緒論材料力學演示文稿

緒論材料力學演示文稿當前第1頁\共有83頁\編于星期二\13點（優(yōu)選）緒論材料力學當前第2頁\共有83頁\編于星期二\13點第一章緒論

(Preface)

§1-1

材料力學的任務及研究對象(Thetasksandresearchobjectsof

mechanicsofmaterials)

§1-2

變形固體的基本假設(Thebasicassumptionsofdeformablebody)§1-3

力、應力、應變和位移的基本概念(Basicconceptsofforce、stress、strainanddisplacement)§1-4

桿件變形的基本形式

(Thebasicformsofdeformation)

引言(Introduction)當前第3頁\共有83頁\編于星期二\13點

20世紀以前,在力學知識的積累、應用和完善的基礎上,逐漸形成和發(fā)展起來的蒸汽機、內(nèi)燃機、鐵路、橋梁、艦船、兵器等大型工業(yè)推動了近代科學技術和社會的進步.引言當前第4頁\共有83頁\編于星期二\13點

17世紀前后

當前第5頁\共有83頁\編于星期二\13點當前第6頁\共有83頁\編于星期二\13點

19世紀初

當前第7頁\共有83頁\編于星期二\13點撲翼飛機巨大雙翼飛機當前第8頁\共有83頁\編于星期二\13點滑翔機飛艇當前第9頁\共有83頁\編于星期二\13點我國祖先的功績世界上最古老的拱橋跨度37.02米，全長50.83米當前第10頁\共有83頁\編于星期二\13點

塔高65.86米，距今已有近前年歷史，雖然歷經(jīng)近前年的風雨侵蝕和多次地震、炮擊的重創(chuàng)，至今仍巍然聳.

用現(xiàn)代力學的觀點看，構件的受力特性都較好。山西應縣佛宮寺應縣木塔建于1056年當前第11頁\共有83頁\編于星期二\13點當前第12頁\共有83頁\編于星期二\13點

20世紀產(chǎn)生的、諸多高新技術，如高層建筑、大跨度懸索橋、海洋平臺、精密儀器、機器人、高速列車以及大型水利工程等許多重要工程更是在力學指導下得以實現(xiàn)，并不斷發(fā)展完善的。當前第13頁\共有83頁\編于星期二\13點高層建筑當前第14頁\共有83頁\編于星期二\13點高層建筑當前第15頁\共有83頁\編于星期二\13點高層建筑當前第16頁\共有83頁\編于星期二\13點海洋石油鉆井平臺當前第17頁\共有83頁\編于星期二\13點車輛與機械當前第18頁\共有83頁\編于星期二\13點車輛與機械當前第19頁\共有83頁\編于星期二\13點車輛與機械當前第20頁\共有83頁\編于星期二\13點橋梁美國金門大橋（懸索橋，1280米）道路與造橋當前第21頁\共有83頁\編于星期二\13點澳門橋我國著名橋梁南京長江大橋上海南浦大橋當前第22頁\共有83頁\編于星期二\13點大型水利工程設施當前第23頁\共有83頁\編于星期二\13點大量中、外力學專家為力學的發(fā)展作出了突出的貢獻，這里只簡單介紹部分力學專家.當前第24頁\共有83頁\編于星期二\13點達芬奇說：“力學是數(shù)學的樂園，因為我們在這里獲得了數(shù)學的果實.”達芬奇挪威金角灣大橋是仿造意大利畫家、建筑師、工程師達·芬奇的原圖設計的，被稱為“橋梁中的蒙娜·麗莎”。當前第25頁\共有83頁\編于星期二\13點伽利略創(chuàng)建了材料力學伽利略（GalileoGalilei,1564－1642年)

