緒論材料力學(xué)演示文稿

緒論材料力學(xué)演示文稿當(dāng)前第1頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)（優(yōu)選）緒論材料力學(xué)當(dāng)前第2頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)第一章緒論

(Preface)

§1-1

材料力學(xué)的任務(wù)及研究對象(Thetasksandresearchobjectsof

mechanicsofmaterials)

§1-2

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

力、應(yīng)力、應(yīng)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(dāng)前第3頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)

20世紀(jì)以前,在力學(xué)知識的積累、應(yīng)用和完善的基礎(chǔ)上,逐漸形成和發(fā)展起來的蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、鐵路、橋梁、艦船、兵器等大型工業(yè)推動了近代科學(xué)技術(shù)和社會的進(jìn)步.引言當(dāng)前第4頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)

17世紀(jì)前后

當(dāng)前第5頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)當(dāng)前第6頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)

19世紀(jì)初

當(dāng)前第7頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)撲翼飛機(jī)巨大雙翼飛機(jī)當(dāng)前第8頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)滑翔機(jī)飛艇當(dāng)前第9頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)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(dāng)前第10頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)

塔高65.86米，距今已有近前年歷史，雖然歷經(jīng)近前年的風(fēng)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(xué)的觀點(diǎn)看，構(gòu)件的受力特性都較好。山西應(yīng)縣佛宮寺應(yīng)縣木塔建于1056年當(dāng)前第11頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)當(dāng)前第12頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)

20世紀(jì)產(chǎn)生的、諸多高新技術(shù)，如高層建筑、大跨度懸索橋、海洋平臺、精密儀器、機(jī)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(xué)指導(dǎo)下得以實(shí)現(xiàn)，并不斷發(fā)展完善的。當(dāng)前第13頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)高層建筑當(dāng)前第14頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)高層建筑當(dāng)前第15頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)高層建筑當(dāng)前第16頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)海洋石油鉆井平臺當(dāng)前第17頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)車輛與機(jī)械當(dāng)前第18頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)車輛與機(jī)械當(dāng)前第19頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)車輛與機(jī)械當(dāng)前第20頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)橋梁美國金門大橋（懸索橋，1280米）道路與造橋當(dāng)前第21頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)澳門橋我國著名橋梁南京長江大橋上海南浦大橋當(dāng)前第22頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)大型水利工程設(shè)施當(dāng)前第23頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)大量中、外力學(xué)專家為力學(xué)的發(fā)展作出了突出的貢獻(xiàn)，這里只簡單介紹部分力學(xué)專家.當(dāng)前第24頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)達(dá)芬奇說：“力學(xué)是數(shù)學(xué)的樂園，因?yàn)槲覀冊谶@里獲得了數(shù)學(xué)的果實(shí).”達(dá)芬奇挪威金角灣大橋是仿造意大利畫家、建筑師、工程師達(dá)·芬奇的原圖設(shè)計(jì)的，被稱為“橋梁中的蒙娜·麗莎”。當(dāng)前第25頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)伽利略創(chuàng)建了材料力學(xué)伽利略（GalileoGalilei,1564－1642年)

