材料力學(xué)緒論和原理

材料力學(xué)緒論和原理緒論第一節(jié)材料力學(xué)的發(fā)展與工程實例第二節(jié)材料力學(xué)的任務(wù)第三節(jié)變形固體及其基本假設(shè)第四節(jié)外力及分類第五節(jié)內(nèi)力及截面法第六節(jié)材料的基本變形第七節(jié)材料力學(xué)中的幾個基本概念材料力學(xué)緒論和原理

在古代建筑中,盡管還沒有嚴格的科學(xué)理論,但人們從長期生產(chǎn)實踐中,對構(gòu)件的承載能力已有一些定性或較粗淺的認識。第一節(jié)材料力學(xué)的發(fā)展與工程實例材料力學(xué)緒論和原理趙州橋(石拱橋)595-605年材料力學(xué)緒論和原理伽利略()1638年提出計算梁強度的公式(但結(jié)論不正確)材料力學(xué)緒論和原理胡克()1678年發(fā)表根據(jù)實驗得出的物理定律——胡克定律“有多大的伸長,就有多大的力”即力與變形成正比材料力學(xué)緒論和原理

材料力學(xué)是隨生產(chǎn)的發(fā)展而建立的關(guān)于強度、剛度和穩(wěn)定性計算的理論。生產(chǎn)實踐科學(xué)實驗材料力學(xué)理論分析材料力學(xué)緒論和原理

現(xiàn)在，一些高科技及其在各工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用與力學(xué)特別是工程力學(xué)的指導(dǎo)密不可分。材料力學(xué)緒論和原理大型水利工程設(shè)施橋梁道路海洋石油鉆井平臺材料力學(xué)緒論和原理航空航天器和平號空間站材料力學(xué)緒論和原理“工程力學(xué)走過了從工程設(shè)計的輔助手段到中心主要手段，不是唱配角而是唱主角了?！卞X學(xué)森

1997年9月

材料力學(xué)緒論和原理材料力學(xué)研究方法材料力學(xué)緒論和原理

理論分析方法－20世紀初，探索新設(shè)計、新結(jié)構(gòu)。材料力學(xué)緒論和原理實驗方法—具體設(shè)計的實驗驗證材料力學(xué)緒論和原理萬能試驗機電子試驗機材料力學(xué)緒論和原理計算機方法

－現(xiàn)代計算技術(shù)與計算機應(yīng)用。

材料力學(xué)緒論和原理材料力學(xué)緒論和原理參考書目《材料力學(xué)學(xué)習(xí)指導(dǎo)》,中國礦大出版社《材料力學(xué)800題》，胡增強主編，中國礦大出版社，《材料力學(xué)史漫話》,老亮主編，高教出版社,1993,10《材料力學(xué)》,陳智純主編,中國礦大出版社《彈性力學(xué)》,徐芝綸,第三版,高教出版社材料力學(xué)緒論和原理第二節(jié)材料力學(xué)的任務(wù)與研究對象力學(xué)是研究力與運動之間關(guān)系的學(xué)科機械運動:物體空間位置的改變

力學(xué)研究的兩大類機械運動：研究剛體的運動：研究作用在剛體上的力與運動之間的關(guān)系；研究物體的變形：研究作用在物體上的力與變形之間的關(guān)系。材料力學(xué)緒論和原理材料力學(xué)是研究物體的變形，即：作用在物體上的力與變形之間的關(guān)系及與之相關(guān)的力學(xué)問題。材料力學(xué)緒論和原理1、構(gòu)件一、概念結(jié)構(gòu)物和機械等由構(gòu)件組成,組成結(jié)構(gòu)物和機械的單個部分,統(tǒng)稱為構(gòu)件。材料力學(xué)緒論和原理一、概念2、變形——在外力作用下，一切固體的形狀和尺寸都要發(fā)生一定程度的改變

