辛柯梁”模型,研究了圓孔附近的應力集中問題，梁板的彎曲振動問題，薄壁桿件扭轉問題，彈性系統(tǒng)穩(wěn)定性問題等,出版了大量力學教材：材料力學，高等材料力學，結構力學，板殼理論等20多部,35,材料力學在現(xiàn)代的發(fā)展,19世紀中葉，鐵路橋梁工程的發(fā)展，大大推動了材料力學的發(fā)展；,當時，材料力學的主要研究對象為鋼材；,20世紀，各種新型材料(復合材料、高分子材料等)廣泛應用，實驗水平、計算方法不斷提高；,材料力學所涉及的領域更加廣闊，它仍在發(fā)展。,36,北航在全國大學生力學（理論力學和材料力學）競賽贏得的榮譽,37,1-2材料力學的基本假設,材料力學研究材料的宏觀力學行為,材料力學主要研究鋼材等金屬材料,關于材料的基本假設：,連續(xù)性假設：認為材料無空隙地充滿于整個構件。力學量可以用坐標的連續(xù)函數(shù)表示。,均勻性假設：構件內(nèi)每一處的力學性能相同。通過試樣得到的材料性能可用于構件的任何部位。,各向同性假設：構件某一處材料沿各個方向的力學性能均相同,38,鑄鐵模具材料的細觀圖像,39,問題：金屬材料在宏觀、細觀和微觀是否連續(xù)、均勻與各向同性？,鐵碳合金（0.2C%）,宏觀：連續(xù)，均勻，各向同性；細觀：非連續(xù)（微缺陷、微孔洞等）；非均勻（微夾雜、晶界等）；各向異性（晶粒方位）；微觀：分子原子內(nèi)部結構的非連續(xù)，非均勻，各向異性。,40,問題：舉例說明均勻與非均勻、各向同性與各向異性的概念。,41,附加的兩個基本假設,線彈性假設：物體的變形與外力的關系是線性的，且外力移除后，變形可恢復。小變形假設：物體的變形遠小于物體的幾何尺寸，在建立方程時，可以按未變形的位形考慮，并