工程力學(xué)一章緒論

工程力學(xué)（Ⅰ）工程力學(xué)（Ⅱ）

第一章緒論（Preface）

材料力學(xué)是一門與社會的生產(chǎn)實踐緊密相連的的學(xué)科。特別是19世紀(jì)以來，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、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(xué)技術(shù)和社會的進步。引言

17世紀(jì)前后

19世紀(jì)初

我國祖先也對材料力學(xué)的發(fā)展做出了重要的貢獻(xiàn)

趙州橋（河北）山西應(yīng)州高層建筑20世紀(jì)中,一些高科技及其在各工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用與力學(xué)的指導(dǎo)密不可分。高層建筑海洋石油鉆井平臺車輛與機械道路與造橋南京長江大橋大型水利工程設(shè)施

§1-1材料力學(xué)的任務(wù)及研究對象

一、任務(wù)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

強度（strength)

剛度（stiffness)穩(wěn)定性（stability)1.強度：構(gòu)件抵抗破壞的能力2.剛度:構(gòu)件抵抗變形的能力.壓桿穩(wěn)定問題3、穩(wěn)定性:構(gòu)件保持原有平衡狀態(tài)的能力材料力學(xué)的任務(wù)材料力學(xué)的學(xué)習(xí)和研究方法(1)與理論力學(xué)的聯(lián)系

效應(yīng)研究對象研究內(nèi)容理論力學(xué)外效應(yīng)剛體剛體的機械運動材料力學(xué)內(nèi)效應(yīng)桿件（可變形體）桿件的強度、剛度和穩(wěn)定性研究構(gòu)件在外力作用下受力變形與破壞規(guī)律，在保證構(gòu)件既安全又經(jīng)濟的前提下，為構(gòu)件選擇恰當(dāng)?shù)牟牧?，確定最合理的截面形狀與尺寸，提供理論依據(jù)、計算方法和實驗技術(shù)。

(2)注意理論聯(lián)系實際一些理論都是經(jīng)過簡化建立起來的，通常需要由試驗來驗證而在這些理論中所需要的材料的力學(xué)性能，要由試驗來測定尚無理論結(jié)果的問題往往又需要用試驗的方法來解決，所以試驗分析和理論研究同是材料力學(xué)解決問題的方法。二、研究對象1.構(gòu)件工程結(jié)構(gòu)或機械的各組成部分。如：梁、柱、軸等。2.構(gòu)件的分類根據(jù)幾何尺寸：桿件：長度遠(yuǎn)大于橫向尺寸的構(gòu)件。板和殼：一個方向的尺寸遠(yuǎn)小于其它兩個方向的尺寸的構(gòu)件。塊體：三個方向（長、寬、高）的尺寸相差不多的構(gòu)件。殼(shell)板(plate)(bar)塊體(body)

材料力學(xué)以“桿”為主要研究對象，工程中多為桿結(jié)構(gòu)主要研究的是桿件結(jié)構(gòu)，且以等直桿為主軸線橫截面直桿：軸線為直線曲桿：軸線為曲線等截面桿：橫截面處處相同變截面桿：橫截面不相同等截面直桿變截面直桿等截面曲桿變截面曲桿§1-2變形固體的基本假設(shè)

一、連續(xù)性均勻性假設(shè)變形固體在其整個幾何體內(nèi)毫無空隙地充滿了物質(zhì)。并且整個幾何體內(nèi)材料的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)相同(材料的力學(xué)性能與點位置無關(guān)）。

二、各向同性假設(shè)變形固體在各個方向具有相同的力學(xué)性質(zhì)

(材料的力學(xué)性能與點方向無關(guān)）

三、小變形假設(shè)變形固體在外力作用下產(chǎn)生的變形與構(gòu)件原有尺寸相比較非常微小，在計算中可以不考慮外力作用點處微小位移，而按變形前的位置和尺寸進行計算。一、外力1.按作用方式分體積力

表面力

集中力

分布力2.按隨時間變化分靜載荷

動載荷

交變載荷

沖擊載荷§1-3力、應(yīng)力、應(yīng)變和位移的基本概念火車車輪與鋼軌的接觸可看作點接觸，因而相互作用力可視為集中力集中力是一種簡化，是一種抽象，是相對的，而分布力是絕對的集中力攔河大壩的水壓力是表面力，為分布載荷鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的自重是主要載荷分布力動載荷的例子

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)2.內(nèi)力的求法——截面法步驟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.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.

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也可以取右端研究例1.1確定m-m截面上的內(nèi)力三、應(yīng)力（Stress)1.定義：由外力引起的內(nèi)力在截面上的密集程度，即內(nèi)力集度。

P

AM

2.應(yīng)力①M點的平均應(yīng)力②M點的全應(yīng)力（總應(yīng)力）③全應(yīng)力分解為ΔPΔTMΔN

垂直于截面的應(yīng)力稱為“正應(yīng)力”

位于截面內(nèi)的應(yīng)力稱為“切應(yīng)力”或“剪應(yīng)力”應(yīng)力單位：應(yīng)力的國際單位為N/m2，且1N/m2=1Pa（帕斯卡），1MN/m2=1MPa=106N/m2=106Pa。1GN/m2=1GPa=109Pa，在工程上，也用kg(f)/cm2為應(yīng)力單位，它與國際單位的換算關(guān)系為1kg/cm2=0.1MPa。全應(yīng)力、正應(yīng)力和剪應(yīng)力之間的關(guān)系：

pτMσα四、變形和位移1.變形

在外力作用下物體形狀和尺寸發(fā)生改變2.位移

變形前后物體內(nèi)一點位置的變化3.應(yīng)變

度量構(gòu)件一點處的變形程度，用原長與改變量的比值來衡量

平均線應(yīng)變角應(yīng)變

線應(yīng)變角應(yīng)變用相鄰棱邊直角的改變量來衡量例1.2250200adcba’0.025g求ab邊的平均應(yīng)變和ab、ad兩邊夾角的變化em===125X10-6a’b-abab0.025200g

tgg==100x10-60.025250250200adcba’0.025g軸向拉伸(b)軸向壓縮

1.軸向拉伸和壓縮

§1-4桿件變形的基本形式FFFF2.剪切(shear)F/2F/2F3.扭轉(zhuǎn)(torsion)4.彎曲(bending)MeMe

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