這種改變在材料力學(xué)中稱為變形構(gòu)件的變形分為兩類：彈性變形塑性變形—外力解除后可消失的變形—外力解除后不能消失的變形（殘余變形）材料力學(xué)緒論和原理荷載未作用時荷載去除后荷載作用下F彈性變形示例材料力學(xué)緒論和原理荷載未作用時塑形變形示例荷載作用下F荷載去除后材料力學(xué)緒論和原理——線變形“線段長度的改變稱為線變形”變形的描述——形狀和尺寸的改變材料力學(xué)緒論和原理——角變形“角度的改變稱為角變形”材料力學(xué)緒論和原理變形——形狀和尺寸的改變物體內(nèi)部各點變形情況不同材料力學(xué)緒論和原理位移和變形線位移：自物體內(nèi)某一點的原位置到新位 置所連直線的距離角位移：物體上的某一直線段旋轉(zhuǎn)的角度在某些情況下,位移可以描述變形。但一般來講，位移不能表示變形?！皠傂晕灰啤辈牧狭W(xué)緒論和原理為了保證構(gòu)件能正常工作，我們應(yīng)該從三個方面考慮：二、構(gòu)件設(shè)計的三個方面構(gòu)件的破壞形式：脆斷、顯著的塑性變形構(gòu)件在外力作用下抵抗破壞的能力。1.強度要求FFaFF鋼筋b材料力學(xué)緒論和原理工程構(gòu)件的強度、剛度和穩(wěn)定問題強度問題材料力學(xué)緒論和原理工程構(gòu)件的強度、剛度和穩(wěn)定問題強度問題材料力學(xué)緒論和原理工程構(gòu)件的強度、剛度和穩(wěn)定問題強度問題材料力學(xué)緒論和原理2.剛度要求——指構(gòu)件在荷載作用下抵抗變形的能力，保證構(gòu)件的（彈性）變形不超過工程允許范圍剛度問題材料力學(xué)緒論和原理3.穩(wěn)定性要求：構(gòu)件保持原有平衡形態(tài)的能力構(gòu)件在外力作用下，能保持原有平衡狀態(tài)，這種平衡是穩(wěn)定的。構(gòu)件在一定外力作用下，突然發(fā)生不能保持原有平衡狀態(tài)的現(xiàn)象，稱為喪失穩(wěn)定。（簡稱失穩(wěn)）材料力學(xué)緒論和原理工程構(gòu)件的強度、剛度和穩(wěn)定問題穩(wěn)定問題材料力學(xué)緒論和原理工程構(gòu)件的強度、剛度和穩(wěn)定問題穩(wěn)定問題材料力學(xué)緒論和原理小結(jié)：在工程上，為了保證構(gòu)件能夠正常地工作而不失效，在使用過程中，不容許任何構(gòu)件發(fā)生破壞或失穩(wěn)，也不容許任何構(gòu)件由于過大（或過?。┒贿m用。各個構(gòu)件都必須滿足強度、剛度和穩(wěn)定性要求。材料力學(xué)緒論和原理例：（1）旗桿由于風(fēng)力過大而產(chǎn)生不可恢復(fù)的永久變形；（2）橋梁路面由于汽車超載而開裂；（3）自行車鏈條拉長量超過允許值而打滑；（4）細長的千斤頂螺桿因壓力過大而彎曲；屬于強度問題的是：——

屬于剛度問題的是：——

屬于穩(wěn)定性問題的是：——

（1）、（2）（3）（4）材料力學(xué)緒論和原理

構(gòu)件正常工作時，應(yīng)滿足以上三個要求，但在具體設(shè)計中，還要考慮經(jīng)濟問題。安全和經(jīng)濟是矛盾的統(tǒng)一。這正是材料力學(xué)的任務(wù)：

從理論和實驗兩方面，研究構(gòu)件的內(nèi)力與變形，在此基礎(chǔ)上進行強度、剛度、穩(wěn)定性計算，以便合理地選擇構(gòu)件的尺寸和材料，以達到既經(jīng)濟又安全的要求。材料力學(xué)緒論和原理

（1）在具體設(shè)計時，對強度、剛度、穩(wěn)定性的要求，往往有所側(cè)重：氧氣瓶以強度為主；車床主軸以剛度為主；千斤頂?shù)耐U則以穩(wěn)定性為主。（2）對某些特殊的構(gòu)件，則可能有相反的要求，如：安全銷，車輛的緩沖彈簧等。（3）人們還開發(fā)了許多新材料：高分子材料，復(fù)合材料，陶瓷材料，等。幾點說明：材料力學(xué)緒論和原理桿

(bar)板

(plate)殼

(shell)體

(body)1.

工程構(gòu)件的基本類型三、桿件變形的基本形式材料力學(xué)緒論和原理直桿主要幾何因素：橫截面、軸線等截面桿桿件的幾何特性軸線橫截面斜截面2.

