材料力學(xué)第5版(孫訓(xùn)方編)第一章

1、材料力學(xué)主要參考教材主要參考教材1 1、孫訓(xùn)方主編孫訓(xùn)方主編. . 材料力學(xué)材料力學(xué)(I).(I).第第5 5版版. . 高等教育出版社高等教育出版社2 2、劉鴻文主編、劉鴻文主編. . 材料力學(xué)材料力學(xué)I. I.第第4 4版版. . 高等教育出版社高等教育出版社3 3、單輝祖主編、單輝祖主編. . 材料力學(xué)材料力學(xué)I. I.第第2 2版版. . 高等教育出版社高等教育出版社第一章第一章 緒論及基本概念緒論及基本概念 理論力學(xué)理論力學(xué)材料力學(xué)材料力學(xué)研究物體機(jī)械運(yùn)動一般規(guī)律的科學(xué)研究物體機(jī)械運(yùn)動一般規(guī)律的科學(xué)剛體剛體研究構(gòu)件承載能力的科學(xué)研究構(gòu)件承載能力的科學(xué)可變形固體可變形固體第一章第一章

2、緒論及基本概念緒論及基本概念 1- -1 材料力學(xué)的任務(wù)材料力學(xué)的任務(wù)1- -2 材料力學(xué)發(fā)展概述材料力學(xué)發(fā)展概述1- -3 可變形固體可變形固體的性質(zhì)及其基本假設(shè)的性質(zhì)及其基本假設(shè)1- -4 主要研究對象（桿件）的幾何特性主要研究對象（桿件）的幾何特性1- -5 桿件變形的基本形式桿件變形的基本形式1- -1 課程概述課程概述材料力學(xué)的任務(wù)材料力學(xué)的任務(wù)一、材料力學(xué)的任務(wù)及研究對象 材料力學(xué)是研究 工程材料的力學(xué)行為 及構(gòu)件安全工作設(shè)計(jì)理論 的學(xué)科。 工程材料的力學(xué)行為通常理解為材料在受載時(shí)所表現(xiàn)出來的有關(guān)破壞、變形的行為。 構(gòu)件安全工作設(shè)計(jì)理論是在保證構(gòu)件安全工作的前提下，為構(gòu)件選用合理的

3、材料。設(shè)計(jì)科學(xué)、合理的形狀和截面尺寸，使設(shè)計(jì)達(dá)到既安全又經(jīng)濟(jì)的要求。第一章第一章 緒論及基本概念緒論及基本概念 荷載：結(jié)構(gòu)物和機(jī)械受到的各種外力構(gòu)件：組成結(jié)構(gòu)物和機(jī)械的單個(gè)組成部分第一章第一章 緒論及基本概念緒論及基本概念 每一個(gè)構(gòu)件均應(yīng)正常工作，才能保證結(jié)構(gòu)物和機(jī)械的正常工作。二、對構(gòu)件在荷載作用下正常工作的要求二、對構(gòu)件在荷載作用下正常工作的要求 、具有足夠的強(qiáng)度具有足夠的強(qiáng)度荷載作用下，構(gòu)件不至于破壞（斷裂、或失效即產(chǎn)生過大的塑性變形） 、具有足夠的剛度具有足夠的剛度荷載作用下，彈性變形不超過工程允許范圍 、滿足穩(wěn)定性的要求滿足穩(wěn)定性的要求構(gòu)件在其原有形態(tài)下的平衡應(yīng)保持為穩(wěn)定的平衡第一章

4、第一章 緒論及基本概念緒論及基本概念 . 具有足夠的強(qiáng)度荷載作用下不斷裂，荷載去除后不產(chǎn)生過大的永久變形(塑性變形)第一章第一章 緒論及基本概念緒論及基本概念 FFaFF鋼 筋b橋梁簡圖鋼筋用于承載拉應(yīng)力 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)生斷裂第一章第一章 緒論及基本概念緒論及基本概念 1999 1999年年1 1月月4 4日，我日，我國重慶市綦江縣彩虹橋國重慶市綦江縣彩虹橋發(fā)生垮塌，造成：發(fā)生垮塌，造成： 垮塌前的彩虹橋荷載未作用時(shí)塑形變形示例第一章第一章 緒論及基本概念緒論及基本概念 荷載作用下F荷載去除后塑形變形示例第一章第一章 緒論及基本概念緒論及基本概

