工程力學(xué)課件：07.第七章 緒論

1、第七章第七章 緒緒 論論7.1 材料力學(xué)的任務(wù)與研究對(duì)象材料力學(xué)的任務(wù)與研究對(duì)象7.2 材料力學(xué)材料力學(xué)的基本假設(shè)的基本假設(shè)7.3 外力與內(nèi)力外力與內(nèi)力7.4 正應(yīng)力與切應(yīng)力正應(yīng)力與切應(yīng)力工程力學(xué)工程力學(xué)/ /第二篇第二篇 材料力學(xué)材料力學(xué) 7.5 正應(yīng)變與切應(yīng)變正應(yīng)變與切應(yīng)變第七章第七章 緒論緒論7. .1 材料力學(xué)的任務(wù)與研究對(duì)象材料力學(xué)的任務(wù)與研究對(duì)象三、材料力學(xué)的研究對(duì)象三、材料力學(xué)的研究對(duì)象四、桿件的四種基本變形形式四、桿件的四種基本變形形式一、理論力學(xué)與材料力學(xué)的比較一、理論力學(xué)與材料力學(xué)的比較二、材料力學(xué)的任務(wù)二、材料力學(xué)的任務(wù)1. .1 材料力學(xué)的任務(wù)材料力學(xué)的任務(wù)一、一、理論

2、力學(xué)與材料力學(xué)的比較理論力學(xué)與材料力學(xué)的比較研究對(duì)象：研究對(duì)象：分析內(nèi)容：分析內(nèi)容：研究手段：研究手段： 理論力學(xué)理論力學(xué) 材料力學(xué)材料力學(xué)剛體剛體 變形體變形體外力外力和和運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)內(nèi)力內(nèi)力和和變形變形平衡方程平衡方程截面法截面法 + + 平衡方程平衡方程1. .1 材料力學(xué)的任務(wù)材料力學(xué)的任務(wù)二、二、材料力學(xué)的任務(wù)材料力學(xué)的任務(wù)1. .三個(gè)名詞三個(gè)名詞 構(gòu)件構(gòu)件 如：如：機(jī)器中的機(jī)器中的軸軸、連桿連桿、螺栓螺栓等等 載荷載荷 建筑物中的建筑物中的板板、梁梁、柱柱等等 變形變形組成機(jī)器或建筑物的組成機(jī)器或建筑物的部件部件構(gòu)件的構(gòu)件的重量重量和作用在構(gòu)件上的和作用在構(gòu)件上的外力外力在載荷作用下構(gòu)

3、件的在載荷作用下構(gòu)件的形狀形狀和和尺寸尺寸的改變的改變1. .1 材料力學(xué)的任務(wù)材料力學(xué)的任務(wù) 為設(shè)計(jì)既為設(shè)計(jì)既安全安全又又經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì)的構(gòu)件提供理論與計(jì)算方法的構(gòu)件提供理論與計(jì)算方法即：即：研究構(gòu)件的研究構(gòu)件的強(qiáng)度強(qiáng)度、剛度剛度和和穩(wěn)定性穩(wěn)定性問題問題 強(qiáng)強(qiáng) 度度2. .材料力學(xué)的任務(wù)材料力學(xué)的任務(wù)構(gòu)件抵抗構(gòu)件抵抗破壞破壞的能力的能力 強(qiáng)強(qiáng) 度度構(gòu)件抵抗構(gòu)件抵抗破壞破壞的能力的能力倒塌后的重慶綦江彩虹橋倒塌后的重慶綦江彩虹橋1. .1 材料力學(xué)的任務(wù)材料力學(xué)的任務(wù)一幢擅自一幢擅自由一層加至到三層由一層加至到三層的私人建筑物突然發(fā)生的私人建筑物突然發(fā)生整體倒塌整體倒塌。 2000年年12月月1日下

4、午日下午2: :30左右，東莞市厚街鎮(zhèn)赤嶺工業(yè)區(qū)內(nèi)，左右，東莞市厚街鎮(zhèn)赤嶺工業(yè)區(qū)內(nèi)，當(dāng)場(chǎng)上百人被埋，至少當(dāng)場(chǎng)上百人被埋，至少8人死亡人死亡，32人受傷人受傷。 剛剛 度度構(gòu)件抵抗構(gòu)件抵抗變形變形的能力的能力 剛剛 度度構(gòu)件抵抗構(gòu)件抵抗變形變形的能力的能力美國紐約世貿(mào)大廈 剛剛 度度構(gòu)件抵抗構(gòu)件抵抗變形變形的能力的能力7.2517.2527.2537.2547.2557.25-20020406080100120140塔頂傾斜量塔頂傾斜量(mm)升升 溫溫恒恒 溫溫降降 溫溫 剛剛 度度構(gòu)件抵抗構(gòu)件抵抗變形變形的能力的能力卡車的疊板彈簧卡車的疊板彈簧 剛剛 度度構(gòu)件抵抗構(gòu)件抵抗變形變形的能力的能力