材料力學(xué)的主要研究對象：桿曲桿變截面桿材料力學(xué)緒論和原理拉壓PPPPPFF3.

桿件基本變形的形式材料力學(xué)緒論和原理PPPP剪切材料力學(xué)緒論和原理扭轉(zhuǎn)材料力學(xué)緒論和原理彎曲材料力學(xué)緒論和原理第三節(jié)變形固體及其基本假設(shè)一、變形固體

外力作用于剛體整體運動（或平衡）內(nèi)力不考慮

內(nèi)部各質(zhì)點之間保持相對位置不變，形狀也不發(fā)生改變，這是理論力學(xué)研究的范疇。材料力學(xué)緒論和原理外力作用于變形固體形狀變化內(nèi)力變化

所研究的構(gòu)件不再保持剛性，形狀也發(fā)生了變化，這是材料力學(xué)研究的范疇。材料力學(xué)緒論和原理二、材料力學(xué)的基本假定1.關(guān)于材料性質(zhì)的假定材料力學(xué)緒論和原理1.關(guān)于材料性質(zhì)的假定10–8m考察的尺度量級：考察的尺度量級：10–6m10–4m考察的尺度量級：10–2m考察的尺度量級：二、材料力學(xué)的基本假定

材料力學(xué)研究的是巨量物質(zhì)微粒的集合的宏觀的力學(xué)行為。

材料力學(xué)研究的是巨量物質(zhì)微粒的集合的宏觀的力學(xué)行為。材料力學(xué)緒論和原理

材料力學(xué)研究的是巨量物質(zhì)微粒的集合的宏觀的力學(xué)行為。1.關(guān)于材料性質(zhì)的假定二、材料力學(xué)的基本假定材料力學(xué)緒論和原理連續(xù)性(continuity）認為物體質(zhì)量均勻分布，在各個區(qū)域之間沒有空隙。

宏觀力學(xué)性質(zhì)是所有晶粒性質(zhì)的統(tǒng)計平均值，并不是晶粒的微觀性質(zhì)，所以上述假設(shè)可以成立。（1）可以用連續(xù)函數(shù)和微積分來分析和求解問題；（2）材料各點的彈性常數(shù)E、G、μ都相同。均勻性(uniformity)1.關(guān)于材料性質(zhì)的假定材料力學(xué)緒論和原理認為材料的彈性常數(shù)E、G、μ不因方向不同而變化。1.關(guān)于材料性質(zhì)的假定連續(xù)性(continuity）均勻性(uniformity)各向同性(isotropy)

微觀或細觀層次上的隨機性構(gòu)成了宏觀層次上的各向同性。

微觀或細觀層次上的規(guī)律性構(gòu)成了宏觀層次上的各向異性。材料力學(xué)緒論和原理2.關(guān)于變形的假定——小變形假設(shè)◆

二階微量可以忽略，使問題線性化hbLwmax<hhbLwmax

絕大多數(shù)的工程構(gòu)件都工作在小變形狀態(tài)下。小變形假定帶來的方便認為物體受力后，變形很小，即物體的變形比三個方向中的最小尺寸小得多。材料力學(xué)緒論和原理hbLwmax2.關(guān)于變形的假定——小變形假設(shè)◆