意大利物理學(xué)家、天文學(xué)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(xué)學(xué)醫(yī)。主張研究自然界必須進(jìn)行系統(tǒng)的觀察和實(shí)驗(yàn)，是近代實(shí)驗(yàn)科學(xué)與機(jī)械唯物主義的奠基者之一。通過實(shí)驗(yàn)，推翻了向來奉為權(quán)威的亞里士多德關(guān)于“物體落下的速度和重量成比例”的學(xué)說。還發(fā)現(xiàn)物體的慣性定律、擺振動的等時性、拋體運(yùn)行定律，并確定了伽利略相對性原理，因而被認(rèn)為是經(jīng)典力學(xué)和實(shí)驗(yàn)物理的先驅(qū)。1632年發(fā)表《關(guān)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(xué)的對話》。他主張：自然之書以數(shù)學(xué)特征寫成。當(dāng)前第26頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)當(dāng)前第27頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)當(dāng)前第28頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)當(dāng)前第29頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)錢學(xué)森（1911-2009）著名科學(xué)家。我國近代力學(xué)事業(yè)的奠基人之一。在空氣動力學(xué)、航天工程、噴氣推進(jìn)、工程控制論、物理力學(xué)、應(yīng)用力學(xué)、人體科學(xué)等技術(shù)學(xué)科領(lǐng)域做出了許多開創(chuàng)性的貢獻(xiàn)。為我國火箭、導(dǎo)彈和航天事業(yè)的創(chuàng)建與發(fā)展做出了卓越貢獻(xiàn)，是我國系統(tǒng)工程理論與應(yīng)用研究的倡導(dǎo)者。是中國科學(xué)院力學(xué)研究所創(chuàng)建人之一，是中國力學(xué)學(xué)會第一任理事長。1957年被選為中國科學(xué)院院士。1998年被選為中國工程院院士。錢學(xué)森當(dāng)前第30頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)錢偉長（1912—2010），中國近代力學(xué)奠基人之一，著名的科學(xué)家、教育家，杰出的社會活動家。兼長應(yīng)用數(shù)學(xué)、物理學(xué)、中文信息學(xué)，著述甚豐——特別在彈性力學(xué)、變分原理、攝動方法等領(lǐng)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(dǎo)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(xué)界的地位。1942年，與錢學(xué)森、林家翹、郭永懷一起，在世界導(dǎo)彈之父馮·卡門教授指導(dǎo)下從事航空航天領(lǐng)域的研究工作，參加火箭和導(dǎo)彈實(shí)驗(yàn)，并發(fā)表了世界上第一篇關(guān)于奇異攝動的理論，被國際上公認(rèn)該領(lǐng)域的奠基人。1955年被選為中國科學(xué)院院士。錢偉長當(dāng)前第31頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)錢三強(qiáng)（1913-1992），原名錢秉穹，男，核物理學(xué)家，中國科學(xué)院院士。父親錢玄同是中國近代著名的語言文字學(xué)家。他是第二代居里夫婦的學(xué)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(shè)計(jì)師，中國“兩彈一星”元勛。當(dāng)前第32頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)錢令希（1916—2009）我國計(jì)算力學(xué)工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的開拓者。著名力學(xué)家和教育家、中國科學(xué)院資深院士。在培養(yǎng)人才和推動科技進(jìn)步兩方面做出重要貢獻(xiàn)。學(xué)術(shù)上，在結(jié)構(gòu)力學(xué)、板殼理論、極限分析、變分原理、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面有深入研究和重要成果。主張力學(xué)為工程服務(wù)，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(xué)研究的作用。鑒于電子計(jì)算機(jī)強(qiáng)力推動科技進(jìn)步，在我國大力倡導(dǎo)建立計(jì)算力學(xué)學(xué)科，并在大連理工大學(xué)培養(yǎng)和帶領(lǐng)出一支優(yōu)秀的計(jì)算力學(xué)隊(duì)伍，在工程力學(xué)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方面做出顯著成績。1955年選聘為中國科學(xué)院院士錢令希當(dāng)前第33頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)徐芝綸（1911-1999），力學(xué)家、力學(xué)教育家。長期致力于工程力學(xué)的教學(xué)與結(jié)構(gòu)數(shù)值分析的研究。為中國工科力學(xué)教材建設(shè)作出了貢獻(xiàn)。他編著的《彈性力學(xué)》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(xué)方面論文10余篇，并結(jié)合教學(xué)工作編寫及翻譯工程力學(xué)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(chǔ)理論教育起了較大作用。徐芝輪當(dāng)前第34頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)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(lǐng)域最杰出的一位元老，漫長的科學(xué)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(xué)家有密切交往。被譽(yù)為“航空航天時代的科學(xué)奇才”。是我國著名科學(xué)家錢學(xué)森、郭永懷、錢偉長的老師。西爾多·馮·卡門當(dāng)前第35頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)為什么要學(xué)習(xí)材料力學(xué)？當(dāng)前第36頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)當(dāng)前第37頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)自然要提出如下問題：1）每人所承受的重力？2）若扁擔(dān)的材料、截面尺寸已定，扁擔(dān)能承載此重物嗎？3）扁擔(dān)的材料已定，若扁擔(dān)能承載此重物，截面形狀、尺寸？4）扁擔(dān)截面形狀、尺寸已定，若扁擔(dān)能承載此重物，材料？5）扁擔(dān)彎曲成什么形狀？6）撓度如何？當(dāng)前第38頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)

§1-1

材料力學(xué)的任務(wù)及研究對象

Thetasksandresearchobjectsof

mechanicsofmaterials一、任務(wù)

(task)材料力學(xué)是研究構(gòu)件承載能力的一門學(xué)科。

承載能力

(carryingcapacity)

強(qiáng)度（strength)