5、念 . 具有足夠的剛度荷載作用下的彈性變形不超過工程允許范圍。荷載未作用時(shí)荷載去除后第一章第一章 緒論及基本概念緒論及基本概念 荷載作用下F剛度問題：機(jī)械加工用的鉆床的立柱，如果強(qiáng)度不夠，就會折斷(斷裂)或折彎(塑性變形)；如果剛度不夠，鉆床立柱即使不發(fā)生斷裂或者折彎，也會產(chǎn)生過大彈性變形（圖中紅線所示為夸大的彈性變形），從而影響鉆孔的精度，甚至產(chǎn)生振動，影響鉆床的在役壽命。 . 滿足穩(wěn)定性要求荷載作用下桿件能保持原有形態(tài)的平衡。第一章第一章 緒論及基本概念緒論及基本概念 理想中心壓桿穩(wěn)定失效的例子多見穩(wěn)定失效的例子多見于承受軸向壓力的工于承受軸向壓力的工程構(gòu)件。程構(gòu)件。 翻斗貨車的液壓機(jī)翻斗

6、貨車的液壓機(jī)構(gòu)中的頂桿，如果承構(gòu)中的頂桿，如果承受的壓力過大，或者受的壓力過大，或者過于細(xì)長，就有可能過于細(xì)長，就有可能突然由直變彎，發(fā)生突然由直變彎，發(fā)生穩(wěn)定失效。穩(wěn)定失效。 壓桿壓桿 為了完成常規(guī)的工程設(shè)計(jì)任務(wù)，需要進(jìn)行以下為了完成常規(guī)的工程設(shè)計(jì)任務(wù)，需要進(jìn)行以下幾方面的工作：幾方面的工作： 分析并確定構(gòu)件所受各種外力的大小和方向。分析并確定構(gòu)件所受各種外力的大小和方向。 研究在外力作用下構(gòu)件的內(nèi)部受力、變形和研究在外力作用下構(gòu)件的內(nèi)部受力、變形和失效的規(guī)律。失效的規(guī)律。 提出保證構(gòu)件具有足夠強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性提出保證構(gòu)件具有足夠強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與設(shè)計(jì)方法。的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與設(shè)計(jì)方法

7、。 材料力學(xué)課程就是講授完成這些工作所必需的材料力學(xué)課程就是講授完成這些工作所必需的基礎(chǔ)知識?；A(chǔ)知識。 同時(shí)同時(shí)須盡可能合理選用材料和降低材料消耗須盡可能合理選用材料和降低材料消耗量，以節(jié)約投資。量，以節(jié)約投資。材料力學(xué)包含的兩個(gè)方面理論分析實(shí)驗(yàn)研究第一章第一章 緒論及基本概念緒論及基本概念 研究構(gòu)件在載荷作用下變形及破壞的規(guī)律測定材料的力學(xué)性能；解決某些不能全靠理論分析的問題三、材料力學(xué)課程內(nèi)容及基本要求三、材料力學(xué)課程內(nèi)容及基本要求總共總共9 9章：章：1 1、緒論及基本概念（、緒論及基本概念（2 2課時(shí)）課時(shí)） 材料力學(xué)的任務(wù)，可變形固體的基本假設(shè)，桿件變形的基本形式。2 2、軸向拉伸

8、和壓縮（、軸向拉伸和壓縮（8+28+2課時(shí)）課時(shí)） 截面法，軸力和軸力圖，橫截面上的應(yīng)力，縱向變形，線應(yīng)變，拉壓胡克定律，變形和位移的計(jì)算，材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性質(zhì)，強(qiáng)度條件，應(yīng)力集中的概念。 實(shí)驗(yàn)一：拉伸、壓縮實(shí)驗(yàn) 第一章第一章 緒論及基本概念緒論及基本概念 3 3、扭轉(zhuǎn)、扭轉(zhuǎn)(6+2(6+2課時(shí)）課時(shí)） 切應(yīng)變，切應(yīng)變互等定律，剪切胡克定律，扭矩與扭矩圖，圓桿扭轉(zhuǎn)時(shí)橫截面上的應(yīng)力及強(qiáng)度條件，扭轉(zhuǎn)角和單位長度扭轉(zhuǎn)角，剛度條件，矩形截面桿的扭轉(zhuǎn)。 實(shí)驗(yàn)二：扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn) 4 4、彎曲應(yīng)力（、彎曲應(yīng)力（10+210+2課時(shí)）課時(shí)） 對稱彎曲的概念，剪力和彎矩的概念，剪力方程和彎矩方程，剪力圖和彎矩圖