二階微量可以忽略，使問題線性化wmax<h小變形假定帶來的方便◆

可以在未變形的構(gòu)形中進行計算實際平衡的構(gòu)形進行計算的構(gòu)形材料力學(xué)緒論和原理第四節(jié)外力與內(nèi)力

一、外力定義：對于所研究的對象來說，其它構(gòu)件和物體作用于其上的力均為外力。載荷約束反力材料力學(xué)緒論和原理1、按分布范圍分類分類:集中力：力的作用范圍很小。材料力學(xué)緒論和原理分布力：力的作用范圍較大。均布力線性分布力材料力學(xué)緒論和原理（1）表面力：力的作用在物體表面上。（2）體積力：分布在物體整個物體上，如自重。2、按外力的作用方式材料力學(xué)緒論和原理3、按性質(zhì)分類1、靜載荷：隨時間變化緩慢或不變化的載荷2、動載荷：外力隨時間變化而變化（且較快）（1）沖擊載荷：外力的作用時間很短。（2）交變載荷：外力的大小、方向隨時間變化而變化，如火車輪的連桿，齒輪轉(zhuǎn)動時，每個齒上的力。t12341材料力學(xué)緒論和原理二、內(nèi)力1、定義：在外力作用下，構(gòu)件發(fā)生變形，同時構(gòu)件內(nèi)部相連部分之間產(chǎn)生相互作用力。由于外力作用，構(gòu)件內(nèi)部各部分之間因相對位置改變而引起的相互作用力，稱為內(nèi)力。內(nèi)力分析是解決構(gòu)件強度、剛度與穩(wěn)定性問題的基礎(chǔ)內(nèi)力隨外力的增加而加大，到達某一限度就會引起構(gòu)件的破壞。材料力學(xué)緒論和原理2、內(nèi)力的求法(1)截：在需求內(nèi)力處，用假想的截面將物體分為兩部分。(2)?。喝∑渲腥我徊糠诌M行受力分析，它在外力及另一部分給予連續(xù)分布的內(nèi)力作用下平衡。(3)求：建立留下部分的平衡方程，確定未知內(nèi)力。過程：——截面法材料力學(xué)緒論和原理四種內(nèi)力分量暴露內(nèi)力將內(nèi)力向截面形心簡化F1FRF3M材料力學(xué)緒論和原理1、將主矢分別向截面的切向和法向分解，得到：軸力——2、將主矩分別向截面的切向和法向分解，得到：剪力——彎矩——扭矩——，zxyzxy四種內(nèi)力分量材料力學(xué)緒論和原理zxy

截面法的求解步驟：1、截:假想地在需求內(nèi)力的截面上將物體截開，取其中一部分為研究對象；2、取:受力分析：（分析外力和內(nèi)力）3、求:利用平衡方程求解。材料力學(xué)緒論和原理注意：1、上述內(nèi)力分量為一般情況。在很多情況下，桿件橫截面上僅有一種、兩種或三種內(nèi)力分量；2、在求截面的內(nèi)力時，理論力學(xué)中的某些規(guī)律不能隨意使用。材料力學(xué)緒論和原理分析與討論

與理論力學(xué)的聯(lián)系與區(qū)別力的平移定理材料力學(xué)緒論和原理分析與討論

與理論力學(xué)的聯(lián)系與區(qū)別力系的等效?LFLFL將梁視為剛體時兩者等效。將梁視為變形體時兩者不等效。材料力學(xué)緒論和原理例題圖示簡易吊車梁上,力F可以左右移動。試求截面1-1、2-2上的內(nèi)力。及其最大值。解：取梁AB為研究對象，受力分析截面1-11.外力分析2.內(nèi)力分析材料力學(xué)緒論和原理例題圖示簡易吊車梁上,力F可以左右移動。試求截面1-1、2-2上的內(nèi)力。及其最大值。解：截面2-2，取右段為研究對象得材料力學(xué)緒論和原理內(nèi)容回顧1.內(nèi)力——四種內(nèi)力分量zxy軸力——剪力——彎矩——扭矩——zxy材料力學(xué)緒論和原理zxy截面法的求解步驟：1、截:假想地在需求內(nèi)力的截面上將物體截開，取其中一部分為研究對象；2、取:受力分析：（分析外力和內(nèi)力）3、求:利用平衡方程求解。材料力學(xué)緒論和原理2.變形——形狀和尺寸的改變位移和變形線位移：自物體內(nèi)某一點的原位置到新位 置所連直線的距離角位移：物體上的某一直線段旋轉(zhuǎn)的角度在某些情況下,位移可以描述變形。但一般來講，位移不能表示變形。“剛性位移”材料力學(xué)緒論和原理——線變形“線段長度的改變稱為線變形”材料力學(xué)緒論和原理——角變形材料力學(xué)緒論和原理基本變形Ⅰ.軸向拉伸或軸向壓縮Ⅱ.剪切Ⅲ.扭轉(zhuǎn)Ⅳ.彎曲材料力學(xué)緒論和原理1、為什么提出應(yīng)力的概念？一、應(yīng)力

只有內(nèi)力不能完全描述截面內(nèi)各點的受力情況，尤其不能描述由于截面變化引起的內(nèi)力的分布變化。

應(yīng)力研究分布內(nèi)力系在截面內(nèi)某一點處力的大小及方向，研究截面上各點處內(nèi)力的大小及方向的分布規(guī)律。第五節(jié)應(yīng)力材料力學(xué)緒論和原理2、應(yīng)力的概念？

