材料力學(xué)課件

1、材料力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)目錄材料力學(xué)的任務(wù)與研究對象材料力學(xué)的基本假設(shè)與力學(xué)模型內(nèi)力，應(yīng)力與應(yīng)變的概念構(gòu)件的失效分析基礎(chǔ)構(gòu)件變形的基本形式簡單的solidworks有限元分析實(shí)例1.材料力學(xué)的任務(wù)與研究對象力學(xué)是研究物質(zhì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的學(xué)科，力學(xué)大致分為：靜力學(xué)，運(yùn)動(dòng)學(xué)，動(dòng)力學(xué)三種。按研究對象的形態(tài)，研究目的和研究方法的不同可分為：理論力學(xué)，材料力學(xué)，結(jié)構(gòu)力學(xué)，工程力學(xué)，彈性力學(xué)，塑性力學(xué)，流體力學(xué)，量子力學(xué)等。 一臺(tái)機(jī)器有N多個(gè)機(jī)械零件，標(biāo)準(zhǔn)件，標(biāo)準(zhǔn)組件組成的，每個(gè)零部件必須滿足一定的要求才能使整臺(tái)機(jī)器長期的正常工作。1.材料力學(xué)的任務(wù)與研究對象材料力學(xué)就是研究零部件滿足一定要求的學(xué)科。其主要表現(xiàn)在三方面

2、： 1. 構(gòu)件應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度 所謂強(qiáng)度是指構(gòu)件在外力的作用下，抵抗破壞的能力，在工程中對于脆性材料（伸長率5），要求在外力作用下不出現(xiàn)不可恢復(fù)的變形（塑性變形），否則也視為失效。2. 構(gòu)件應(yīng)具有足夠的剛度 構(gòu)件受到外力作用時(shí)，其尺寸與形狀的變化稱為變形，所謂剛度就是構(gòu)件在外力作用下抵抗變形的能力。1.材料力學(xué)的任務(wù)與研究對象3.構(gòu)件應(yīng)具有足夠的穩(wěn)定性。 構(gòu)件保持原來平衡形式不變的能力稱為穩(wěn)定性。 總之，材料力學(xué)是研究構(gòu)件在外力作用下的受力，變形與破壞規(guī)律，為合理設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)提供有關(guān)強(qiáng)度，剛度與穩(wěn)定性分析的基本理論和方法。2000.10.25上午九點(diǎn)南京電視臺(tái)演播大廳模板支架整體坍塌造成死6，重傷

3、11，輕傷24人。1.材料力學(xué)的任務(wù)與研究對象材料力學(xué)的主要研究對象是桿以及由若干桿組成的簡單桿系，還有一些受力比較簡單的板和殼等。（可以把復(fù)雜的結(jié)構(gòu)簡化為簡單的桿系結(jié)構(gòu)）而對于比較復(fù)雜的桿系與塊桿問題，則屬于結(jié)構(gòu)力學(xué)和彈性力學(xué)范圍。2.材料力學(xué)的基本假設(shè)與力學(xué)模型物質(zhì)的構(gòu)成模型連續(xù)性和均勻性假設(shè)， 材料力學(xué)是研究構(gòu)件的宏觀力學(xué)性能及在外力作用下的響應(yīng)，因此可以用連續(xù)性和均勻性，當(dāng)研究發(fā)生在晶?；蚍肿由系默F(xiàn)象時(shí)，就不可用均勻性和連續(xù)性。物質(zhì)的本構(gòu)模型 反應(yīng)物質(zhì)力學(xué)性能的就是物質(zhì)的本構(gòu)模型。（彈性，塑性，粘性等） 各向同性材料：假定固體材料在各個(gè)方向的力學(xué)性能相同。（鑄鐵，鑄鋼等）。2.材料力學(xué)

4、的基本假設(shè)與力學(xué)模型 各向異性材料：在不同的方向上具有不同的力學(xué)性能的材料。（碳纖維，玻璃纖維，環(huán)氧樹脂等）結(jié)構(gòu)（構(gòu)件）的計(jì)算模型 就是對構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的幾何形狀，荷載分布，變形形式，構(gòu)件的連接等方面的簡化過程。 3.內(nèi)力，應(yīng)力與應(yīng)變的概念外力：其他構(gòu)件和物質(zhì)作用于被研究對象上的力。 1，按作用方式分為：表面力（風(fēng)，雨，雪，空氣等產(chǎn)生的壓力）和體積力（構(gòu)件的重力和慣性力）。 2，按分布情況分為：分布力和集中力。 3，按載荷隨時(shí)間變化的情況分為靜載荷和動(dòng)載荷。 動(dòng)載荷情況下需加一個(gè)慣性力。 F慣 3.內(nèi)力，應(yīng)力與應(yīng)變的概念內(nèi)力 當(dāng)構(gòu)件受到外力作用時(shí)，構(gòu)件發(fā)生變形，同時(shí)，構(gòu)件內(nèi)各質(zhì)點(diǎn)間的力將發(fā)生變化，

