材料力學(xué)第01章 緒論

1、材材 料料 力力 學(xué)學(xué)Mechanics of Matericals第一章第一章 緒緒 論論1. .1 材料力學(xué)的任務(wù)材料力學(xué)的任務(wù)1. .2 變形固體的基本假設(shè)變形固體的基本假設(shè)1. .3 桿件變形的基本形式桿件變形的基本形式1. .4 材料力學(xué)與生產(chǎn)實(shí)踐的關(guān)系材料力學(xué)與生產(chǎn)實(shí)踐的關(guān)系*材料力學(xué)材料力學(xué)第一章第一章 緒論緒論一、一、理論力學(xué)與材料力學(xué)的比較理論力學(xué)與材料力學(xué)的比較二、二、材料力學(xué)的任務(wù)材料力學(xué)的任務(wù)三、材料力學(xué)與其它課程的關(guān)系三、材料力學(xué)與其它課程的關(guān)系1. .1 材料力學(xué)的任務(wù)材料力學(xué)的任務(wù)1. .1 材料力學(xué)的任務(wù)材料力學(xué)的任務(wù)一、一、理論力學(xué)與材料力學(xué)的比較理論力學(xué)與材

2、料力學(xué)的比較研究對象：研究對象：研究內(nèi)容：研究內(nèi)容：研究手段：研究手段： 理論力學(xué)理論力學(xué) 材料力學(xué)材料力學(xué)剛體剛體 變形體變形體外力外力和和運(yùn)動運(yùn)動內(nèi)力內(nèi)力和和變形變形平衡方程平衡方程截面法截面法 + + 平衡方程平衡方程1. .1 材料力學(xué)的任務(wù)材料力學(xué)的任務(wù)二、二、材料力學(xué)的任務(wù)材料力學(xué)的任務(wù)1. .三個名詞三個名詞 如：如：機(jī)器中的機(jī)器中的軸軸、連桿連桿、螺栓螺栓 建筑物中的建筑物中的板板、梁梁、柱柱 構(gòu)件構(gòu)件 載荷載荷( (荷載荷載) ) 變形變形組成機(jī)器或建筑物的組成機(jī)器或建筑物的部件部件構(gòu)件的構(gòu)件的重量重量和作用在構(gòu)件上的和作用在構(gòu)件上的外力外力在載荷作用下構(gòu)件的在載荷作用下構(gòu)件

3、的形狀形狀和和尺寸尺寸的的改變改變也稱為也稱為形變形變1. .1 材料力學(xué)的任務(wù)材料力學(xué)的任務(wù) 為設(shè)計既為設(shè)計既安全安全又又經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì)的構(gòu)件提供理論和計算方法的構(gòu)件提供理論和計算方法即：即：研究構(gòu)件的研究構(gòu)件的強(qiáng)度強(qiáng)度、剛度剛度和和穩(wěn)定性穩(wěn)定性問題問題2. .材料力學(xué)的任務(wù)材料力學(xué)的任務(wù) 剛剛 度度 強(qiáng)強(qiáng) 度度 穩(wěn)定性穩(wěn)定性即：即：構(gòu)件保持原有構(gòu)件保持原有平衡平衡形式的能力形式的能力 構(gòu)件抵抗構(gòu)件抵抗破壞破壞的能力的能力構(gòu)件抵抗構(gòu)件抵抗變形變形的能力的能力構(gòu)件抵抗構(gòu)件抵抗失穩(wěn)失穩(wěn)的能力的能力1. .1 材料力學(xué)的任務(wù)材料力學(xué)的任務(wù) 2000年年12月月1日下午日下午2:30左右，東莞市厚街鎮(zhèn)赤嶺

