材料力學第一章緒論

授課教師：王華慶Dr.&Prof.MechanicsofMaterials材料力學科技大廈208010-64443037wanghq_buct斷及自愈工程研究中心（DSE）機械基礎(chǔ)系力學教研室王華慶

材料力學是一門很重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，它與機械、土建、航空、交通水利等工程密切相關(guān)，他在基礎(chǔ)課和專業(yè)課之間起著橋梁作用.考研專業(yè)課必須要學好材料力學(WemuststudyMathematicsofMaterialshard)1數(shù)學物理學理論力學其他入門材料力學建筑材料建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)力學彈性力學機械零件機械原理其他教學要求等事宜

幾條建議：1、正確理解和掌握基本概念；2、熟練掌握基本定理和公式；3、課后及時看書復(fù)習，注意歸納總結(jié)；4、認真、及時地完成課后作業(yè)；5、有問題及時答疑。一定要自己做！

作業(yè)要求認真；書寫整潔、條理清楚；

作業(yè)的批改:批改二分之一的作業(yè)。

“缺交作業(yè)”

成績:平時占20

；期末考試占80劉鴻文

浙江大學教授《材料力學》第二版于1987年被評為全國高等學校優(yōu)秀教材獲國優(yōu)獎?！恫牧狭W》第三版于1997年獲國家級教學成果一等獎，并獲國家科技進步二等獎。

參考書書名均為“材料力學”1孫訓(xùn)方主編；2單輝祖主編（北航、西工大、南航）3范欽珊主編（清華大學），等等。

教材《材料力學》第五版本課件的資源與內(nèi)容直接或間接地源自（1）互聯(lián)網(wǎng)（2）部分同行的相關(guān)課件根據(jù)實際情況進行了調(diào)整與編輯，目的謹為教學交流之用，版權(quán)歸原作者所有，特向版權(quán)所有者表示誠摯感謝！特別說明MechanicsofMaterials材料力學第一章緒論Chapter1Preface

20世紀以前,在力學知識的積累、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)推動了近代科學技術(shù)和社會的進步。引言

十七世紀前后十九世紀初

20世紀，一些高科技及其在各工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用與力學的指導(dǎo)密不可分.高層建筑高層建筑海洋石油鉆井平臺車輛與機械道路與造橋大型橋梁的強度剛度穩(wěn)定性問題澳門橋上海南浦大橋我國著名橋梁南京長江大橋大型水利工程設(shè)施

大量中、外力學專家為力學的發(fā)展作出了突出的貢獻,這里只簡單介紹部分力學專家.伽利略（1564-1642）創(chuàng)建了材料力學近代實驗科學的先驅(qū)者，是意大利文藝復(fù)興后期偉大的天文學家、力學家、哲學家、物理學家、數(shù)學家。也是近代實驗物理學的開拓者，被譽為“近代科學之父”。“哥倫布發(fā)現(xiàn)了新大陸，伽利略發(fā)現(xiàn)了新宇宙”

達芬奇說：力學是數(shù)學的樂園，因為我們在這里獲得了數(shù)學的果實。意大利文藝復(fù)興三杰之一（達芬奇、拉斐爾、米開朗基羅），也是整個歐洲文藝復(fù)興時期最完美的代表。美術(shù)家、雕塑家、建筑家、工程師、科學家、科學巨匠、文藝理論家、大哲學家、詩人、音樂家、和發(fā)明家.連通器原理、預(yù)示了物質(zhì)的原子原理、發(fā)現(xiàn)了血液的功能、發(fā)明了簧輪槍、子母彈、三管大炮、坦克車、浮動雪鞋、潛水服及潛水艇、雙層船殼戰(zhàn)艦、撲翼飛機和直升機。

科學巨匠達·芬奇他實驗工作方法為伽利略、開普勒、牛頓、愛因斯坦等人的發(fā)明創(chuàng)造開辟了新的道路。古希臘西西里島的敘拉古國，阿基米德（公元前287-212年）杠桿定律、阿基米德定律、阿基米德螺線、表示大數(shù)方法、設(shè)計了滑輪多種機械、建立了“靜力學”，提出了重心等概念、微積分的鼻祖。。。。。。。他的著作在1544年翻譯成拉丁文后，才鼓舞像伽利略這樣的科學家，沿著他的方向進行新的探索！唯一一位與現(xiàn)代相通的古人！四年一度的菲爾茲獎獎?wù)抡鏋槠漕^像。阿基米德塑像現(xiàn)身科學，忠于祖國第一章緒論

(Preface)

§1-1

材料力學的任務(wù)及研究對象(Thetasksandresearchobjectsof

mechanicsofmaterials)

§1-2

變形固體的基本假設(shè)(Thebasicassumptionsofdeformablebody)§1-3

力、應(yīng)力和應(yīng)變的基本概念(Basicconceptsofforce、stressand

strain)§1-4

桿件變形的基本形式

(Thebasicformsofdeformation)§1-1

材料力學的任務(wù)及研究對象

Thetasksandresearchobjectsof

mechanicsofmaterials一、任務(wù)

(task)材料力學是研究構(gòu)件承載能力的一門學科。

承載能力

(carryingcapacity)

強度（strength)

剛度（stiffness)穩(wěn)定性（stability)材料力學的任務(wù)