5、產(chǎn)生內(nèi)力。構(gòu)件的強(qiáng)度，剛度及穩(wěn)定性與內(nèi)力的大小及其在構(gòu)件內(nèi)分布的情況密切相關(guān)。一般用截面法來分析構(gòu)件各部位所受的內(nèi)力。（后詳見）軸力：沿軸線的內(nèi)力，如FN。剪力：作用于所切截面上的內(nèi)力，如 FQy , FQz。扭矩：矢量沿軸線的內(nèi)力偶矩。如Mx，彎矩：矢量位于所切橫截面上的內(nèi)力偶矩，如My ，Mz。3.內(nèi)力，應(yīng)力與應(yīng)變的概念應(yīng)力（為什么要定義應(yīng)力） 構(gòu)件的失效不僅與橫截面上的內(nèi)力有關(guān)，而且與橫截面的面積有關(guān)，即內(nèi)力分布的密集程度有關(guān)。因此要引出應(yīng)力概念。3.內(nèi)力，應(yīng)力與應(yīng)變的概念3.內(nèi)力，應(yīng)力與應(yīng)變的概念應(yīng)變 在外力作用下，構(gòu)件幾何形狀和尺寸的改變稱為變形。一般構(gòu)件內(nèi)各點(diǎn)的變形量是不均勻的，某

6、一點(diǎn)的變形程度稱為應(yīng)變。3.內(nèi)力，應(yīng)力與應(yīng)變的概念泊松比3.內(nèi)力，應(yīng)力與應(yīng)變的概念切應(yīng)變3.內(nèi)力，應(yīng)力與應(yīng)變的概念3.內(nèi)力，應(yīng)力與應(yīng)變的概念3.內(nèi)力，應(yīng)力與應(yīng)變的概念3.內(nèi)力，應(yīng)力與應(yīng)變的概念4.構(gòu)件的失效分析基礎(chǔ)材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能 材料的力學(xué)性能是指材料在外力作用下其強(qiáng)度和變形性能。材料的力學(xué)性能可通過試驗(yàn)來測定。 一般是在常溫，靜載荷下的低碳鋼單向拉伸試驗(yàn)，可在萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。為了便于區(qū)分不同材料的試驗(yàn)結(jié)果，必須將試驗(yàn)材料按國家標(biāo)準(zhǔn)制成標(biāo)準(zhǔn)試樣進(jìn)行試驗(yàn)。4.構(gòu)件的失效分析基礎(chǔ)4.構(gòu)件的失效分析基礎(chǔ)4.構(gòu)件的失效分析基礎(chǔ)4.構(gòu)件的失效分析基礎(chǔ)試驗(yàn)演示4.構(gòu)件的失效分析基礎(chǔ)線彈性階段

7、 p比例極限 e彈性極限2. 屈服階段 s屈服極限是衡量材料強(qiáng)度的重要指標(biāo)。3. 硬化階段 b強(qiáng)度極限4. 頸縮破壞階段 4.構(gòu)件的失效分析基礎(chǔ)4.構(gòu)件的失效分析基礎(chǔ)4.構(gòu)件的失效分析基礎(chǔ)4.構(gòu)件的失效分析基礎(chǔ)4.構(gòu)件的失效分析基礎(chǔ)4.構(gòu)件的失效分析基礎(chǔ)4.構(gòu)件的失效分析基礎(chǔ)4.構(gòu)件的失效分析基礎(chǔ)四，構(gòu)件強(qiáng)度失效分析 材料失效時(shí)所受應(yīng)力稱為極限應(yīng)力，0表示。對于塑性材料， 0= s。對于脆性材料， 0= b 。 構(gòu)件在荷載等因素作用下所產(chǎn)生的應(yīng)力為工作應(yīng)力。為了保證構(gòu)件具有足夠的強(qiáng)度，應(yīng)使構(gòu)件的工作應(yīng)力小于材料的極限應(yīng)力。因此在強(qiáng)度計(jì)算中，需把極限應(yīng)力除以大于一的安全因數(shù)n，作為設(shè)計(jì)時(shí)的最高值。稱為許用應(yīng)力。用來表示。即= 0/n。在工程中，安全因數(shù)可從有關(guān)規(guī)范或手冊中查出。在常溫靜載下，對于塑性材料，取ns=1.22.5。對于脆性材料，取nb=23.5。 同樣對于切應(yīng)力用許用切應(yīng)力。因此在簡單應(yīng)力狀態(tài)（單向和純剪切應(yīng)力狀態(tài)）下。構(gòu)件內(nèi)最大工作應(yīng)力不得超過材料的許用應(yīng)力。即：max ，max 。5.構(gòu)件變形的基本形式桿件的變形形式組合變形基本變形扭轉(zhuǎn)彎曲剪切軸向壓縮軸向拉伸5.構(gòu)件變形的基