4、工業(yè)區(qū)內(nèi)，左右，東莞市厚街鎮(zhèn)赤嶺工業(yè)區(qū)內(nèi)，一幢一幢擅自擅自由一層加至到三層由一層加至到三層的私人建筑物突然發(fā)生的私人建筑物突然發(fā)生整體倒塌整體倒塌。當(dāng)。當(dāng)場上百人被埋，至少場上百人被埋，至少8人死亡人死亡，32人受傷人受傷。1. .1 材料力學(xué)的任務(wù)材料力學(xué)的任務(wù) 2008年年 1月月26日湖日湖北咸寧供電北咸寧供電公司輸電部公司輸電部員工在員工在110千伏桂犀線千伏桂犀線38號鐵塔上號鐵塔上破冰搶修破冰搶修 1. .1 材料力學(xué)的任務(wù)材料力學(xué)的任務(wù) 2008年年1月月31日下午，湖北咸寧學(xué)院籃球場風(fēng)雨棚不堪積雪重日下午，湖北咸寧學(xué)院籃球場風(fēng)雨棚不堪積雪重壓，發(fā)生壓，發(fā)生坍塌坍塌。正在球場內(nèi)打

5、球的。正在球場內(nèi)打球的11名學(xué)生被砸傷，其中名學(xué)生被砸傷，其中1人經(jīng)搶人經(jīng)搶救無效死亡救無效死亡。 1. .1 材料力學(xué)的任務(wù)材料力學(xué)的任務(wù) 受連日的惡劣天氣影響，位于江西省南昌縣涇口鄉(xiāng)水各村的受連日的惡劣天氣影響，位于江西省南昌縣涇口鄉(xiāng)水各村的220千伏南梅千伏南梅I線線0075號號高壓鐵塔倒塌高壓鐵塔倒塌。該塔的倒塌給南昌至撫州。該塔的倒塌給南昌至撫州方向的供電造成較大影響。（方向的供電造成較大影響。（2008年年2月月1日攝）日攝）1. .1 材料力學(xué)的任務(wù)材料力學(xué)的任務(wù) 2008年年2月月1日，貴州電建二公司工人正在搶修位于龍里縣日，貴州電建二公司工人正在搶修位于龍里縣210國道附近觀

6、音山上國道附近觀音山上垮塌的電網(wǎng)垮塌的電網(wǎng)。 由于貴州出現(xiàn)持續(xù)低溫、凝凍天氣，電網(wǎng)線上的覆冰加厚。由于貴州出現(xiàn)持續(xù)低溫、凝凍天氣，電網(wǎng)線上的覆冰加厚。 1. .1 材料力學(xué)的任務(wù)材料力學(xué)的任務(wù)中中新新網(wǎng)網(wǎng)臺臺州州2008年年8月月21日日電：電： 2008年年8月月21日上午，甬臺溫鐵路浙江黃巖金寺堂特大橋工程日上午，甬臺溫鐵路浙江黃巖金寺堂特大橋工程項(xiàng)目項(xiàng)目38號墩號墩0號塊梁板發(fā)生號塊梁板發(fā)生坍塌坍塌事故，事故，240多噸的梁板掉落，埋住多噸的梁板掉落，埋住4人，其中人，其中2人死亡人死亡。據(jù)據(jù)“821”事故情況通報，現(xiàn)初步查明事故系施工人員事故情況通報，現(xiàn)初步查明事故系施工人員擅自拆擅自

7、拆除除翼板部位支撐鋼管時翼板部位支撐鋼管時支架失穩(wěn)支架失穩(wěn)導(dǎo)致。導(dǎo)致。 1. .1 材料力學(xué)的任務(wù)材料力學(xué)的任務(wù)理論分析理論分析實(shí)驗(yàn)分析實(shí)驗(yàn)分析3. .材料力學(xué)的研究方法材料力學(xué)的研究方法提出提出構(gòu)件的內(nèi)力和變形的構(gòu)件的內(nèi)力和變形的理論計算公式理論計算公式測定材料的力學(xué)性能測定材料的力學(xué)性能測量構(gòu)件的內(nèi)力和變形測量構(gòu)件的內(nèi)力和變形檢驗(yàn)理論計算公式的正確性與誤差檢驗(yàn)理論計算公式的正確性與誤差1. .1 材料力學(xué)的任務(wù)材料力學(xué)的任務(wù)三、三、材料力學(xué)與其它課程的關(guān)系材料力學(xué)與其它課程的關(guān)系 材料力學(xué)是一門材料力學(xué)是一門技術(shù)技術(shù)基礎(chǔ)課基礎(chǔ)課， 是溝通是溝通基礎(chǔ)課基礎(chǔ)課與與專業(yè)課專業(yè)課的橋梁。的橋梁。即