5、跳板運(yùn)動(dòng)的跳板 穩(wěn)定性穩(wěn)定性 即：即：構(gòu)件保持原有構(gòu)件保持原有 平衡平衡形式的能力形式的能力 構(gòu)件抵抗構(gòu)件抵抗失穩(wěn)失穩(wěn)的能力的能力 穩(wěn)定性穩(wěn)定性 即：即：構(gòu)件保持原有構(gòu)件保持原有 平衡平衡形式的能力形式的能力 構(gòu)件抵抗構(gòu)件抵抗失穩(wěn)失穩(wěn)的能力的能力1. .1 材料力學(xué)的任務(wù)材料力學(xué)的任務(wù) 為設(shè)計(jì)既為設(shè)計(jì)既安全安全又又經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì)的構(gòu)件提供理論與計(jì)算方法的構(gòu)件提供理論與計(jì)算方法即：即：研究構(gòu)件的研究構(gòu)件的強(qiáng)度強(qiáng)度、剛度剛度和和穩(wěn)定性穩(wěn)定性問題問題 剛剛 度度 強(qiáng)強(qiáng) 度度材料力學(xué)的任務(wù)材料力學(xué)的任務(wù) 穩(wěn)定性穩(wěn)定性 即：即：構(gòu)件保持原有構(gòu)件保持原有平衡平衡形式的能力形式的能力 構(gòu)件抵抗構(gòu)件抵抗破壞破壞的能

6、力的能力構(gòu)件抵抗構(gòu)件抵抗變形變形的能力的能力構(gòu)件抵抗構(gòu)件抵抗失穩(wěn)失穩(wěn)的能力的能力1. .1 材料力學(xué)的任務(wù)材料力學(xué)的任務(wù)理論分析理論分析實(shí)驗(yàn)分析實(shí)驗(yàn)分析3. .材料力學(xué)的研究方法材料力學(xué)的研究方法提出內(nèi)力和變形的理論計(jì)算公式提出內(nèi)力和變形的理論計(jì)算公式測(cè)定材料的力學(xué)性能測(cè)定材料的力學(xué)性能測(cè)定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形測(cè)定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形檢驗(yàn)理論計(jì)算公式檢驗(yàn)理論計(jì)算公式7.1.1 材料力學(xué)的研究對(duì)象材料力學(xué)的研究對(duì)象三、材料力學(xué)的研究對(duì)象三、材料力學(xué)的研究對(duì)象1. .工程中的構(gòu)件工程中的構(gòu)件桿桿 軸，梁軸，梁 板板殼殼塊塊樓板樓板飛機(jī)機(jī)身，屋頂飛機(jī)機(jī)身，屋頂 水壩，齒輪水壩，齒輪2. .材料力學(xué)的研究對(duì)象

7、材料力學(xué)的研究對(duì)象 桿桿 材料力學(xué)的研究對(duì)象是材料力學(xué)的研究對(duì)象是桿件桿件長度遠(yuǎn)大于其它兩個(gè)橫向尺寸的構(gòu)件長度遠(yuǎn)大于其它兩個(gè)橫向尺寸的構(gòu)件，簡(jiǎn)稱為簡(jiǎn)稱為桿桿 7.1.1 材料力學(xué)的研究對(duì)象材料力學(xué)的研究對(duì)象(1)(1)桿的兩個(gè)主要幾何因素桿的兩個(gè)主要幾何因素 橫截面橫截面 軸軸 線線垂直于桿長度方向的截面垂直于桿長度方向的截面各橫截面形心的連線各橫截面形心的連線軸線軸線橫截面橫截面形心形心7.1.1 材料力學(xué)的研究對(duì)象材料力學(xué)的研究對(duì)象( (2) )桿的分類桿的分類 等截面桿等截面桿 變截面桿變截面桿 b. .按軸線的形式分為：按軸線的形式分為： 直桿直桿 a. .按橫截面的形式分為按橫截面的

