材料力學(xué) 第一章-緒論_第1頁
材料力學(xué) 第一章-緒論_第2頁
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文檔簡介

材料力學(xué)第一章-緒論Page2材料力學(xué)

是一門研究構(gòu)件承受載荷能力的科學(xué)。

為設(shè)計構(gòu)件提供強度、剛度和穩(wěn)定性的計算依據(jù),力求使設(shè)計的構(gòu)件既經(jīng)濟(jì)又安全。

研究構(gòu)件受力以后的變形和破壞的規(guī)律Page3

力學(xué)

固體

流體剛體變形體理想流體粘性流體可壓縮流體…靜力學(xué)運動力學(xué)材料力學(xué)彈性力學(xué)塑性力學(xué)…運動學(xué)動力學(xué)Page4根據(jù)問題的特點建立力學(xué)模型應(yīng)用數(shù)學(xué)方法描述客觀規(guī)律應(yīng)用數(shù)學(xué)工具得到解決問題的方法研究方法理論力學(xué)—研究物體機械運動一般規(guī)律的科學(xué)材料力學(xué)—研究物體承受載荷的能力的科學(xué)(質(zhì)點、剛體)(變形體)Page5彈性體:受載后發(fā)生變形,外載卸除后,

變形隨之消失。剛體、變形體、彈性體的概念材料力學(xué)主要研究的是彈性桿件剛體:不變形的物體。受載后各質(zhì)點無相對變化。變形體:受載變形的物體,

受載后各質(zhì)點有相對變化。Page6

力學(xué)在工程中的應(yīng)用趙州橋—隋朝Page7土木建筑應(yīng)縣木塔

建于1056年P(guān)age8斗拱1103年,李誡在《營造法式大木作制度》指出:

“凡梁之大小,各隨其廣分為三分,以二分為厚”Page9

材料力學(xué)在近代的發(fā)展伽利略像1638年:材料力學(xué)的開端《關(guān)于兩種新科學(xué)的對話》提出了梁強度的計算公式開創(chuàng)了用系統(tǒng)科學(xué)實驗與觀察的方法進(jìn)行研究Page10胡克的彈性實驗裝置1678年:

發(fā)現(xiàn)“胡克定律”雅各布.伯努利,馬略特:

得出了有關(guān)梁、柱性能的基礎(chǔ)知識,并研究了材料的強度性能與其它力學(xué)性能。庫倫:

修正了伽利略、馬略特關(guān)于梁理論中的錯誤,得到了梁的彎曲正應(yīng)力和圓桿扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的正確結(jié)果Page11(瑞士)歐拉像

主要研究梁的變形:

《曲線的變分法》,推導(dǎo)出受橫向力的懸臂桿的撓度表達(dá)式

《關(guān)于柱的承載力》,討論了壓桿穩(wěn)定問題,引入了臨界載荷的概念。

還研究了大變形問題、變截面梁的問題、具有初始曲率桿的問題。Page12(烏克蘭)鐵摩辛柯像建立“鐵摩辛柯梁”模型研究了圓孔附近的應(yīng)力集中問題,梁板的彎曲振動問題,薄壁桿件扭轉(zhuǎn)問題,彈性系統(tǒng)穩(wěn)定性問題等出版了大量力學(xué)教材:《材料力學(xué)》,《高等材料力學(xué)》,《結(jié)構(gòu)力學(xué)》,《板殼理論》等20多部Page13

材料力學(xué)在現(xiàn)代的發(fā)展19世紀(jì)中葉,鐵路橋梁工程的發(fā)展,大大推動了材料力學(xué)的發(fā)展;當(dāng)時,材料力學(xué)的主要研究對象為鋼材;20世紀(jì),各種新型材料(復(fù)合材料、高分子材料等)廣泛應(yīng)用,實驗水平、計算方法不斷提高;材料力學(xué)所涉及的領(lǐng)域更加廣闊,它仍在發(fā)展。Page14長江三峽工程Page15海洋石油鉆井平臺Page16美國“西奧多·羅斯?!碧柡侥?/p>

波音737飛機

Page17航空母艦Page18Page19Page20Page21

北航人的成果與材料力學(xué)的應(yīng)用“北京一號”,新中國第一架輕型旅客機,1958年首飛成功,是北航師生研制的第一項重大成果。Page22“北京二號”探空火箭,中國第一枚高空探空火箭,被譽為“亞洲第一箭”58年由北航師生研制成功。Page23“無偵五”,1981年由北航交付部隊使用,為填補我國航空工業(yè)空白的小推力渦輪噴氣發(fā)動機及國內(nèi)第一套遙控遙測信標(biāo)三合一地面控制站和機載設(shè)備Page24北航研制的共軸式單人單座直升機,97年8月試飛成功,我國第一架自行研制的共軸式有人直升機。Page25

構(gòu)件:組成機械與結(jié)構(gòu)的零構(gòu)件,統(tǒng)稱為構(gòu)件

變形:構(gòu)件尺寸與形狀的變化彈性變形:外力解除后可消失的變形塑性變形:外力解除后不能消失的變形

破壞——顯著的塑性變形和斷裂。§1-1材料力學(xué)的任務(wù)與研究對象

構(gòu)件與構(gòu)件的力學(xué)響應(yīng)