8、：即：以數(shù)學(xué)和理論力學(xué)為基礎(chǔ)，以數(shù)學(xué)和理論力學(xué)為基礎(chǔ)， 是其它技術(shù)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的基礎(chǔ)。是其它技術(shù)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的基礎(chǔ)。力學(xué)力學(xué)既是一門基礎(chǔ)學(xué)科，又是一門應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科。既是一門基礎(chǔ)學(xué)科，又是一門應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科。1. .1 材料力學(xué)的任務(wù)材料力學(xué)的任務(wù)三、三、材料力學(xué)與其它課程的關(guān)系材料力學(xué)與其它課程的關(guān)系 材料力學(xué)材料力學(xué)是一門與工程實(shí)際緊密結(jié)合的是一門與工程實(shí)際緊密結(jié)合的變形固體力變形固體力學(xué)學(xué)入門的技術(shù)基礎(chǔ)課，它的研究內(nèi)容入門的技術(shù)基礎(chǔ)課，它的研究內(nèi)容屬于兩個學(xué)科屬于兩個學(xué)科。第。第一個學(xué)科是一個學(xué)科是固體力學(xué)固體力學(xué)，即研究構(gòu)件在外力和溫度作用下，即研究構(gòu)件在外力和溫度作用下的應(yīng)力

9、和變形，稱為的應(yīng)力和變形，稱為應(yīng)力分析應(yīng)力分析。第二個學(xué)科是。第二個學(xué)科是材料科學(xué)材料科學(xué)中的材料的力學(xué)行為中的材料的力學(xué)行為，即研究材料在外力和溫度作用下，即研究材料在外力和溫度作用下的變形性能和失效行為，稱為的變形性能和失效行為，稱為力學(xué)性能研究力學(xué)性能研究。 材料力學(xué)是在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，為工程中的構(gòu)件設(shè)計材料力學(xué)是在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，為工程中的構(gòu)件設(shè)計提供理論依據(jù)和方法，以保證所設(shè)計的構(gòu)件具有足夠的提供理論依據(jù)和方法，以保證所設(shè)計的構(gòu)件具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。 1. .1 材料力學(xué)的任務(wù)材料力學(xué)的任務(wù)三、三、材料力學(xué)與其它課程的關(guān)系材料力學(xué)與其它課程的關(guān)系 如前所述，

10、如前所述，材料力學(xué)材料力學(xué)是研究是研究材料材料在載荷作用下所表在載荷作用下所表現(xiàn)出的變形與破壞的性質(zhì)以及現(xiàn)出的變形與破壞的性質(zhì)以及構(gòu)件構(gòu)件抵抗變形、破壞、失抵抗變形、破壞、失穩(wěn)能力的一門學(xué)科。穩(wěn)能力的一門學(xué)科。 構(gòu)件抵抗破壞、變形、失穩(wěn)的能力是構(gòu)件抵抗破壞、變形、失穩(wěn)的能力是與材料有關(guān)與材料有關(guān)的。的。 為什么這門課程稱為為什么這門課程稱為材料力學(xué)材料力學(xué)？1. .1 材料力學(xué)的任務(wù)材料力學(xué)的任務(wù)三、三、材料力學(xué)與其它課程的關(guān)系材料力學(xué)與其它課程的關(guān)系2. .不不同的材料同的材料在在同樣的受力同樣的受力情況下的情況下的變形變形是不同的、是不同的、 所能承受的最大載荷所能承受的最大載荷也是不同的

