第一章-材料力學(xué)的基本概念1

1材料力學(xué)

MechanicsofMaterials劉榮昌2011年3月2理論力學(xué)變形固體材料力學(xué)屬固體力學(xué)研究剛體，研究力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。材料力學(xué)研究變形體，研究力與變形的關(guān)系。關(guān)于本課程-1材料力學(xué)的研究對(duì)象

構(gòu)件:工程結(jié)構(gòu)或機(jī)械的各組成部分。31材料力學(xué)的研究對(duì)象構(gòu)件的分類：桿；板、殼體；塊體。構(gòu)件:工程結(jié)構(gòu)或機(jī)械的各組成部分。

對(duì)構(gòu)件的三項(xiàng)基本要求

強(qiáng)度構(gòu)件應(yīng)具有足夠的抵抗破壞的能力。

剛度構(gòu)件應(yīng)具有足夠的抵抗變形的能力。材料力學(xué)以“桿”為主要研究對(duì)象4

剛度構(gòu)件應(yīng)具有足夠的抵抗變形的能力。5

穩(wěn)定性

構(gòu)件應(yīng)具有足夠的保持其原有平衡狀態(tài)的能力.62、材料力學(xué)的任務(wù)1）研究構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性；2）研究材料的力學(xué)性能；在滿足強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性的要求下，以最經(jīng)濟(jì)的代價(jià)，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(jì)算方法。3）為合理解決工程構(gòu)件設(shè)計(jì)中安全性與經(jīng)濟(jì)性 之間的矛盾提供力學(xué)方面的依據(jù)。73材料力學(xué)與工程問(wèn)題大量的工程問(wèn)題需要用到材料力學(xué)的理論和方法。8SpaceShuttleDiscovery

航空航天工程9前起落架銷子發(fā)生斷裂。１９９８年９月１０日１９時(shí)，２１７３號(hào)客機(jī)成功迫降10高層建筑11大型橋梁承力柱橋面拉桿纜索江陰長(zhǎng)江大橋122006年北京市順義北側(cè)減河上一座懸索橋在進(jìn)行承重測(cè)試時(shí)突然坍塌,約50米橋體連同橋上進(jìn)行測(cè)試的10輛滿載煤渣的運(yùn)輸車一起塌下,1名司機(jī)和2名檢測(cè)人員受傷。

14

大型水利工程設(shè)施長(zhǎng)江三峽工程15海洋石油鉆井平臺(tái)16機(jī)械工程17

目錄182003年5月海軍潛艇361因機(jī)械故障遇難194材料力學(xué)的研究方法

理論分析方法 探索新理論、新設(shè)計(jì)、新結(jié)構(gòu)。

實(shí)驗(yàn)方法

新理論、新設(shè)計(jì)、新結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)研究或驗(yàn)證。 實(shí)驗(yàn)方法在材料力學(xué)中占有重要地位。

計(jì)算機(jī)方法 用計(jì)算機(jī)和現(xiàn)代計(jì)算技術(shù)研究材料力學(xué)問(wèn)題。205材料力學(xué)與理論力學(xué)等課程的關(guān)系

與理論力學(xué)的關(guān)系理論力學(xué)中對(duì)剛體模型得到的原理和方法，對(duì)材料力學(xué)中的變形體是否可用？例如：加減平衡力系原理及其推理—力的可傳性原理。理論力學(xué)是材料力學(xué)的基礎(chǔ)。理論力學(xué)的研究模型是剛體；材料力學(xué)的研究模型是變形體。21

材料力學(xué)的后續(xù)課程機(jī)械原理，機(jī)械零件，結(jié)構(gòu)力學(xué)，彈性力學(xué),斷裂力學(xué)等。226教學(xué)要求等事宜材料力學(xué)是一門重要的基礎(chǔ)課，要學(xué)好材料力學(xué)必須要下一些功夫。

作業(yè)要求1認(rèn)真畫(huà)受力圖、內(nèi)力圖等；

2書(shū)寫(xiě)整潔、條理清楚；

3使用必需的工具尺子、圓規(guī)等。

4每人必須準(zhǔn)備一臺(tái)科學(xué)計(jì)算器。23

考試成績(jī)

