材料力學(xué)的一般概念蘇煒武漢理工課件

5材料力學(xué)的一般概念達(dá)芬奇說(shuō)：“力學(xué)是數(shù)學(xué)的樂(lè)園，因?yàn)槲覀冊(cè)谶@里獲得了數(shù)學(xué)的果實(shí)。”材料力學(xué)材料力學(xué)材料力學(xué)材料力學(xué)5.1材料力學(xué)的一般概念5.1.1結(jié)構(gòu)與構(gòu)件工程實(shí)際中，結(jié)構(gòu)與構(gòu)件的構(gòu)造是復(fù)雜的，完全按照實(shí)際情況進(jìn)行受力分析有較大的難度，有時(shí)甚至不可能實(shí)現(xiàn)。因此我們要對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)和構(gòu)件進(jìn)行簡(jiǎn)化，要求有兩點(diǎn)：5.1.2計(jì)算簡(jiǎn)圖的概念建筑物中承受荷載而起骨架作用的部分稱(chēng)為結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)一般有許多單個(gè)的結(jié)構(gòu)元件組成，這些結(jié)構(gòu)元件即為構(gòu)件。如框架結(jié)構(gòu)中的梁、柱；單層工業(yè)廠房中的柱，吊車(chē)梁等構(gòu)件。材料力學(xué)研究的對(duì)象主要是構(gòu)件，有時(shí)會(huì)涉及到一些簡(jiǎn)單地結(jié)構(gòu)。（1）盡可能地反映構(gòu)件的真實(shí)受力情況；（2）能簡(jiǎn)化力學(xué)計(jì)算。5.2荷載的分類(lèi)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件其他物體的作用力稱(chēng)其為外力，外力分為荷載和約束力。一般而言，荷載屬主動(dòng)力，約束反力屬被動(dòng)力。結(jié)構(gòu)或構(gòu)件受到的荷載有多種形式。（1）根據(jù)作用時(shí)間，可分為恒載和活載。（b）活載

活載是作用在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件上的可變荷載，其大小和作用位置都可能發(fā)生變化。如施工荷載，使用期間的人群、設(shè)備、風(fēng)、雪等荷載。（a）恒載

恒載是長(zhǎng)期作用在結(jié)構(gòu)和構(gòu)件上，其大小和作用位置都不會(huì)發(fā)生變化的荷載。如結(jié)構(gòu)自重、土重。5.2荷載的分類(lèi)（a）分布荷載

分布荷載是指連續(xù)作用在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的較大面積上或長(zhǎng)度上的荷載。其中，分布均勻大小處處相同的分布荷載為均布荷載，如屋面雪荷載、樓面活荷載以及均質(zhì)等厚度板、等截面梁的自重等都是均布荷載。反之，不具備上述均布荷載特征的分布荷載為非均布荷載，如水池側(cè)壁所受的水壓力等。（2）根據(jù)荷載分布情況，可分為分布荷載和集中荷載。q（b）集中荷載若荷載作用面積遠(yuǎn)小于構(gòu)件尺寸時(shí)，可把荷載看作是集中作用在一點(diǎn)上，稱(chēng)為集中荷載。集中荷載的單位一般是N或kN。（b）動(dòng)荷載動(dòng)荷載是大小、位置或方向隨時(shí)間迅速變化的荷載，它能使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生明顯的加速度。如地震力、機(jī)器工作時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)的干擾力等屬于動(dòng)荷載。（a）靜荷載靜荷載是緩慢地加到結(jié)構(gòu)上的荷載，其大小、位置和方向不隨時(shí)間變化或變化相對(duì)極小。（3）根據(jù)荷載作用性質(zhì)，可分為靜荷載與動(dòng)荷載。小變形與線彈性范圍ABCFδ1δ2δ遠(yuǎn)小于構(gòu)件的最小尺寸，所以通過(guò)節(jié)點(diǎn)平衡求各桿內(nèi)力時(shí)，把支架的變形略去不計(jì)。計(jì)算得到很大的簡(jiǎn)化。目錄各向同性與各向異性灰口鑄鐵的顯微組織

彈性體模型的理想化均勻連續(xù)問(wèn)題球墨鑄鐵的顯微組織各向同性與各向異性

彈性體模型的理想化均勻連續(xù)問(wèn)題優(yōu)質(zhì)鋼材的顯微組織各向同性與各向異性

彈性體模型的理想化均勻連續(xù)問(wèn)題請(qǐng)判斷下列簡(jiǎn)化在什么情形下是正確的，什么情形下是不正確的：

討論請(qǐng)判斷下列簡(jiǎn)化在什么情形下是正確的，什么情形下是不正確的：

討論

對(duì)于材料和截面形狀一定的桿件，內(nèi)力越大，變形也就越大。當(dāng)內(nèi)力超過(guò)一定限度時(shí)，桿件就會(huì)發(fā)生破壞。所以，內(nèi)力的計(jì)算及其在杜件內(nèi)的變化情況，是分析和解決桿件強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性等問(wèn)題的基礎(chǔ)。