意大利物理學家、天文學家。生于意大利北部佛羅倫薩一個貴族的家庭。1581年入比薩大學學醫(yī)。主張研究自然界必須進行系統(tǒng)的觀察和實驗，是近代實驗科學與機械唯物主義的奠基者之一。通過實驗，推翻了向來奉為權威的亞里士多德關于“物體落下的速度和重量成比例”的學說。還發(fā)現(xiàn)物體的慣性定律、擺振動的等時性、拋體運行定律，并確定了伽利略相對性原理，因而被認為是經(jīng)典力學和實驗物理的先驅(qū)。1632年發(fā)表《關于兩種世界體系對話》，反對托勒密的地心體系，次年遭到羅馬教廷異端裁判所判罪判刑。此后他完成了《兩種新科學的對話》。他主張：自然之書以數(shù)學特征寫成。當前第26頁\共有83頁\編于星期二\13點當前第27頁\共有83頁\編于星期二\13點當前第28頁\共有83頁\編于星期二\13點當前第29頁\共有83頁\編于星期二\13點錢學森（1911-2009）著名科學家。我國近代力學事業(yè)的奠基人之一。在空氣動力學、航天工程、噴氣推進、工程控制論、物理力學、應用力學、人體科學等技術學科領域做出了許多開創(chuàng)性的貢獻。為我國火箭、導彈和航天事業(yè)的創(chuàng)建與發(fā)展做出了卓越貢獻，是我國系統(tǒng)工程理論與應用研究的倡導者。是中國科學院力學研究所創(chuàng)建人之一，是中國力學學會第一任理事長。1957年被選為中國科學院院士。1998年被選為中國工程院院士。錢學森當前第30頁\共有83頁\編于星期二\13點錢偉長（1912—2010），中國近代力學奠基人之一，著名的科學家、教育家，杰出的社會活動家。兼長應用數(shù)學、物理學、中文信息學，著述甚豐——特別在彈性力學、變分原理、攝動方法等領域有重要成就。論文《彈性板殼的內(nèi)稟理論》，發(fā)表于世界導彈之父馮·卡門的60歲祝壽文集內(nèi)，愛因斯坦看后，感嘆：這位中國青年解決了困擾我多年的問題。此文奠定了錢偉長在美國科學界的地位。1942年，與錢學森、林家翹、郭永懷一起，在世界導彈之父馮·卡門教授指導下從事航空航天領域的研究工作，參加火箭和導彈實驗，并發(fā)表了世界上第一篇關于奇異攝動的理論，被國際上公認該領域的奠基人。1955年被選為中國科學院院士。錢偉長當前第31頁\共有83頁\編于星期二\13點錢三強（1913-1992），原名錢秉穹，男，核物理學家，中國科學院院士。父親錢玄同是中國近代著名的語言文字學家。他是第二代居里夫婦的學生，又與妻子何澤慧一同被西方稱為“中國的居里夫婦”，他是中國發(fā)展核武器的組織協(xié)調(diào)者和總設計師，中國“兩彈一星”元勛。當前第32頁\共有83頁\編于星期二\13點錢令希（1916—2009）我國計算力學工程結構優(yōu)化設計的開拓者。著名力學家和教育家、中國科學院資深院士。在培養(yǎng)人才和推動科技進步兩方面做出重要貢獻。學術上，在結構力學、板殼理論、極限分析、變分原理、結構優(yōu)化設計等方面有深入研究和重要成果。主張力學為工程服務，并身體力行，在橋梁、水壩、港工、造船和國防等工程中發(fā)揮了力學研究的作用。鑒于電子計算機強力推動科技進步，在我國大力倡導建立計算力學學科，并在大連理工大學培養(yǎng)和帶領出一支優(yōu)秀的計算力學隊伍，在工程力學和結構優(yōu)化設計方面做出顯著成績。1955年選聘為中國科學院院士錢令希當前第33頁\共有83頁\編于星期二\13點徐芝綸（1911-1999），力學家、力學教育家。長期致力于工程力學的教學與結構數(shù)值分析的研究。為中國工科力學教材建設作出了貢獻。他編著的《彈性力學》教材在國內(nèi)被廣泛采用；曾積極推動了有限元法在中國的普及與推廣。著有工程力學方面論文10余篇，并結合教學工作編寫及翻譯工程力學方面的教科書10余部，為中國工科院校廣泛采用，對工科基礎理論教育起了較大作用。徐芝輪當前第34頁\共有83頁\編于星期二\13點西爾多·馮·卡門（１８８１年5月11日——１９６３年5月9日），匈牙利猶太人。航空和航天領域最杰出的一位元老，漫長的科學生涯頗具傳奇色彩。他精力充沛，性格開朗，既擅長辭令，又富有幽默感；他閱歷極廣，到過世界上很多國家，與世界上許多大科學家有密切交往。被譽為“航空航天時代的科學奇才”。是我國著名科學家錢學森、郭永懷、錢偉長的老師。西爾多·馮·卡門當前第35頁\共有83頁\編于星期二\13點為什么要學習材料力學？當前第36頁\共有83頁\編于星期二\13點當前第37頁\共有83頁\編于星期二\13點自然要提出如下問題：1）每人所承受的重力？2）若扁擔的材料、截面尺寸已定，扁擔能承載此重物嗎？3）扁擔的材料已定，若扁擔能承載此重物，截面形狀、尺寸？4）扁擔截面形狀、尺寸已定，若扁擔能承載此重物，材料？5）扁擔彎曲成什么形狀？6）撓度如何？當前第38頁\共有83頁\編于星期二\13點