應(yīng)力是指在截面上某一點內(nèi)力的集度（大小及方向），研究截面上各點處內(nèi)力的大小及方向的分布規(guī)律。

應(yīng)力——單位面積內(nèi)的內(nèi)力dAndAndFdAndAdFndAdF應(yīng)力材料力學(xué)緒論和原理ndAdF應(yīng)力切應(yīng)力

正應(yīng)力

位于截面內(nèi)的應(yīng)力稱為“切應(yīng)力”

垂直于截面的應(yīng)力稱為“正應(yīng)力”

(全應(yīng)力)

在國際單位制中，應(yīng)力的單位是，或。材料力學(xué)緒論和原理二、單向應(yīng)力、純剪切同一截面上，不同點處的應(yīng)力一般不相同；通過同一點的不同方位截面上，應(yīng)力也一般不相同；為了全面研究一點處在不同方位的截面上的應(yīng)力圍繞該點切取一無限小的六面體進行研究微體單元體或材料力學(xué)緒論和原理微體受力最基本、最簡單的兩種形式：單向應(yīng)力純剪切材料力學(xué)緒論和原理應(yīng)力與壓強有什么區(qū)別？分析和討論應(yīng)力與力有什么區(qū)別？微元體的應(yīng)力分量本身直接構(gòu)成平衡關(guān)系嗎？不平衡平衡101045°14.11045°注意

盡管應(yīng)力矢量及其分量也常用箭頭表示，但它們的概念是指定點在指定方位微元面上的力的分布集度。平衡嗎？平衡嗎？材料力學(xué)緒論和原理yzyzyzyz分析和討論桿件橫截面上的內(nèi)力和應(yīng)力是什么關(guān)系？材料力學(xué)緒論和原理yzyzyzyz分析和討論桿件橫截面上的內(nèi)力和應(yīng)力是什么關(guān)系？材料力學(xué)緒論和原理

對AB

取矩dzdydxdzdydxdzdydxdzdydxdzdydxAB

在這一對力的作用下，微元體平衡嗎？

如何才能使微元體平衡？三切應(yīng)力互等定理

在變形體內(nèi)過任意點的相互垂直的兩個微元面上，垂直于交線的切應(yīng)力分量必然會成對地出現(xiàn)，其數(shù)值相等，方向則共同指向或共同背向兩微元面的交線。

重要公式材料力學(xué)緒論和原理下列情況是切應(yīng)力互等定理所表述的內(nèi)容嗎？分析和討論切應(yīng)力互等定理與材料力學(xué)性能有關(guān)嗎？材料力學(xué)緒論和原理1、為什么提出應(yīng)變的概念？

實際工程中，我們往往用物體受力后發(fā)生的變形大小來衡量該構(gòu)件的承載能力。而構(gòu)件各處的變形往往也并不相同，這時候就需要引入應(yīng)變的概念。

在理論力學(xué)中，我們用位移來表示物體受力后的效應(yīng)，但是僅有位移還不能很好的表示變形，如：（1）若各點的位移一樣，則無變形，剛體平動。（2）若各點的位移不一樣，若剛體轉(zhuǎn)動，也無變形。第六節(jié)應(yīng)變材料力學(xué)緒論和原理物體的變形有哪些最基本的形式？2

、應(yīng)變的概念長度的變化角度的變化物體內(nèi)部各點變形情況不同材料力學(xué)緒論和原理2、應(yīng)變的概念應(yīng)變—度量構(gòu)件內(nèi)一點變形程度的量棱邊Ka:變形前長度：變形后長度：長度改變量：棱邊Ka的平均正應(yīng)變:——絕對變形量——相對變形量一般情況下，棱邊Ka

各點處的變形程度并不相同，為了精確地描寫K點沿棱邊Ka方向的變形情況K點沿棱邊Ka方向的正應(yīng)變（線應(yīng)變）正應(yīng)變材料力學(xué)緒論和原理切應(yīng)變微體相鄰棱邊所夾直角的改變量——切應(yīng)變切應(yīng)變的單位:rad用表示分析和討論

為什么要用直角的變化量來定義切應(yīng)變？能不能用線段偏移的角度來定義切應(yīng)變？材料力學(xué)緒論和原理3、小結(jié)xyΔxΔyxyαβ正（線）應(yīng)變切（角）應(yīng)變=α+β

)(直角改變量