8、形式分為： 曲桿曲桿 本課程主要研究的桿件：本課程主要研究的桿件： 等直桿等直桿橫截面沿軸線不變的桿橫截面沿軸線不變的桿橫截面沿軸線變化的桿橫截面沿軸線變化的桿軸線為直線的桿軸線為直線的桿軸線為曲線的桿軸線為曲線的桿橫截面沿軸線不變的直桿橫截面沿軸線不變的直桿7.1.1 材料力學(xué)的研究對(duì)象材料力學(xué)的研究對(duì)象四、桿件的四種基本變形形式四、桿件的四種基本變形形式1. .軸向拉伸或壓縮軸向拉伸或壓縮FFFF7.1.1 材料力學(xué)的研究對(duì)象材料力學(xué)的研究對(duì)象2. .剪切剪切FF7.1.1 材料力學(xué)的研究對(duì)象材料力學(xué)的研究對(duì)象3. .扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)即：即：MeMeMeMe7.1.1 材料力學(xué)的研究對(duì)象材料力學(xué)的

9、研究對(duì)象4. .彎曲彎曲即：即：MeMeeMMe或：或：7.1.1 材料力學(xué)的研究對(duì)象材料力學(xué)的研究對(duì)象 有些桿件的變形是上述四種基本變形的某種有些桿件的變形是上述四種基本變形的某種組合組合FF例如：例如：MeMeFF7.1.1 材料力學(xué)的研究對(duì)象材料力學(xué)的研究對(duì)象 有些桿件的變形是上述四種基本變形的某種有些桿件的變形是上述四種基本變形的某種組合組合FFMeMeFF例如：例如：MeMe7.1.1 材料力學(xué)的研究對(duì)象材料力學(xué)的研究對(duì)象第七章第七章 緒論緒論7. .2 材料力學(xué)的基本假設(shè)材料力學(xué)的基本假設(shè)一、一、變形固體的概念變形固體的概念二、二、變形固體的兩種變形變形固體的兩種變形三、材料力學(xué)的

10、基本假設(shè)三、材料力學(xué)的基本假設(shè)7. .2 材料力學(xué)的基本假設(shè)材料力學(xué)的基本假設(shè)一、變形固體的概念一、變形固體的概念 物質(zhì)的三種狀態(tài)：物質(zhì)的三種狀態(tài)：固態(tài)固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)變形固體變形固體在載荷的作用下發(fā)生變形的固體在載荷的作用下發(fā)生變形的固體也稱為也稱為可變形固體可變形固體二、變形固體的兩種變形二、變形固體的兩種變形彈性變形彈性變形塑性變形塑性變形 又稱為又稱為殘余變形殘余變形或或永久變形永久變形載荷除去后載荷除去后 能能 自行消失的變形自行消失的變形載荷除去后載荷除去后不能不能自行消失的變形自行消失的變形7. .2 材料力學(xué)的基本假設(shè)材料力學(xué)的基本假設(shè)三、材料力學(xué)的基本假設(shè)三、材料

11、力學(xué)的基本假設(shè)1. .連續(xù)性假設(shè)連續(xù)性假設(shè) 認(rèn)為組成固體的物質(zhì)不留空隙地認(rèn)為組成固體的物質(zhì)不留空隙地充滿充滿了固體的整個(gè)了固體的整個(gè)體積體積即：即：認(rèn)為固體的性質(zhì)是連續(xù)的認(rèn)為固體的性質(zhì)是連續(xù)的7. .2 材料力學(xué)的基本假設(shè)材料力學(xué)的基本假設(shè)三、材料力學(xué)的基本假設(shè)三、材料力學(xué)的基本假設(shè)1. .連續(xù)性假設(shè)連續(xù)性假設(shè)認(rèn)為固體的性質(zhì)是連續(xù)的認(rèn)為固體的性質(zhì)是連續(xù)的2. .均勻性假設(shè)均勻性假設(shè) 認(rèn)為在固體內(nèi)認(rèn)為在固體內(nèi)各處各處的力學(xué)性能相同的力學(xué)性能相同即：即：認(rèn)為固體的性質(zhì)不隨坐標(biāo)變化認(rèn)為固體的性質(zhì)不隨坐標(biāo)變化7. .2 材料力學(xué)的基本假設(shè)材料力學(xué)的基本假設(shè)三、材料力學(xué)的三、材料力學(xué)的基本假設(shè)基本假設(shè)1