§1-1

材料力學的任務及研究對象

Thetasksandresearchobjectsof

mechanicsofmaterials一、任務

(task)材料力學是研究構件承載能力的一門學科。

承載能力

(carryingcapacity)

強度（strength)

剛度（stiffness)穩(wěn)定性（stability)當前第39頁\共有83頁\編于星期二\13點1.強度（strength)構件抵抗破壞的能力當前第40頁\共有83頁\編于星期二\13點例一哥倫比亞號災難的原因：一塊泡沫材料撞擊了航天飛機表面的絕熱層永遠的哥倫比亞號當前第41頁\共有83頁\編于星期二\13點人民網(wǎng)5月15日訊負責調(diào)查美國“哥倫比亞”號返航途中解體之迷的科研人員近日發(fā)現(xiàn)，在這架“20歲”的航天飛機今年1月16日升空過程中，突然撞擊其左翼的泡沫絕緣材料“體重雖輕，但威力巨大”，堪稱是“擊落哥倫比亞號”的罪魁禍首。當這塊泡沫材料擊中航天飛機左翼時，其速度將近每小時900多公里.專家表示，這塊從機身下面主燃料箱上脫落的輕質(zhì)泡沫材料對航天飛機左翼的撞擊力高達1000公斤左右，結果造成機體表面隔熱保護層出現(xiàn)了大面積的松動或破損，最終導致“哥倫比亞”號于在今年2月1日返航途中，因超高溫空氣從上述“孔洞”入侵而不幸解體爆炸，上演了一出七名宇航員全部遇難的太空悲劇。當前第42頁\共有83頁\編于星期二\13點四川彩虹橋坍塌當前第43頁\共有83頁\編于星期二\13點美國的Tacoma老橋于1940年11月7日因風力引起的振動而產(chǎn)生斷裂當前第44頁\共有83頁\編于星期二\13點當前第45頁\共有83頁\編于星期二\13點當前第46頁\共有83頁\編于星期二\13點2010年08月19日寶成鐵路石亭江大橋被洪水沖垮

當前第47頁\共有83頁\編于星期二\13點當前第48頁\共有83頁\編于星期二\13點2007年8月15日凌晨2時40分許，一輛總重達183.2噸的貨車經(jīng)過208國道太原市小店區(qū)段東柳林橋。重壓之下，東柳林橋西半幅橋面整體垮塌。這輛壓塌208國道公路橋的六軸貨車，車貨總重高達183.2噸，超限運輸比率為233.1%，實際載貨量接近三個火車皮當前第49頁\共有83頁\編于星期二\13點當前第50頁\共有83頁\編于星期二\13點當前第51頁\共有83頁\編于星期二\13點2.剛度

構件抵抗變形的能力.(stiffness):當前第52頁\共有83頁\編于星期二\13點高剛度的橋面結構當前第53頁\共有83頁\編于星期二\13點通信電纜/鋼絲繩當前第54頁\共有83頁\編于星期二\13點汽車鋼板彈簧當前第55頁\共有83頁\編于星期二\13點當前第56頁\共有83頁\編于星期二\13點3.穩(wěn)定性（stability):構件保持原有平衡狀態(tài)的能力

