材料力學(xué)第1章緒論

材料力學(xué)機(jī)電工程學(xué)院力學(xué)系李紅艷lihongyan@65-1§1-1材料力學(xué)的任務(wù)§1-2變形固體的基本假設(shè)§1-3外力及其分類§1-4內(nèi)力·截面法·應(yīng)力的概念§1-5變形與應(yīng)變§

1-6

桿件變形的基本形式2材料力學(xué)所涉及的內(nèi)容分屬于兩個學(xué)科研究物體在外力作用下的應(yīng)力、變形和能量，統(tǒng)稱為應(yīng)力分析。所研究的僅限于桿類物體；材料的力學(xué)行為，即研究材料在外力和溫度作用下所表現(xiàn)出的力學(xué)性能和失效行為。研究僅限于材料的宏觀力學(xué)行為。固體力學(xué)材料科學(xué)設(shè)計(jì)桿類構(gòu)件的合理形狀和尺寸，保證它們正常工作。3入門材料力學(xué)數(shù)學(xué)物理學(xué)理論力學(xué)其它建筑材料建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)力學(xué)彈性力學(xué)機(jī)械零件機(jī)械原理其它4對“材力”做出重大貢獻(xiàn)的科學(xué)家伽利略

Galilei

1564~1642“科學(xué)的唯一目的是減輕人類生存的苦難?！?638年：《關(guān)于力學(xué)和局部運(yùn)動的兩種新科學(xué)的敘述與證明》，標(biāo)志材料力學(xué)成為一門學(xué)科。5開辟了理論與實(shí)踐計(jì)算構(gòu)件的新途徑?！皩?shí)驗(yàn)力學(xué)”的奠基人6虎克（英）——1678年物體的變形與所受的外載成正比----《虎克定律》庫侖（法）——1736年1773年《梁的彎曲問題》，提出材料的強(qiáng)度理論

1784年研究了扭轉(zhuǎn)問題并提出剪切的概念歐拉（瑞士）——1707年公元1744年《壓桿臨界載荷》7鐵木辛柯（美籍俄羅斯）——1878年編寫了《材料力學(xué)》、《高等材料力學(xué)》、《結(jié)構(gòu)力學(xué)》、《工程力學(xué)》、《高等動力學(xué)》、《彈性力學(xué)》、《彈性穩(wěn)定性理論》、《工程中的振動問題》、《板殼理論》和《材料力學(xué)史》等二十種書。8達(dá)芬奇（意大利）——1645“力學(xué)是數(shù)學(xué)的樂園，因?yàn)槲覀冊谶@里獲得了數(shù)學(xué)的果實(shí)?！?橡皮筋在拉力的作用下尺寸的變化；變形尺寸和形狀雙杠橫梁在運(yùn)動員重力作用下有形狀的變化。彈性變形塑性變形外力解除以后可消失的變形外力解除以后不能消失的變形§1-1材料力學(xué)的任務(wù)10（2）構(gòu)件具有足夠的抵抗變形的能力設(shè)計(jì)的依據(jù)（1）構(gòu)件具有足夠的抵抗破壞的能力雙杠的橫梁不應(yīng)折斷；橋梁不應(yīng)坍塌；儲氣罐不應(yīng)爆炸；椅子沒有斷裂?！銐虻膹?qiáng)度在運(yùn)動員重量作用下雙杠橫梁的變形；載重卡車作用下橋梁的變形；床的變形等?！銐虻膭偠?1千斤頂?shù)穆輻U；內(nèi)燃機(jī)的挺桿；液壓活塞桿；自行車打氣筒的活塞桿等。（3）構(gòu)件具有足夠的保持原有直線平衡形態(tài)的能力——足夠的穩(wěn)定性12保證構(gòu)件具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的前提下，合理的選擇構(gòu)件的材料、截面尺寸和形狀，確定系統(tǒng)許可載荷。材料力學(xué)的任務(wù)

儲氣罐主要是保證其強(qiáng)度，不應(yīng)發(fā)生破壞；車床軸要有足夠的剛度，變形不應(yīng)過大，以滿足加工精度；液壓油缸的活塞桿應(yīng)有足夠的穩(wěn)定性。13強(qiáng)度問題14推土機(jī)鏟板拉伸失效強(qiáng)度問題15剛度問題16穩(wěn)定性問題17斜拉橋承受拉力的鋼纜、主橋梁、橋墩均有足夠的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性。1819車輛的緩沖彈簧應(yīng)有較大的變形才能很好地減振工程中的大變形201912年4月14日晚，由英國開往紐約的《泰坦尼克號》（重返危機(jī)現(xiàn)場）鉚釘質(zhì)量差，有雜質(zhì)鉚釘材料測試在室溫下進(jìn)行，大西洋-11℃21前起落架鎖連桿安裝螺栓(銷子)意外斷裂?！毒o急迫降