12、. .連續(xù)性假設(shè)連續(xù)性假設(shè)認(rèn)為固體的性質(zhì)是連續(xù)的認(rèn)為固體的性質(zhì)是連續(xù)的2. .均勻性假設(shè)均勻性假設(shè)認(rèn)為固體的性質(zhì)不隨坐標(biāo)變化認(rèn)為固體的性質(zhì)不隨坐標(biāo)變化3. .各向同性假設(shè)各向同性假設(shè) 認(rèn)為在固體認(rèn)為在固體各個(gè)方向各個(gè)方向的力學(xué)性能相同的力學(xué)性能相同即：即：認(rèn)為固體的性質(zhì)不隨方向變化認(rèn)為固體的性質(zhì)不隨方向變化7. .2 材料力學(xué)的基本假設(shè)材料力學(xué)的基本假設(shè)三、材料力學(xué)的三、材料力學(xué)的基本假設(shè)基本假設(shè)1. .連續(xù)性假設(shè)連續(xù)性假設(shè)認(rèn)為固體的性質(zhì)是連續(xù)的認(rèn)為固體的性質(zhì)是連續(xù)的2. .均勻性假設(shè)均勻性假設(shè)認(rèn)為固體的性質(zhì)不隨坐標(biāo)變化認(rèn)為固體的性質(zhì)不隨坐標(biāo)變化3. .各向同性假設(shè)各向同性假設(shè)認(rèn)為固體的性質(zhì)不

13、隨方向變化認(rèn)為固體的性質(zhì)不隨方向變化7. .2 材料力學(xué)的基本假設(shè)材料力學(xué)的基本假設(shè)各向同性各向同性各向異性各向異性各向同性材料：各向同性材料：鋼材鋼材、塑料塑料、玻璃玻璃各向異性材料：各向異性材料：木材木材、竹材竹材、膠合板膠合板、鋼筋混凝土鋼筋混凝土 鋼材鋼材 木材木材固體的各個(gè)方向有固體的各個(gè)方向有相同相同的力學(xué)性能的性質(zhì)的力學(xué)性能的性質(zhì)固體的各個(gè)方向有固體的各個(gè)方向有不同不同的力學(xué)性能的性質(zhì)的力學(xué)性能的性質(zhì)7. .2 材料力學(xué)的基本假設(shè)材料力學(xué)的基本假設(shè)灰口鑄鐵的顯微組織灰口鑄鐵的顯微組織 球墨鑄鐵的顯微組織球墨鑄鐵的顯微組織7. .2 材料力學(xué)的基本假設(shè)材料力學(xué)的基本假設(shè)普通鋼材的顯

14、微組織普通鋼材的顯微組織優(yōu)質(zhì)鋼材的顯微組織優(yōu)質(zhì)鋼材的顯微組織7. .2 材料力學(xué)的基本假設(shè)材料力學(xué)的基本假設(shè)第七章第七章 緒論緒論7. .3 外力與內(nèi)力外力與內(nèi)力一、一、外力外力二、二、內(nèi)力內(nèi)力三、截面法三、截面法7. .3 外力與內(nèi)力外力與內(nèi)力一、一、 外力外力外力：外力：某一物體受到的其它物體對(duì)它的作用力，某一物體受到的其它物體對(duì)它的作用力，包括包括載荷載荷以及以及約束反力約束反力。7. .3 外力與內(nèi)力外力與內(nèi)力一、一、 外力外力按作用方式分類：按作用方式分類：l體積力：連續(xù)分布在物體內(nèi)部各點(diǎn)上的力。如重力、慣性力體積力：連續(xù)分布在物體內(nèi)部各點(diǎn)上的力。如重力、慣性力l面積力：連續(xù)分布在物

15、體一個(gè)面上的力。面積力：連續(xù)分布在物體一個(gè)面上的力。l集中力：力的作用面積很小，可簡(jiǎn)化為一點(diǎn)。集中力：力的作用面積很小，可簡(jiǎn)化為一點(diǎn)。按作用時(shí)間分類：按作用時(shí)間分類： 靜載荷：由零開始緩慢增加至某一定值后不隨時(shí)間變化靜載荷：由零開始緩慢增加至某一定值后不隨時(shí)間變化( (不使物體產(chǎn)生加速度不使物體產(chǎn)生加速度) ) 動(dòng)載荷：隨時(shí)間變化的力動(dòng)載荷：隨時(shí)間變化的力( (如交變載荷、沖擊載荷如交變載荷、沖擊載荷) )二、二、 內(nèi)力內(nèi)力7. .3 外力與內(nèi)力外力與內(nèi)力內(nèi)力：內(nèi)力：由于外力作用產(chǎn)生變形，引起構(gòu)件各部由于外力作用產(chǎn)生變形，引起構(gòu)件各部分之間分之間相互作用力的改變量相互作用力的改變量。二、二、