11、也是不同的( (如：如：鐵絲與橡皮鐵絲與橡皮 筋筋) )。1. .同一種材料同一種材料在在不同的受力不同的受力( (如如受拉受拉和和受扭受扭) )情況下的情況下的 破壞形式破壞形式是不同的是不同的( (如：如：粉筆粉筆) )；例如：例如：1. .1 材料力學(xué)的任務(wù)材料力學(xué)的任務(wù)三、三、材料力學(xué)與其它課程的關(guān)系材料力學(xué)與其它課程的關(guān)系工程實(shí)際問題的解決方法工程實(shí)際問題的解決方法( (過程過程) ): : 實(shí)際問題實(shí)際問題力學(xué)模型力學(xué)模型數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型求解求解 在材料力學(xué)課程的教學(xué)過程中，主要：在材料力學(xué)課程的教學(xué)過程中，主要： 1. .教授教授學(xué)生求解構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性等力學(xué)學(xué)生求解構(gòu)件

12、的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性等力學(xué)問題的問題的技能；技能； 2. .培養(yǎng)培養(yǎng)學(xué)生將工程實(shí)際問題提煉成力學(xué)問題學(xué)生將工程實(shí)際問題提煉成力學(xué)問題( (即即力力學(xué)建模學(xué)建模) )的的能力能力。 工程師創(chuàng)新工程師創(chuàng)新力學(xué)家創(chuàng)新力學(xué)家創(chuàng)新數(shù)學(xué)家創(chuàng)新數(shù)學(xué)家創(chuàng)新第一章第一章 緒論緒論1. .2 變形固體的基本假設(shè)變形固體的基本假設(shè)一、一、變形固體的概念變形固體的概念二、二、變形固體的兩種變形變形固體的兩種變形三、變形固體的基本假設(shè)三、變形固體的基本假設(shè)四、變形的假設(shè)四、變形的假設(shè)1. .2 變形固體的基本假設(shè)變形固體的基本假設(shè)一、變形固體的概念一、變形固體的概念 物質(zhì)物質(zhì)常見的常見的三種狀態(tài)：三種狀態(tài)：固態(tài)固態(tài)、液

13、態(tài)和氣態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)變形固體變形固體在載荷的作用下發(fā)生變形的固體在載荷的作用下發(fā)生變形的固體也稱為也稱為可變形固體可變形固體 只有只有固體固體( (固態(tài)固態(tài)物質(zhì)物質(zhì)) )可以用作構(gòu)件的材料可以用作構(gòu)件的材料二、變形固體的兩種變形二、變形固體的兩種變形彈性變形彈性變形塑性變形塑性變形又稱為又稱為殘余變形殘余變形或或永久變形永久變形載荷除去后載荷除去后 能能 自行消失的變形自行消失的變形載荷除去后載荷除去后不能不能自行消失的變形自行消失的變形1. .2 變形固體的基本假設(shè)變形固體的基本假設(shè)是材料本身的一種特性，是指物體在外力是材料本身的一種特性，是指物體在外力作用下發(fā)生變形，當(dāng)外力除去后物體能作用

14、下發(fā)生變形，當(dāng)外力除去后物體能恢恢復(fù)復(fù)原來大小和形狀原來大小和形狀的性質(zhì)。的性質(zhì)。彈性彈性塑性塑性也是材料本身的一種特性，是指物體在外也是材料本身的一種特性，是指物體在外力下力下產(chǎn)生產(chǎn)生永久變形而不破壞永久變形而不破壞的能力。的能力。二、變形固體的兩種變形二、變形固體的兩種變形1. .2 變形固體的基本假設(shè)變形固體的基本假設(shè) 對于給定的材料，當(dāng)載荷對于給定的材料，當(dāng)載荷小于小于某一數(shù)值某一數(shù)值時，所產(chǎn)生時，所產(chǎn)生的變形是的變形是彈性變形彈性變形；當(dāng)載荷；當(dāng)載荷超過超過某一數(shù)值某一數(shù)值時，所產(chǎn)生的時，所產(chǎn)生的變形是變形是彈性變形彈性變形加上加上塑性變形塑性變形。三、變形固體的基本假設(shè)三、變形固體