失穩(wěn)——原有平衡形式的喪失。Page26

構(gòu)件的承載能力:

強度(strength)—構(gòu)件在外力作用下抵抗破壞的能力;

剛度(stiffness)—構(gòu)件在外力作用下抵抗變形的能力;穩(wěn)定性(stability)—構(gòu)件在外力作用下保持原有平衡形式的能力。

構(gòu)件安全工作的基本要求:

具有足夠的強度、剛度與穩(wěn)定性

材料力學(xué)的任務(wù):

研究構(gòu)件在外力作用下變形、內(nèi)部受力與破壞的規(guī)律,為合理設(shè)計構(gòu)件提供強度、剛度與穩(wěn)定性分析的基本理論與方法。Page27強度:構(gòu)件抵抗破壞的能力strength剛度:構(gòu)件抵抗變形的能力stiffness穩(wěn)定性:構(gòu)件保持原有平衡形式的能力鉛筆不倒翁stability細(xì)繩粗繩細(xì)長桿PPage28強度問題重慶綦江彩虹橋

Page29強度問題Page30前起落架鎖連桿安裝螺栓(銷子)意外斷裂。強度問題Page31剛度問題Page32剛度問題Tacoma海峽大橋(美國Tacoma市)Tacoma海峽新橋因設(shè)計不良1940年破壞Page33Tacoma海峽大橋1940年破壞Page34Page35穩(wěn)定問題Page36毀壞的高壓電線塔穩(wěn)定性問題Page37穩(wěn)定性問題南京電視臺腳手架失穩(wěn)Page38穩(wěn)定問題愛國者導(dǎo)彈戰(zhàn)車Page39強度、剛度、穩(wěn)定性問題Page40強度、剛度和穩(wěn)定問題Page41吊車Page42地鐵車站Page43碼頭吊塔Page44

材料力學(xué)的研究對象:變形固體體(body)板(plate)桿(bar/rod)

材力的主要研究對象是桿,以及由桿組成的簡單桿系,同時也研究一些形狀與受力均比較簡單的板與殼。Page45

材料力學(xué)的研究對象

桿件:軸線橫截面Page46

材料力學(xué)研究材料的宏觀力學(xué)行為

材料力學(xué)主要研究鋼材等金屬材料關(guān)于材料的基本假設(shè):

連續(xù)性假設(shè):認(rèn)為材料無空隙地充滿于整個構(gòu)件。

——力學(xué)量可以用坐標(biāo)的連續(xù)函數(shù)表示。

均勻性假設(shè):構(gòu)件內(nèi)每一處的力學(xué)性能相同。

——通過試樣得到的材料性能可用于構(gòu)件的任何部位。

各向同性假設(shè):構(gòu)件某一處材料沿各個方向的力學(xué)性能均相同§1-2材料力學(xué)的基本假設(shè)Page47一、外力§1-3外力與內(nèi)力表面力:氣體、液體壓力,接觸壓力。體積力:重力,電磁力等。分布力集中力

作用方式靜載荷:不隨時間改變或變化很慢。動載荷:隨時間顯著變化或使構(gòu)件各質(zhì)點產(chǎn)生明顯加速度。

隨時間變化性質(zhì)Page48F1F2集中力Page49分布力Page50

內(nèi)力的求法:截面法內(nèi)力:構(gòu)件內(nèi)部相連各部分之間有相互作用力。二、內(nèi)力與截面法1111Page51

內(nèi)力的分類:(normalforce)軸力:FN(shearingforce)剪力:FS(torque)扭矩:Mx(bendingmoment)彎矩:My,MzFNMxFSyFSzMyMz截面法求內(nèi)力的步驟:1、沿某一截面切開,得到分離體;2、對某一分離體列平衡方程,求得內(nèi)力。例:均質(zhì)桿,考慮自重,密度為

,橫截面積為A,求桿距底端x處截面的內(nèi)力。lxPage52

截面法求內(nèi)力的步驟平衡方程:

1、用假想截面將桿件切開,得到分離體;2、畫分離體受力圖,內(nèi)力用分量表示;3、對分離體建立平衡方程,求得內(nèi)力。Page531、截面法求內(nèi)力是根據(jù)平衡方程,與材料屬性無關(guān);2、內(nèi)力與所處截面有關(guān),不同的截面,內(nèi)力不同;3、內(nèi)力是作用在切開截面上的連續(xù)分布力,利用平衡方程求出的是內(nèi)力的合力或合力矩。

注意:例:求下面兩種情況下,1-1和2-2截面上的內(nèi)力。1各向異性材料FFF2F12Page54三、桿件(按受力與變形)分類桿軸梁Page55§1-4正應(yīng)力與切應(yīng)力K點的應(yīng)力:

F2ΔAKDFF1ΔFS正應(yīng)力:切應(yīng)力:△A內(nèi)平均應(yīng)力:Page56

應(yīng)力特點1.

應(yīng)力是矢量2.同一橫截面上,不同點處的應(yīng)力一般不同3.過同一點,不同方位截面上的應(yīng)力一般不同

應(yīng)力單位(Pa-Pascal

帕)(M-Mega

兆)Page57棱邊

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