第一章 續(xù)論及基本概念

緒論及基本概念第一章?

材料力學(xué)的任務(wù)?

材料力學(xué)與生產(chǎn)實(shí)踐的關(guān)系?

可變形固體的性質(zhì)及其基本假設(shè)?

內(nèi)力截面法?應(yīng)力?

桿件的分類(lèi)?桿件變形的基本形式11-1 材料力學(xué)的任務(wù)一、研究對(duì)象荷載（分靜荷載、動(dòng)荷載）——

各構(gòu)件在正常工作情況下一般承受的力。構(gòu)件：組成結(jié)構(gòu)或機(jī)械的單個(gè)部分二、研究?jī)?nèi)容構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性及材料的

力學(xué)性質(zhì)。

外力——荷載和約束力2構(gòu)件——組成結(jié)構(gòu)的各單獨(dú)部分。結(jié)構(gòu)——建筑物中用以承受荷載而起骨架作用的部分。纜索與立柱橋墩橋面結(jié)構(gòu)3FM1q(x)qM2集中力F——單位用牛頓

N或

千kN

表示。集中力偶

M——

單位用牛.米

N.m

或

千牛.米kN.m

表示。分布荷載

q(x)

——單位用牛頓/米

N/m或

千牛

kN/m

表示。均布荷載

q——是常量。常見(jiàn)的荷載42.在荷載作用下構(gòu)件所產(chǎn)生的變形應(yīng)不超過(guò)工程上允許的范圍，即要求有足夠的剛度。強(qiáng)度：構(gòu)件抵抗破壞的能力1.在荷載作用下構(gòu)件應(yīng)不致于破壞（斷裂），即應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度。剛度：構(gòu)件抵抗變形的能力3.承受荷載作用時(shí)，構(gòu)件在其原有形狀下的平衡應(yīng)保持為穩(wěn)定的平衡，即要滿足穩(wěn)定性的要求。穩(wěn)定性：構(gòu)件維持其原有平衡形式的能力受一定外力作用的構(gòu)件，要求能正常工作，一般須滿足以上三方面要求。

5足夠的強(qiáng)度必須的剛度足夠的穩(wěn)定性構(gòu)件的承載能力6

強(qiáng)度是指構(gòu)件或零部件具有的一種能力：在確定的外力作用下，不發(fā)生破裂或過(guò)量塑性變形的能力.4.75m7

剛度是指構(gòu)件或零部件具有的另一種能力：在確定的外力作用下，其彈性變形或位移不超過(guò)工程允許范圍的能力.8

穩(wěn)定性是指構(gòu)件或零部件在某些受力形式（例如軸向壓力）下具有的能力：在這些受力形式下，構(gòu)件或零部件的平衡形式不會(huì)發(fā)生突然轉(zhuǎn)變的能力。9三、研究方法

材料力學(xué)的任務(wù):設(shè)計(jì)構(gòu)件時(shí)，在保證滿足強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性的要求的前提下，還必須盡可能合理選用材料和降低材料的消耗量，以節(jié)約資金或減輕構(gòu)件的自重。傳統(tǒng)方法：理論方法與實(shí)驗(yàn)方法；計(jì)算機(jī)分析方法10

1-2材料力學(xué)與生產(chǎn)實(shí)踐的關(guān)系

20世紀(jì)產(chǎn)生的諸多高新技術(shù)，如高層建筑、大跨度橋梁、海洋平臺(tái)、精密儀器、航空航天器、機(jī)器人、高速列車(chē)以及大型水利工程等許多重要工程更是在力學(xué)指導(dǎo)下得以實(shí)現(xiàn)，并不斷發(fā)展完善的。

20世紀(jì)以前，推動(dòng)近代科學(xué)技術(shù)與社會(huì)進(jìn)步的蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、鐵路、橋梁、船舶、兵器等，無(wú)一不是力學(xué)知識(shí)的累積、應(yīng)用和完善的基礎(chǔ)上逐漸形成和發(fā)展起來(lái)的。11高層建筑12

大跨度橋梁13航空航天器14除上述工業(yè)部門(mén)的工程外，還有一些非工業(yè)工程也都與力學(xué)密切相關(guān)，如體育運(yùn)動(dòng)工程，賽車(chē)結(jié)構(gòu)為什么前細(xì)后粗？車(chē)輪也是前小后大？等等。另有一些高新技術(shù)，如核反應(yīng)堆工程、電子工程、計(jì)算機(jī)工程等，雖然是在其他基礎(chǔ)學(xué)科指導(dǎo)下產(chǎn)生和發(fā)展起來(lái)的，但都對(duì)力學(xué)提出了各式各樣的、大大小小的問(wèn)題。如核反應(yīng)堆壓力殼在高溫和壓力作用下，其壁厚的設(shè)計(jì)？等等。15展望21世紀(jì)，力學(xué)加上不斷進(jìn)步的電子計(jì)算機(jī)必將成為工程新設(shè)計(jì)的主要手段。

分析一些重大災(zāi)難事件，也不難發(fā)現(xiàn)力學(xué)在工程設(shè)計(jì)中的重要地位。16著名的海難事件：泰坦尼克號(hào)沉船事件17

美國(guó)橋倒塌事件18

1-3可變形固體的性質(zhì)及其基本假設(shè)二、可變形固體的幾種基本假設(shè)一、可變形固體：在荷載作用下發(fā)生變形的固體。1.連續(xù)假設(shè)物體在其整個(gè)體積內(nèi)充滿了物質(zhì)而毫無(wú)空隙，其結(jié)構(gòu)是密實(shí)的。物體內(nèi)各點(diǎn)處的力學(xué)性質(zhì)是完全相同的。2.均勻假設(shè)變形——尺寸的改變和形狀的改變19(1)變形必須滿足幾何相容條件，即變形后的固體既不引起