15、的基本假設(shè)1. .連續(xù)性假設(shè)連續(xù)性假設(shè) 認(rèn)為組成固體的物質(zhì)不留空隙地認(rèn)為組成固體的物質(zhì)不留空隙地充滿充滿了固體的整個了固體的整個體積體積即：即：認(rèn)為固體的性質(zhì)是連續(xù)的認(rèn)為固體的性質(zhì)是連續(xù)的1. .2 變形固體的基本假設(shè)變形固體的基本假設(shè)三、變形固體的基本假設(shè)三、變形固體的基本假設(shè)1. .連續(xù)性假設(shè)連續(xù)性假設(shè)認(rèn)為固體的性質(zhì)是連續(xù)的認(rèn)為固體的性質(zhì)是連續(xù)的2. .均勻性假設(shè)均勻性假設(shè) 認(rèn)為在固體內(nèi)認(rèn)為在固體內(nèi)各處各處的材料的材料( (力學(xué)性能力學(xué)性能) )相同相同即：即：認(rèn)為固體的性質(zhì)不隨坐標(biāo)變化認(rèn)為固體的性質(zhì)不隨坐標(biāo)變化1. .2 變形固體的基本假設(shè)變形固體的基本假設(shè)三、變形固體的三、變形固體的基

16、本假設(shè)基本假設(shè)1. .連續(xù)性假設(shè)連續(xù)性假設(shè)認(rèn)為固體的性質(zhì)是連續(xù)的認(rèn)為固體的性質(zhì)是連續(xù)的2. .均勻性假設(shè)均勻性假設(shè)認(rèn)為固體的性質(zhì)不隨坐標(biāo)變化認(rèn)為固體的性質(zhì)不隨坐標(biāo)變化3. .各向同性假設(shè)各向同性假設(shè)1. .2 變形固體的基本假設(shè)變形固體的基本假設(shè)各向同性材料，如：各向同性材料，如：鋼材鋼材，塑料塑料，玻璃玻璃。各向異性材料，如：各向異性材料，如：木材木材，竹材竹材，膠合板膠合板。 鋼材鋼材 木材木材固體的各個方向有固體的各個方向有不同不同的力學(xué)性能的性質(zhì)的力學(xué)性能的性質(zhì)1. .2 變形固體的基本假設(shè)變形固體的基本假設(shè)各向異性各向異性各向同性各向同性固體的各個方向有固體的各個方向有相同相同的力學(xué)

17、性能的性質(zhì)的力學(xué)性能的性質(zhì)三、變形固體的三、變形固體的基本假設(shè)基本假設(shè)1. .連續(xù)性假設(shè)連續(xù)性假設(shè)認(rèn)為固體的性質(zhì)是連續(xù)的認(rèn)為固體的性質(zhì)是連續(xù)的2. .均勻性假設(shè)均勻性假設(shè)認(rèn)為固體的性質(zhì)不隨坐標(biāo)變化認(rèn)為固體的性質(zhì)不隨坐標(biāo)變化3. .各向同性假設(shè)各向同性假設(shè) 認(rèn)為在固體認(rèn)為在固體各個方向各個方向的力學(xué)性能相同的力學(xué)性能相同即：即：認(rèn)為固體的性質(zhì)不隨方向變化認(rèn)為固體的性質(zhì)不隨方向變化1. .2 變形固體的基本假設(shè)變形固體的基本假設(shè)三、變形固體的三、變形固體的基本假設(shè)基本假設(shè)1. .連續(xù)性假設(shè)連續(xù)性假設(shè)認(rèn)為固體的性質(zhì)是連續(xù)的認(rèn)為固體的性質(zhì)是連續(xù)的2. .均勻性假設(shè)均勻性假設(shè)認(rèn)為固體的性質(zhì)不隨坐標(biāo)變化認(rèn)