基本概念二、截面法：由于內(nèi)力存在于桿件內(nèi)部。為了求出桿件某一截面上的內(nèi)力，就必用一假想平面，將桿件沿欲求內(nèi)力的截面截開(kāi)，分成兩部分，這樣內(nèi)力就轉(zhuǎn)化為外力而顯示出來(lái)。任取一部分為研究對(duì)象，可用靜力平衡條件求內(nèi)力的大小和方向。這種方法稱(chēng)為截面法。截面法是計(jì)算內(nèi)力的基本方法。

基本概念截面法的基本步驟：①截開(kāi)：在所求內(nèi)力的截面處，假想地用截面將桿件一分為二。②替代：任取一部分，其棄去部分對(duì)留下部分的作用，用作用在截開(kāi)面上相應(yīng)的內(nèi)力（力或力偶）代替。③平衡：對(duì)留下的部分建立平衡方程，根據(jù)其上的已知外力來(lái)計(jì)算桿在截開(kāi)面上的未知內(nèi)力（此時(shí)截開(kāi)面上的內(nèi)力對(duì)所留部分而言是外力）?；靖拍钊?、應(yīng)力：1.定義：受力構(gòu)件在某截面上一點(diǎn)處的內(nèi)力集度。

工程構(gòu)件，大多數(shù)情形下，內(nèi)力并非均勻分布，集度的定義不僅準(zhǔn)確而且重要，因?yàn)椤捌茐摹被颉笆А蓖鶑膬?nèi)力集度最大處開(kāi)始。2.應(yīng)力的表示：PAM①平均應(yīng)力：②全應(yīng)力（總應(yīng)力）：基本概念③全應(yīng)力分解為：pMa.垂直于截面的應(yīng)力稱(chēng)為“正應(yīng)力”(NormalStress)；b.位于截面內(nèi)的應(yīng)力稱(chēng)為“切應(yīng)力”(ShearingStress)。（剪應(yīng)力）基本概念§5.5變形與位移二、位移：物體發(fā)生變形后，在物體上的點(diǎn)，直線，面所可能發(fā)生的空間位置改變，稱(chēng)為位移?；靖拍顈θ一、桿件：我們將長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于橫向尺寸的構(gòu)件稱(chēng)為桿件或桿。桿件通常有直桿和曲桿。

塊體§5.6桿件變形的基本形式基本概念桿件上的外力作用方式各種各樣，因而桿件的變形形式也各不相同，但可以把桿件的變形歸納為以下四種基本變形之一，或者某幾種基本變形的組合。這里，先介紹桿件基本變形的受力特征和變形特征。桿件的四種基本變形是：

1．軸向拉伸和壓縮2．剪切3．扭轉(zhuǎn)4．彎曲二、桿件變形的基本形式：基本概念1．軸向拉伸和壓縮：其受力特點(diǎn)是：作用在桿件的力，大小相等、方向相反，作用線與桿件的軸線重合，因此在這種外力作用下，變形特點(diǎn)是：桿件的長(zhǎng)度發(fā)生伸長(zhǎng)或縮短。起吊重物的鋼索、桁架的桿件、液壓油缸的活塞桿等的變形，都屬于拉伸或壓縮變形。

基本概念

2．剪切：其受力特點(diǎn)是：作用在構(gòu)件兩側(cè)面上橫向外力的合力大小相等、方向相反、作用線相距很近。在這種外力作用下，其變形特點(diǎn)是：兩力間的橫截面發(fā)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)。這種變形稱(chēng)為剪切變形。工程實(shí)際中常用的連接件，如鍵、銷(xiāo)釘、螺栓等都會(huì)產(chǎn)生剪切變形。

基本概念3．扭轉(zhuǎn)：桿件的受力特點(diǎn)是：桿件兩端受到兩個(gè)在垂直于軸線平面內(nèi)的力偶作用，兩力偶大小相等、轉(zhuǎn)向相反，計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖所示。在這樣一對(duì)力偶作用下，其變形特點(diǎn)是：各橫截面繞軸線發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，這種變形稱(chēng)為扭轉(zhuǎn)變形。此時(shí)，任意兩橫截面間有相對(duì)角位移，這種角位移稱(chēng)為轉(zhuǎn)角。以扭轉(zhuǎn)變形為主要變形的桿件稱(chēng)為軸。

基本概念4．彎曲：在通過(guò)軸線的平面內(nèi)，受到垂直于桿件軸線的外力(橫向力)或外力偶作用。在這樣的外力作用下，其變形特點(diǎn)是：桿件的軸線將彎曲成一條曲線，如圖虛線所示。這種變形形式稱(chēng)為彎曲變形。以彎曲為主要變形的桿件稱(chēng)為梁?；靖拍罱M合受力與變形

內(nèi)容

種類(lèi)

外力特點(diǎn)

變形特點(diǎn)軸向拉伸、

壓縮剪切扭轉(zhuǎn)平面彎曲四種基本變形基本概念外力作用下，結(jié)構(gòu)必然產(chǎn)生內(nèi)力和變形。

§5.7材料力學(xué)的基本任務(wù)基本概念

強(qiáng)度條件：強(qiáng)度是指構(gòu)件承受荷載或抵抗破壞的能力，所謂強(qiáng)度