剛度（stiffness)穩(wěn)定性（stability)當(dāng)前第39頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)1.強(qiáng)度（strength)構(gòu)件抵抗破壞的能力當(dāng)前第40頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)例一哥倫比亞號災(zāi)難的原因：一塊泡沫材料撞擊了航天飛機(jī)表面的絕熱層永遠(yuǎn)的哥倫比亞號當(dāng)前第41頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)人民網(wǎng)5月15日訊負(fù)責(zé)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(jī)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?zhǔn)?。?dāng)這塊泡沫材料擊中航天飛機(jī)左翼時，其速度將近每小時900多公里.專家表示，這塊從機(jī)身下面主燃料箱上脫落的輕質(zhì)泡沫材料對航天飛機(jī)左翼的撞擊力高達(dá)1000公斤左右，結(jié)果造成機(jī)體表面隔熱保護(hù)層出現(xiàn)了大面積的松動或破損，最終導(dǎo)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(dāng)前第42頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)四川彩虹橋坍塌當(dāng)前第43頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)美國的Tacoma老橋于1940年11月7日因風(fēng)力引起的振動而產(chǎn)生斷裂當(dāng)前第44頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)當(dāng)前第45頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)當(dāng)前第46頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)2010年08月19日寶成鐵路石亭江大橋被洪水沖垮

當(dāng)前第47頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)當(dāng)前第48頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)2007年8月15日凌晨2時40分許，一輛總重達(dá)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(dá)183.2噸，超限運(yùn)輸比率為233.1%，實(shí)際載貨量接近三個火車皮當(dāng)前第49頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)當(dāng)前第50頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)當(dāng)前第51頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)2.剛度

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

材料力學(xué)的任務(wù)

在滿足強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性的要求下，以最經(jīng)濟(jì)的代價，為構(gòu)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(chǔ)和計(jì)算方法。

當(dāng)前第57頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)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(dāng)前第58頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)2009年3月23日上午11點(diǎn)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(dāng)前第59頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)AB桿的穩(wěn)定問題當(dāng)前第60頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)一端固定，一端鉸支一端固定，一端自由當(dāng)前第61頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)二、研究對象(researchobjects)1.構(gòu)件(element)2.構(gòu)件的分類(classificationofelements)板(plate)殼(shell)塊體(body)(bar)當(dāng)前第62頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)材料力學(xué)以“梁、桿”為主要研究對象（themainresearchobjectiveinmechanicsofmaterialsincludeaxially-loadedbars,shafts,beams,andcolumns)當(dāng)前第63頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)工程中多為梁、桿結(jié)構(gòu)當(dāng)前第64頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)當(dāng)前第65頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)當(dāng)前第66頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)國家體育場工程為特級體育建筑，主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限100年，耐火等級為一級,抗震設(shè)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(jié)構(gòu)形成整體的巨型空間馬鞍形鋼桁架編織式“鳥巢”結(jié)構(gòu),鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)為地下1層，地上7層的鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系。鋼結(jié)構(gòu)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(chǔ)則坐在一個相連的基礎(chǔ)底板上。國家體育場屋頂鋼結(jié)構(gòu)上覆蓋了雙層膜結(jié)構(gòu)，即固定于鋼結(jié)構(gòu)上弦之間的透明的上層ETFE膜和固定于鋼結(jié)構(gòu)下弦之下及內(nèi)環(huán)側(cè)壁的半透明的下層PTFE聲學(xué)吊頂。當(dāng)前第67頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)

§1-2

變形固體的基本假設(shè)

(Thebasicassumptionsofdeformablebody)

一、連續(xù)性假設(shè)

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

二、均勻性假設(shè)（homogenizationassumption)

物體內(nèi)，各處的力學(xué)性質(zhì)完全相同。

三、各向同性假設(shè)（isotropyassumption)

組成物體的材料沿各方向的力學(xué)性質(zhì)完全相同。

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

當(dāng)前第68頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)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(yīng)力、應(yīng)變和位移的基本概念(Basicconceptsofforce,stress,strain,anddisplacement)

當(dāng)前第69頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)

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(dāng)前第70頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)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(dāng)前第71頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)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(yīng)的內(nèi)力（力或力偶）代替.當(dāng)前第72頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)

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(jì)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(dāng)前第73頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)三、應(yīng)力（Stress)1.定義

(Definition)：由外力引起的內(nèi)力的集度FAM

2.應(yīng)力(Stress)①平均應(yīng)力②全應(yīng)力（總應(yīng)力）當(dāng)前第74頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)③全應(yīng)力分解為pM

垂直于截面的應(yīng)力稱為“正應(yīng)力”

(ThestressactingnormaltosectioniscalledtheNormalStress)

位于截面內(nèi)的應(yīng)力稱為“切應(yīng)力”(ThestressactingtangenttosectioniscalledtheShearStress)當(dāng)前第75頁\共有83頁\編于星期二\13點(diǎn)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(diǎn)位置的變化3.應(yīng)變

（strain)度量構(gòu)件一點(diǎn)處的變形程度平均線應(yīng)變（meannormalstrain)當(dāng)前第76頁\共有83頁\編于星期二