材料力學的任務

在滿足強度、剛度、穩(wěn)定性的要求下，以最經(jīng)濟的代價，為構件確定合理的形狀和尺寸，選擇適宜的材料，而提供必要的理論基礎和計算方法。

當前第57頁\共有83頁\編于星期二\13點2008年

9月3日早晨7時50分，三亞市鹿回頭山下的某公司18層商品樓工程三面鋼骨腳手架突然垮塌，致4名施工人員不同程度受傷。當前第58頁\共有83頁\編于星期二\13點2009年3月23日上午11點鐘左右，位于鎮(zhèn)江鬧市區(qū)的“華地國際八佰伴”施工工地發(fā)生一起一幢6層樓的腳手架突然坍塌事故，造成正在拆樓改造的3位民工1死3傷。當前第59頁\共有83頁\編于星期二\13點AB桿的穩(wěn)定問題當前第60頁\共有83頁\編于星期二\13點一端固定，一端鉸支一端固定，一端自由當前第61頁\共有83頁\編于星期二\13點二、研究對象(researchobjects)1.構件(element)2.構件的分類(classificationofelements)板(plate)殼(shell)塊體(body)(bar)當前第62頁\共有83頁\編于星期二\13點材料力學以“梁、桿”為主要研究對象（themainresearchobjectiveinmechanicsofmaterialsincludeaxially-loadedbars,shafts,beams,andcolumns)當前第63頁\共有83頁\編于星期二\13點工程中多為梁、桿結構當前第64頁\共有83頁\編于星期二\13點當前第65頁\共有83頁\編于星期二\13點當前第66頁\共有83頁\編于星期二\13點國家體育場工程為特級體育建筑，主體結構設計使用年限100年，耐火等級為一級,抗震設防烈度8度,地下工程防水等級1級。工程主體建筑呈空間馬鞍橢圓形，南北長333米、東西寬294米，高69米。主體鋼結構形成整體的巨型空間馬鞍形鋼桁架編織式“鳥巢”結構,鋼結構總用鋼量為4.2萬噸，混凝土看臺分為上、中、下三層，看臺混凝土結構為地下1層，地上7層的鋼筋混凝土框架-剪力墻結構體系。鋼結構與混凝土看臺上部完全脫開，互不相連，形式上呈相互圍合，基礎則坐在一個相連的基礎底板上。國家體育場屋頂鋼結構上覆蓋了雙層膜結構，即固定于鋼結構上弦之間的透明的上層ETFE膜和固定于鋼結構下弦之下及內(nèi)環(huán)側壁的半透明的下層PTFE聲學吊頂。當前第67頁\共有83頁\編于星期二\13點

§1-2

變形固體的基本假設

(Thebasicassumptionsofdeformablebody)

一、連續(xù)性假設

(continuityassumption)物質(zhì)密實地充滿物體所在空間，毫無空隙。

二、均勻性假設（homogenizationassumption)

物體內(nèi)，各處的力學性質(zhì)完全相同。

三、各向同性假設（isotropyassumption)

組成物體的材料沿各方向的力學性質(zhì)完全相同。

四、小變形假設（neglectingdeformationassumption)材料力學所研究的構件在載荷作用下的變形與原始尺寸相比甚小，故對構件進行受力分析時可忽略其變形。

當前第68頁\共有83頁\編于星期二\13點一、外力（externalforce)1.按作用方式分體積力

（bodyforce)

表面力(surfaceforce)

集中力(concentratedforce)

分布力(distributedforce)2.按隨時間變化分靜載荷（staticload)

動載荷

(dynamicload)交變載荷（alternateload)

沖擊載荷（impactload)§1-3力、應力、應變和位移的基本概念(Basicconceptsofforce,stress,strain,anddisplacement)

當前第69頁\共有83頁\編于星期二\13點

1.定義：

指由外力作用所引起的、物體內(nèi)相鄰部分之間相互作用力（附加內(nèi)力）。二、內(nèi)力（internalforce)當前第70頁\共有83頁\編于星期二\13點mm2.內(nèi)力的求法——截面法

(methodofsections)步驟

(proceduresforanalysis)①截開在所求內(nèi)力的截面處，假想地用截面將桿件一分為二.當前第71頁\共有83頁\編于星期二\13點mmmmmm②代替

任取一部分，其棄去部分對留下部分的作用，用作用在截面上相應的內(nèi)力（力或力偶）代替.當前第72頁\共有83頁\編于星期二\13點

③平衡

對留下的部分建立平衡方程，根據(jù)其上的已知外力來計算桿在截開面上的未知內(nèi)力（此時截開面上的內(nèi)力對所留部分而言是外力）.mmmmmm當前第73頁\共有83頁\編于星期二\13點三、應力（Stress)1.定義

(Definition)：由外力引起的內(nèi)力的集度FAM

2.應力(Stress)①平均應力②全應力（總應力）當前第74頁\共有83頁\編于星期二\13點③全應力分解為pM

垂直于截面的應力稱為“正應力”

(ThestressactingnormaltosectioniscalledtheNormalStress)

位于截面內(nèi)的應力稱為“切應力”(ThestressactingtangenttosectioniscalledtheShearStress)當前第75頁\共有83頁\編于星期二\13點四、變形和位移（deformationanddisplacement)1.變形（deformation）在外力作用下物體形狀和尺寸發(fā)生改變2.位移（displacement）變形前后物體內(nèi)一點位置的變化3.應變

（strain)度量構件一點處的變形程度平均線應變（meannormalstrain)當前第76頁\共有83頁\編于星期二