》電影221940年華盛頓州Tacoma大橋，跨度853米，懸索設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)可以抗60m/s的風(fēng)力，但在建成的4個月后，在19m/s的微風(fēng)吹拂下坍塌。231986年挑戰(zhàn)者號升空時發(fā)生爆炸（重返危機(jī)現(xiàn)場）發(fā)射當(dāng)天，天氣非常寒冷。氣溫降低后，密封用“○圈”就變得非常堅(jiān)硬，伸縮的速度變慢，密封的效果大打折扣，燃?xì)庑孤?4“哥倫比亞”號航天飛機(jī)在返回途中遇難（2003年）重返危機(jī)現(xiàn)場《哥倫比亞號航天飛機(jī)災(zāi)難》一塊輕質(zhì)泡沫材料撞擊了航天飛機(jī)表面的絕熱層25

橫桿之間的距離太大2.2m>規(guī)定值1.7m;

地面未夯實(shí)，局部桿受力大；

與墻體連接點(diǎn)太少；

安全因數(shù)太低：1.11-1.75<規(guī)定值3.0。重返危機(jī)現(xiàn)場《三豐百貨事故》26F′F§1-2變形固體基本假設(shè)F′F研究對象剛體27變形體F′FF′F材料力學(xué)的研究對象：變形固體28如：力的可傳遞性原理、力偶的任意移動、力的分解和合成原理等。注意：剛體模型適用的概念、原理、方法，在研究變形體的內(nèi)部效應(yīng)（變形）時不適用。29討論請判斷下列簡化在什么情形下是正確的，什么情形下是不正確？FFFFM30連續(xù)性假設(shè)引入無限小概念，可以進(jìn)行極限、積分、微分的運(yùn)算。微觀不連續(xù)，宏觀連續(xù)球墨鑄鐵的顯微表示31均勻性假設(shè)普通鋼材的纖維組織微觀不均勻，宏觀均勻32各向同性假設(shè)微觀各向異性，宏觀各向同性；灰口鑄鐵的顯微組織33優(yōu)質(zhì)鋼材的顯微組織各向同性假設(shè)34§1-3外力及分類按外力作用方式表面力體積力按載荷隨時間變化靜載荷動載荷交變載荷沖擊載荷隨機(jī)載荷分布力集中力自重慣性力35§1-4內(nèi)力·截面法·應(yīng)力的概念物體受外力作用而變形，內(nèi)部各部分之間因相對位置改變而引起的相互作用（附加內(nèi)力），稱為附加內(nèi)力，簡稱內(nèi)力。一內(nèi)力隨外力的變化而變化。二求內(nèi)力的方法截面法36(1)截?cái)郟1P2P4P5P3mmIIIIP1P2P3mm截面法(2)取舍37(3)代替IP1P2P3mmP2P1P2P3FRFRxFRyMC(4)平衡38內(nèi)力必須滿足平衡條件內(nèi)力與外力平衡；內(nèi)力與內(nèi)力平衡。F1F3F2Fn假想截面F1F2F3Fn分布內(nèi)力39例題1求構(gòu)件內(nèi)各段的內(nèi)力2132KN2KN5KN1KN（1）5KN0FN1（2）2KN5KNFN2FN1=5KNFN2=3KN（3）FN31KNFN3=1KN40mmbnna例題2求鉆床截面上的內(nèi)力。F41mm應(yīng)力

A

F分布內(nèi)力在截面內(nèi)一點(diǎn)的密集程度c平均應(yīng)力一點(diǎn)的應(yīng)力（全應(yīng)力）一點(diǎn)的正應(yīng)力、切應(yīng)力切于截面的分量

正應(yīng)力垂直于截面的分量

切應(yīng)力

pCτ

σ

c42

應(yīng)力單位國際單位制：；；

；43受力物體內(nèi)各截面上每點(diǎn)的應(yīng)力，一般是不相同的；注意它隨著截面和截面上每點(diǎn)的位置而改變。在說明應(yīng)力性質(zhì)和數(shù)值時必須要說明它所在的位置（哪個截面、哪個點(diǎn)）。44變形后構(gòu)件上的各個點(diǎn)、