9、，平面剛架和曲桿的內(nèi)力圖，梁橫截面上的正應(yīng)力、切應(yīng)力以及對應(yīng)的強(qiáng)度條件。 實(shí)驗(yàn)三：彎曲實(shí)驗(yàn) 上半學(xué)期第一章第一章 緒論及基本概念緒論及基本概念 5 5、梁彎曲時(shí)的位移（、梁彎曲時(shí)的位移（4 4課時(shí)）課時(shí)） 梁的變形和位移，撓度和轉(zhuǎn)角，梁的撓曲線近似微分方程，用積分法求梁的撓度和轉(zhuǎn)角，用疊加法求梁的撓度和轉(zhuǎn)角，梁的剛度校核。6 6、簡單的超靜定問題（、簡單的超靜定問題（3 3課時(shí)）課時(shí)） 拉壓超靜定問題，裝配應(yīng)力，溫度應(yīng)力，簡單的扭轉(zhuǎn)超靜定問題，簡單超靜定梁。7 7、應(yīng)力狀態(tài)和強(qiáng)度理論（、應(yīng)力狀態(tài)和強(qiáng)度理論（7 7課時(shí)）課時(shí)） 應(yīng)力狀態(tài)的概念，平面應(yīng)力狀態(tài)的分析，主應(yīng)力，三相應(yīng)力圓，廣義胡克定律

10、，強(qiáng)度理論及其相當(dāng)應(yīng)力，莫爾強(qiáng)度理論及其相當(dāng)應(yīng)力。第一章第一章 緒論及基本概念緒論及基本概念 8 8、組合變形及連接部分的計(jì)算（、組合變形及連接部分的計(jì)算（6 6課時(shí)）課時(shí)） 兩個(gè)互相垂直平面內(nèi)彎曲時(shí)的正應(yīng)力強(qiáng)度計(jì)算和位移計(jì)算，平面彎曲的條件，拉伸（壓縮）與彎曲組合時(shí)正應(yīng)力強(qiáng)度計(jì)算和位移計(jì)算（含偏心拉伸與壓縮），扭轉(zhuǎn)與彎曲的組合，連接件的實(shí)用計(jì)算（普通螺栓連接） 實(shí)驗(yàn)四：彎扭組合實(shí)驗(yàn) 9 9、壓桿穩(wěn)定（、壓桿穩(wěn)定（4 4課時(shí)）課時(shí)） 壓桿穩(wěn)定的概念，歐拉公式及其適用范圍，桿端約束的影響，強(qiáng)度系數(shù)、相當(dāng)長度、柔度，實(shí)際壓桿的穩(wěn)定因數(shù)，壓桿的穩(wěn)定計(jì)算和合理截面設(shè)計(jì)。附錄附錄I I（4 4課時(shí)）課時(shí)

11、） 截面幾何性質(zhì)：慣性矩、慣性積，移軸公式。第一章第一章 緒論及基本概念緒論及基本概念 四、對學(xué)生的能力的培養(yǎng)要求四、對學(xué)生的能力的培養(yǎng)要求 通過材料力學(xué)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)掌握桿件桿件的強(qiáng)度、剛度以及穩(wěn)定性問題的基本概念、基礎(chǔ)知識和一定的分析能力，具有比較熟練的計(jì)算能力和一定的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。第一章第一?緒論及基本概念緒論及基本概念 1- -2 材料力學(xué)發(fā)展概述材料力學(xué)發(fā)展概述河北趙州橋趙州橋(石拱橋)隋朝595-605年建，充分利用石料的壓縮強(qiáng)度四川安瀾竹索橋安瀾竹索橋(宋代）建充分利用竹材的拉伸強(qiáng)度， 1964年改為鋼纜承托的索橋第一章第一章 緒論及基本概念緒論及基本概念 材料力學(xué)的發(fā)展與人類