在滿足強度、剛度、穩(wěn)定性的要求下，以最經(jīng)濟的代價，為構(gòu)件確定合理的形狀和尺寸，選擇適宜的材料，而提供必要的理論基礎(chǔ)和計算方法。

Undertherequestthatthestrength,rigidity,stabilityaresatisfied,offerthenecessarytheoreticalfoundationandcalculationmethodfordeterminingreasonableshapesanddimensions,choosingpropermaterialsforthecomponentsatthemosteconomicprice.1、強度（strength)構(gòu)件抵抗破壞的能力

飛行器前起落架鎖連桿安裝螺栓(銷子)發(fā)生斷裂。一個方面的原因：材料強度問題2、剛度

構(gòu)件抵抗變形的能力。(stiffness):構(gòu)

件

保

持

原

有

平

衡

狀

態(tài)

的

能

力3、穩(wěn)定性（stability)2/4/202340走鋼絲的平衡穩(wěn)定性問題構(gòu)

件

保

持

原

有

平

衡

狀

態(tài)

的

能

力3、穩(wěn)定性（stability)案例1、上世紀初，享有盛譽的美國橋梁學家?guī)彀?TheodoreCooper)在圣勞倫斯河上建造魁比克大橋(QuebecBridge)1907年8月29日，發(fā)生穩(wěn)定性破壞,85位工人死亡,成為上世紀十大工程慘劇之一.失穩(wěn)破壞案例(buckingexamples)明石海峽大橋（日本）

主跨：1991米大型橋梁承力柱橋面拉桿纜索江陰長江大橋江陰長江大橋纜索長度可調(diào)的拉桿防撞護欄江陰長江大橋的纜索大型橋梁海洋石油鉆井平臺二、研究對象(researchobjects)1、構(gòu)件(element)2、構(gòu)件的分類(classificationofelements)板(plate)殼(shell)塊體(body)(bar)

材料力學以“梁、桿”為主要研究對象（themainresearchobjectiveinmechanicsofmaterialsincludeaxially-loadedbars,shafts,beams,andcolumns)工程中多為梁、桿結(jié)構(gòu)

§1-2

變形固體的基本假設(shè)

(Thebasicassumptionsofdeformablebody)

一、連續(xù)性假設(shè)

(continuityassumption)物質(zhì)密實地充滿物體所在空間，毫無空隙。

二、均勻性假設(shè)（homogenizationassumption)

物體內(nèi)，各處的力學性質(zhì)完全相同。

三、各向同性假設(shè)（isotropyassumption)

組成物體的材料沿各方向的力學性質(zhì)完全相同。

四、小變形假設(shè)（neglectingdeformationassumption)材料力學所研究的構(gòu)件在載荷作用下的變形與原始尺寸相比甚小，故對構(gòu)件進行受力分析時可忽略其變形。

課間休息一、外力（externalforce)1、按作用方式分體積力

（bodyforce)

表面力(surfaceforce)

集中力(concentratedforce)

分布力(distributedforce)2、按隨時間變化分靜載荷（staticload)

動載荷

(dynamicload)交變載荷（alternateload)

沖擊載荷（impactload)§1-3

力、應(yīng)力、應(yīng)變的基本概念(Basicconceptsofforce,stressandstrain)

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)mm2、內(nèi)力的求法——截面法

(methodofsections)步驟

(proceduresforanalysis)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；主矢、主矩）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例1鉆床書例(1.1)已知：P。求：截面m-m上的內(nèi)力。解：

截面m-m將鉆床截為兩部分，取上半部分為研究對象受力如圖NQM①截開②代替③平衡三、應(yīng)力（stress)1、定義

(definition)：由外力引起的內(nèi)力的集度（theintensityofinternalforcebyexternalloads)。FAM

2、應(yīng)力的表示①平均應(yīng)力

(meanstress)②全應(yīng)力（總應(yīng)力）

(totalstress)

③全應(yīng)力分解為pM

垂直于截面的應(yīng)力稱為“正應(yīng)力”

(ThestressactingnormaltosectioniscalledtheNormalStress)

位于截面內(nèi)的應(yīng)力稱為“切應(yīng)力”(ThestressactingtangenttosectioniscalledtheShearStress)應(yīng)力的單位：N/m2， Pa(帕斯卡)MPa, GPa工程單位：換算關(guān)系：四、變形和應(yīng)變（deformationandstrain)1、變形（deformation）在外力作用下物體形狀和尺寸發(fā)生改變2、應(yīng)變

（strain)度量構(gòu)件一點處的變形程度

平均線應(yīng)變（meannormalstrain)緒論(preface)2.角應(yīng)變或切應(yīng)變

（shearingstrain)1.線應(yīng)變

(normalstrain)緒論(preface)切應(yīng)變的單位為弧度應(yīng)變和切應(yīng)變均為無量綱的量例2:已知：薄板的兩條邊固定，變形后a'b,a'd仍為直線。求：ab邊的m和ab,ad

兩邊夾角的變化。解：250200adcba'0.025gab,ad

兩邊夾角的變化:即為切應(yīng)變。軸向拉伸(axialtension)(b)軸向壓縮

(axialcompression)1、軸向拉伸和壓縮(axialtensionandcompression)FFF