“空隙”，也不產(chǎn)生“擠入”現(xiàn)象。

材料在各個(gè)方向的力學(xué)性質(zhì)相同。3.各向同性假設(shè)(3)從物體內(nèi)任意一點(diǎn)處取出的體積單元，其力學(xué)性能都能代表整個(gè)物體的力學(xué)性能。 (2)把某些力學(xué)量看作固體上點(diǎn)的位置連續(xù)函數(shù)時(shí)，可進(jìn)行

極限分析。20(a)變形后兩部分相互重疊(b)變形后兩部分相互分離(c)變形后兩部分協(xié)調(diào)一致變形前21la+b三、彈性變形和塑性變形彈性變形：卸除荷載后能完全消失的那一部分變形。塑性變形：卸除荷載后不能完全消失而殘留下來(lái)的那部分變形。l+a+b:加載后的桿長(zhǎng)l+a:卸載后的桿長(zhǎng)bab：彈性變形a：塑性變形22構(gòu)件材料的力學(xué)模型

連續(xù)、均勻、各向同性的可變形固體，且在大多數(shù)場(chǎng)合下局限在彈性變形

范圍內(nèi)和小變形

條件下進(jìn)行研究。 小變形：變形遠(yuǎn)小于構(gòu)件的原始尺寸。23FBAl小變形下，在考慮靜力平衡，靜力等效等問(wèn)題時(shí)，可以將變形略去，按變形前的原始尺寸計(jì)算。 FmARANA不用24CAB答：不能變形體與剛體的區(qū)別ABAB桿產(chǎn)生變形只有AC段產(chǎn)生變形25

1-4材料力學(xué)研究對(duì)象的幾何特征一、

構(gòu)件的分類(lèi)構(gòu)件大致可以歸納為四的分類(lèi)：桿，板，殼和塊體。桿有兩個(gè)主要的幾何特征：1.縱向尺寸（長(zhǎng)度）遠(yuǎn)比橫向尺寸大得多的構(gòu)件稱為桿。軸線_____所有橫截面形心的連線橫截面_____垂直于桿件長(zhǎng)度的截面26等直桿——

等截面的直桿（材料力學(xué)研究的主要對(duì)象）直桿——

軸線為直線的桿件曲桿——

軸線為曲線的桿件等截面桿——

各橫截面尺寸不變的桿橫截面軸線形心27等截面桿——橫截面相同的桿件桿件分類(lèi)變截面桿——橫截面不同的桿件直桿曲桿折桿階梯變截面桿連續(xù)變截面桿28中面為平面的構(gòu)件稱為板（平板）中面為曲面的構(gòu)件稱為殼（曲板）板殼2.如果構(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，平分板這種構(gòu)件的面稱為中面

293.三個(gè)方向尺寸差不多的構(gòu)件（同量級(jí)）稱為塊體板殼塊體30§1-5桿件變形的基本形式1.拉伸或壓縮

當(dāng)桿件兩端承受沿軸線方向的拉力或壓力載荷時(shí)，桿件將產(chǎn)生軸向伸長(zhǎng)或壓縮變形。31§1-5桿件變形的基本形式2.剪切

在平行于桿橫截面的兩個(gè)相距很近的平面內(nèi)，方向相對(duì)地作用著兩個(gè)橫向力，當(dāng)這兩個(gè)力相互錯(cuò)動(dòng)并保持二者之間的距離不變時(shí)，桿件將產(chǎn)生剪切變形。32§1-5桿件變形的基本形式3.扭轉(zhuǎn)

當(dāng)作用在桿件上的力組成作用在垂直于桿軸平面內(nèi)的力偶Me時(shí)，桿件將產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，即桿件的橫截面繞其軸相互轉(zhuǎn)動(dòng)。33§1-5桿件變形的基本形式4.平面彎曲

當(dāng)外加力偶M或外力作用于桿件的縱向平面內(nèi)時(shí)，桿件將發(fā)生彎曲變形，其軸線將變成曲線。34§1-5桿件變形的基本形式5.組合受力與變形由基本受力形式中的兩種或兩種以上所共同形成的受力與變形形式即為組合受力與變形。

35結(jié)論與討論1.關(guān)于靜力學(xué)模型與材料力學(xué)模型所有工程結(jié)構(gòu)的構(gòu)件，實(shí)際上都是可變形的彈性體，當(dāng)變形很小時(shí)，變形對(duì)物體運(yùn)動(dòng)效應(yīng)的影響甚小，因而在研究運(yùn)動(dòng)和平衡問(wèn)題時(shí)一般可將變形略去，從而將彈性體抽象為剛體。從這一意義講，剛體和彈性體都是工程構(gòu)件在確定條件下的簡(jiǎn)化力學(xué)模型。

36結(jié)論與討論2.關(guān)于靜力學(xué)概念與原理在材料力學(xué)中的可用性與限制性請(qǐng)判斷下列簡(jiǎn)化在什么情形下是正確的，什么情形下是不正確的：注意彈性體模型與剛體模型的區(qū)別與聯(lián)系—?jiǎng)傮w模型適用的概念、原理、方法，對(duì)彈性體可用性與限制性。諸如：力系的等效與簡(jiǎn)化；平衡原理與平衡方法，等。37結(jié)論與討論請(qǐng)判斷下列簡(jiǎn)化在什么情形下是正確的，什么情形下是不正確的：2.關(guān)于靜力學(xué)概念與原理在材料力學(xué)中的可用性與限制性38入門(mén)數(shù)學(xué)物理學(xué)理論力學(xué)其他建筑材料建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)力學(xué)彈性力學(xué)機(jī)械零件機(jī)械原理其他材料力學(xué)39材料力學(xué)是一門(mén)很重要的技術(shù)