12、的生產(chǎn)實(shí)踐密切相關(guān) 上海虹橋國際機(jī)場上海虹橋國際機(jī)場 電影緊急迫降電影緊急迫降 飛機(jī)起落架飛機(jī)起落架簡圖 和平號空間站和平號空間站 國際空間站國際空間站 蛟龍?zhí)栻札執(zhí)?奔馳加長版S600 撐撐高高跳跳女女皇皇 伊伊辛辛巴巴耶耶娃娃竹竹 竿竿金屬桿金屬桿碳纖維復(fù)合材料碳纖維復(fù)合材料玻璃纖維玻璃纖維 通過科學(xué)實(shí)驗(yàn)建立理論通過科學(xué)實(shí)驗(yàn)建立理論伽利略(G.Galileo)1638年提出計(jì)算梁強(qiáng)度的公式胡克(R.Hooke)1678年提出胡克定律（物體彈性變形與所受力成正比）第一章第一章 緒論及基本概念緒論及基本概念 達(dá)芬奇：最早用實(shí)驗(yàn)方法測定材料強(qiáng)度圣維南：圣維南原理歐 拉：壓桿穩(wěn)定理論（歐拉公式）

13、材料力學(xué)是隨生產(chǎn)的發(fā)展而建立的關(guān)于強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性計(jì)算的理論。 從生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中來，并對生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行指導(dǎo)。生產(chǎn)實(shí)踐科學(xué)實(shí)驗(yàn)材料力學(xué)第一章第一章 緒論及基本概念緒論及基本概念 1- -3 可變形固體的性質(zhì)及其基本假設(shè)可變形固體的性質(zhì)及其基本假設(shè) 材料在荷載作用下都會產(chǎn)生變形尺寸改變和形狀改變可變形固體可變形固體。對可變形固體的基本假設(shè)： 、連續(xù)性假設(shè) 、均勻性假設(shè) 、各向同性假設(shè) 、小變形假設(shè)第一章第一章 緒論及基本概念緒論及基本概念 . 連續(xù)性假設(shè)無空隙、密實(shí)連續(xù)。(1) 從受力構(gòu)件內(nèi)任意取出的體積單元內(nèi)均不含空隙； (2) 變形必須滿足幾何相容條件，變形后的固體內(nèi)既無“空隙

14、”，亦不產(chǎn)生“擠入”現(xiàn)象。 可用微積分?jǐn)?shù)學(xué)工具進(jìn)行研究據(jù)此： . 均勻性假設(shè)各點(diǎn)處材料的力學(xué)性能相同。物體內(nèi)任意一點(diǎn)出取出的體積單元，其力學(xué)性能都能代表整個(gè)物體。第一章第一章 緒論及基本概念緒論及基本概念 微觀不連續(xù)微觀不連續(xù) ，宏觀連續(xù)，宏觀連續(xù) 。 微觀不連續(xù)微觀不連續(xù) ，宏觀連續(xù)，宏觀連續(xù) 。第一章第一章 緒論及基本概念緒論及基本概念 .各向同性假設(shè)材料沿各個(gè)方向的力學(xué)性能相同（這樣的材料稱為各向同性材料；沿各方向的力學(xué)性質(zhì)不同的材料稱為各向異性材料。） 小變形假設(shè)構(gòu)件在承受荷載作用時(shí)，其變形與構(gòu)件的原始尺寸相比甚小，甚至可以略去不計(jì)（分析壓桿穩(wěn)定時(shí)除外）。在研究構(gòu)件的平衡、受力和變形時(shí)

15、，可按構(gòu)件原始尺寸進(jìn)行計(jì)算。構(gòu)件的分類：構(gòu)件的分類：桿件、板殼桿件、板殼*、塊體、塊體*1- -4 桿件的幾何特性桿件的幾何特性桿件桿件：構(gòu)件一個(gè)方向的尺寸（長度）遠(yuǎn)大于其它構(gòu)件一個(gè)方向的尺寸（長度）遠(yuǎn)大于其它兩個(gè)方向的尺寸。兩個(gè)方向的尺寸。 板和殼板和殼：構(gòu)件一個(gè)方向的尺寸（厚度）遠(yuǎn)小于其構(gòu)件一個(gè)方向的尺寸（厚度）遠(yuǎn)小于其它兩個(gè)方向的尺寸。它兩個(gè)方向的尺寸。塊件塊件：三個(gè)方向（長、寬、高）的尺寸相差不多三個(gè)方向（長、寬、高）的尺寸相差不多的構(gòu)件的構(gòu)件 按軸線分：直桿、曲桿主要幾何因素：橫截面、軸線按橫截面分：等截面桿和變截面桿第一章第一章 緒論及基本概念緒論及基本概念 桿 件材料力學(xué)主要研究