18、為固體的性質(zhì)不隨坐標(biāo)變化3. .各向同性假設(shè)各向同性假設(shè)認(rèn)為固體的性質(zhì)不隨方向變化認(rèn)為固體的性質(zhì)不隨方向變化1. .2 變形固體的基本假設(shè)變形固體的基本假設(shè)四、變形的假設(shè)四、變形的假設(shè)小變形假設(shè)小變形假設(shè)小變形小變形與與構(gòu)件的原始尺寸構(gòu)件的原始尺寸相比甚小的變形相比甚小的變形1. .2 變形固體的基本假設(shè)變形固體的基本假設(shè) 在小變形情況下，研究構(gòu)件的在小變形情況下，研究構(gòu)件的平衡平衡和和運(yùn)動運(yùn)動時，可時，可忽忽略變形的影響略變形的影響，仍按變形前的原始尺寸，仍按變形前的原始尺寸( (即按剛體即按剛體) )進(jìn)行進(jìn)行分析、計算。分析、計算。認(rèn)為構(gòu)件的變形是微小的認(rèn)為構(gòu)件的變形是微小的 總之，材料力

19、學(xué)是把構(gòu)件看作是總之，材料力學(xué)是把構(gòu)件看作是連續(xù)的連續(xù)的、均勻的均勻的和和各向同性的各向同性的變形固體，研究構(gòu)件在變形固體，研究構(gòu)件在小變形小變形情況下、情況下、彈性彈性范圍內(nèi)的范圍內(nèi)的內(nèi)力內(nèi)力和和變形變形。1. .2 變形固體的基本假設(shè)變形固體的基本假設(shè)第一章第一章 緒論緒論1. .3 桿件變形的基本形式桿件變形的基本形式一、材料力學(xué)的研究對象一、材料力學(xué)的研究對象二、桿件的四種基本變形形式二、桿件的四種基本變形形式1. .3 桿件變形的基本形式桿件變形的基本形式一、材料力學(xué)的研究對象一、材料力學(xué)的研究對象1. .工程中的構(gòu)件工程中的構(gòu)件桿桿板板殼殼塊塊梁，軸梁，軸樓板樓板屋頂，飛機(jī)機(jī)身屋頂

20、，飛機(jī)機(jī)身 水壩，齒輪水壩，齒輪2. .材料力學(xué)的研究對象材料力學(xué)的研究對象 桿桿 材料力學(xué)的研究對象是材料力學(xué)的研究對象是桿件桿件長度遠(yuǎn)大于其它兩個橫向尺寸的構(gòu)件長度遠(yuǎn)大于其它兩個橫向尺寸的構(gòu)件，簡稱為簡稱為桿桿 1. .3 桿件變形的基本形式桿件變形的基本形式(1)(1)桿的兩個主要幾何因素桿的兩個主要幾何因素 橫截面橫截面 軸軸 線線垂直于桿長度方向的截面垂直于桿長度方向的截面各橫截面形心的連線各橫截面形心的連線1. .3 桿件變形的基本形式桿件變形的基本形式軸線軸線橫截面橫截面形心形心 橫截面與橫截面與軸線之間的關(guān)系：軸線之間的關(guān)系：相互垂直相互垂直( (2) )桿的分類桿的分類 等截面桿等截面桿 變截面桿變截面桿 b. .按軸線的形式分為：按軸線的形式分為： a. .按橫截面的形式分為按橫截面的形式分為： 直桿直桿 曲桿曲桿 本課程主要研究的桿件：本課程主要研究的桿件： 等直桿等直桿橫截面沿軸線不變的桿橫截面沿軸線不變的桿橫截面沿軸線變化的桿橫截面沿軸線變化的桿軸線為直線的桿軸線為直線的桿軸線為曲線的桿軸線為曲線的桿橫截面沿軸線不變的直桿橫截面沿軸線不變的直桿1. .3 桿件變形的基本形式桿件變形的基本形式1. .3 桿件變形的基本形式桿件變形的基本形式 可見，材料力學(xué)是研究可見，材料力學(xué)是研究最簡單的固體力學(xué)問題最簡單的固體力學(xué)問題： 最簡單的材料