16、內(nèi)力內(nèi)力7. .3 外力與內(nèi)力外力與內(nèi)力作用在變形體上的外力相互平衡作用在變形體上的外力相互平衡二、二、 內(nèi)力內(nèi)力7. .3 外力與內(nèi)力外力與內(nèi)力內(nèi)力與外力平衡；內(nèi)力與內(nèi)力平衡。內(nèi)力與外力平衡；內(nèi)力與內(nèi)力平衡。二、二、 內(nèi)力內(nèi)力7. .3 外力與內(nèi)力外力與內(nèi)力1F2FXyZRFMnFZZMSZFXNFxMySyFyM1F2FnFzyxszsyNMMMFFF,內(nèi)力分量：內(nèi)力分量：軸力軸力剪力剪力扭矩扭矩彎矩彎矩二、二、 截面法截面法7. .3 外力與內(nèi)力外力與內(nèi)力截面法：截面法：就是假想地把構(gòu)件用截面截成兩部分，以顯示并確就是假想地把構(gòu)件用截面截成兩部分，以顯示并確定內(nèi)力的方法。其步驟可歸納如下

17、：定內(nèi)力的方法。其步驟可歸納如下：(l)(l)截。截。欲求某一截面上的內(nèi)力，就假想地用該截欲求某一截面上的內(nèi)力，就假想地用該截面把構(gòu)件截成兩部分，任取一部分為研究對(duì)象，移面把構(gòu)件截成兩部分，任取一部分為研究對(duì)象，移去另一部分；去另一部分；(2)(2)代。代。用作用于截面上的內(nèi)力代替移去部分對(duì)留用作用于截面上的內(nèi)力代替移去部分對(duì)留下部分的作用；下部分的作用；(3)(3)平。平。建立留下部分的平衡條件，確定未知的內(nèi)力。建立留下部分的平衡條件，確定未知的內(nèi)力。二、二、 截面法截面法7. .3 外力與內(nèi)力外力與內(nèi)力由平衡方程由平衡方程：0 xF 0yF 0zF 0 xM0yM0zM即可建立內(nèi)力與外力間

18、的關(guān)系，或即可建立內(nèi)力與外力間的關(guān)系，或由外力確定內(nèi)力。由外力確定內(nèi)力。第七章第七章 緒論緒論7. .4 正應(yīng)力與切應(yīng)力正應(yīng)力與切應(yīng)力一、應(yīng)力一、應(yīng)力二、正應(yīng)力與切應(yīng)力二、正應(yīng)力與切應(yīng)力7. .4 正應(yīng)力正應(yīng)力與切應(yīng)力與切應(yīng)力一、一、 應(yīng)力應(yīng)力應(yīng)力：應(yīng)力：分布內(nèi)力在截面內(nèi)一點(diǎn)的密集程度。分布內(nèi)力在截面內(nèi)一點(diǎn)的密集程度。PAcAPpm上的上的平均應(yīng)力平均應(yīng)力AAPppAmA00limlim截面上截面上c c點(diǎn)的點(diǎn)的應(yīng)力應(yīng)力7. .4 正應(yīng)力正應(yīng)力與切應(yīng)力與切應(yīng)力一、一、 應(yīng)力應(yīng)力PAccp正應(yīng)力正應(yīng)力切應(yīng)力切應(yīng)力p 22且且 應(yīng)力的單位：應(yīng)力的單位：PaN/m2或）GPa、MPa、KPa(第七章第七章 緒論緒論7. .5 正應(yīng)變與切應(yīng)變正應(yīng)變與切應(yīng)變一、變形一、變形二、線位移與正應(yīng)變二、線位移與正應(yīng)變?nèi)⒔俏灰婆c切應(yīng)變?nèi)?、角位移與切應(yīng)變7. .5 正應(yīng)變正應(yīng)變與切應(yīng)變與切應(yīng)變變形：變形：構(gòu)件受力后，形狀和尺寸產(chǎn)生的變化構(gòu)件受力后，形狀和尺寸產(chǎn)生的變化。一、一、 變形變形7. .5 正應(yīng)變正應(yīng)變與切應(yīng)變與切應(yīng)變一、一、 線位移與正應(yīng)變線位移與正應(yīng)變NMusMNs線位移：線位移：構(gòu)件