16、等截面直桿1- -5 桿件變形的基本形式桿件變形的基本形式1、軸向拉伸或軸向壓縮2、剪切3、扭轉(zhuǎn)4、彎曲第一章第一章 緒論及基本概念緒論及基本概念 1、拉伸或壓縮實(shí)例拉伸或壓縮實(shí)例軸向拉伸或壓縮軸向拉伸或壓縮 受力特征受力特征 變形特征變形特征軸向拉伸b軸向壓縮2、剪切實(shí)例剪切實(shí)例剪切剪切 受力特征受力特征 變形特征變形特征3、扭轉(zhuǎn)實(shí)例扭轉(zhuǎn)實(shí)例扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn) 受力特征受力特征 變形特征變形特征4、彎曲實(shí)例彎曲實(shí)例彎曲彎曲 受力特征受力特征 變形特征變形特征 工程中常用構(gòu)件在荷載作用下，大多為幾種基本變形形式的組合組合變形。煙囪(壓縮+橫力彎曲)齒輪傳動軸(扭轉(zhuǎn)+水平面內(nèi)橫力彎曲+豎直面內(nèi)橫力彎曲)廠

17、房吊車立柱(壓縮+純彎曲)第一章第一章 完完第一章第一章 緒論及基本概念緒論及基本概念 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 一、對構(gòu)件在荷載作用下正常工作的要求：剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性。 彈性變形與塑性變形的定義與區(qū)別。 二、可變形固體的基本假設(shè)：連續(xù)性、均勻性、各向同性，以及小變形假設(shè)。 三、桿件變形的基本形式：軸向拉伸或壓縮、剪切、扭轉(zhuǎn)、彎曲?；疽螅夯疽螅?明確剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性要求的概念；理解可變形固體基本假設(shè)的意義及其合理性；初步了解桿件變形的基本形式。本章小結(jié)：本章小結(jié)：趙州橋 世界上現(xiàn)存最早、跨度最大的空腹式單孔圓弧拱石橋。位于中國河北省趙縣，跨洨水。原名安濟(jì)橋，俗稱大石橋。隋開皇十五年至大

18、業(yè)元年(595605年)由匠人李春修建。凈跨 37.02 m，矢高7.23 m，橋面寬9 m。拱由28券(窄拱)并列組成。大拱券上兩端各建有兩個(gè)小拱(凈跨分別為2.85 m和3.81 m)，以減輕橋身自重和增大泄洪面積。由于橋位良好、基底應(yīng)力適宜，千余年來雖經(jīng)多次洪水和地震，橋身基本完好。該橋構(gòu)思精巧，造型穩(wěn)重，是世界橋梁史上的杰作。1961年定為中國全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位。第一章第一章 緒論及基本概念緒論及基本概念 安瀾索橋 安瀾索橋是國家重點(diǎn)文物保護(hù)單位，相傳始建于李冰建都江堰的戰(zhàn)國末期，宋代時(shí)重建。歷史上這座橋曾毀壞過幾次，當(dāng)時(shí)的政府均馬上加以重修。這座橋原為一座竹索橋，現(xiàn)已改建成鋼索橋，

19、只是表面進(jìn)行了仿竹木處理。全橋有九墩八孔，長340 m,寬1.4 m ，高13 m。第一章第一章 緒論及基本概念緒論及基本概念 胡克（Hooke Robert,16351703年) 胡克1635年出生于英格蘭懷特島清水村,1653年到牛津大學(xué)作工讀生。 1655年成為玻意耳的助手，由于他的實(shí)驗(yàn)才能，1662年被任命為皇家學(xué)會的實(shí)驗(yàn)主持人，1663年獲碩士學(xué)位，同年被選為皇家學(xué)會正式會員，又兼任了學(xué)會陳列室管理員和圖書管理員。1665年任格雷姆學(xué)院幾何學(xué)教授，16671683年任學(xué)會秘書并負(fù)責(zé)出版會刊。1703年在倫敦逝世。 17世紀(jì)英國優(yōu)秀的物理學(xué)家和天文學(xué)家。他的成就是多方面的。在光學(xué)和引力研究方面僅次