參考書(shū)書(shū)名均為“材料力學(xué)”241、材料力學(xué)（上、下）.劉鴻文編.高等教育出版社，2006年，第五版2、材料力學(xué).單輝祖編著.高等教育出版社，2002年2月，第一版3、材料力學(xué).范欽珊主編.高等教育出版社，2000年2月，第一版4、材料力學(xué)800題.胡增強(qiáng)等編.中國(guó)礦業(yè)出版社，1994年10月第一版5、材料力學(xué)（重點(diǎn)難點(diǎn)及典型題精解）閔行等編西安交通大學(xué)出版社，2002年12月第一版參考書(shū)目：256、材料力學(xué)（常見(jiàn)題型解析及模擬題）劉達(dá)主編，西北工業(yè)大學(xué)出版社7、材料力學(xué)解題指導(dǎo)及習(xí)題集.清華大學(xué)材料力學(xué)教研室編.高等教育出版社，1999年6月，第二版8、力學(xué)學(xué)報(bào).中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì),中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究會(huì)主辦.力學(xué)學(xué)報(bào)期刊出版社9、力學(xué)與實(shí)踐.中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì),中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所主辦.力學(xué)與實(shí)踐期刊出版社出版10、力學(xué)進(jìn)展.中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所主辦參考書(shū)目：（續(xù)）授課計(jì)劃27第一章材料力學(xué)的基本概念

第一節(jié)材料力學(xué)的基本假設(shè)

第二節(jié)桿件的基本變形第三節(jié)外力·內(nèi)力·截面法第四節(jié)應(yīng)力的概念28§1.1變形固體的基本假設(shè)固體因外力作用而變形，故稱變形固體或可變形固體。固體外力產(chǎn)生變形：1.如何變形？2.變形量大小？取決于什么？外力固體的屬性已知或由理論力學(xué)得到固體的屬性是多方面的部分屬性可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到29灰口鑄鐵的顯微組織球墨鑄鐵的顯微組織1.連續(xù)性假設(shè)：認(rèn)為整個(gè)物體所占空間內(nèi)毫無(wú)空隙地充滿物質(zhì)。材料力學(xué)對(duì)固體屬性的基本假設(shè)連續(xù)性假設(shè)的目的：便于使用微積分等數(shù)學(xué)工具302.均勻性假設(shè)：認(rèn)為物體內(nèi)的任何部分，其力學(xué)性能相同、均勻分布。3.各向同性假設(shè)：認(rèn)為物體在各個(gè)不同方向上的力學(xué)性能相同，具備這種屬性的材料為各向同性材料。

各向異性材料：如木材、膠合板、子午線輪胎等如機(jī)械工程上最常用的金屬材料、玻璃等，都可以看成各向同性材料314.小變形假設(shè)：認(rèn)為構(gòu)件的變形極其微小，比構(gòu)件本身尺寸要小得多。對(duì)構(gòu)件進(jìn)行受力分析時(shí)可忽略其變形。32第二節(jié)桿件變形的基本形式

材料力學(xué)中，主要研究桿件。軸線為直線的桿:

直桿；軸線為曲線的桿:

曲桿；橫截面的大小形狀不變的桿：等截面桿；否則:變截面桿。等截面直桿

等直桿。34在工程結(jié)構(gòu)中，桿件的基本變形有四種形式。1.拉伸或壓縮特點(diǎn)：1、外力：大小、方向、作用線2、變形：桿件長(zhǎng)度伸長(zhǎng)或縮短352.剪切PP特點(diǎn)：1、外力：大小相等、方向相反、作用線相互平行距離很近2、變形：受剪桿件的兩部分沿外力的作用方向發(fā)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)363.扭轉(zhuǎn)特點(diǎn)：1、外力：大小相等、方向相反、作用面都垂直于桿軸的兩個(gè)力偶2、變形：桿件的任意兩個(gè)橫截面發(fā)生繞軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)。374.彎曲特點(diǎn)：1、外力：與軸線垂直的橫向力或一對(duì)力偶2、變形：桿件的軸線由直線變?yōu)榍€。38桿件變形的基本形式若同時(shí)發(fā)生幾種基本變形，則稱為組合變形。39一、外力：

某一物體受到其它物體所作用的力，稱為外力，包括載荷及支座反力。

二、內(nèi)力：

它是由外力的作用而引起的附加內(nèi)力。三、截面法：

用截面假想地把構(gòu)件分成兩部分，以顯示并確定內(nèi)力的方法。

第三節(jié)外力·內(nèi)力·截面法

40一、外力及其分類外力是外部物體對(duì)構(gòu)件的作用力，包括外加載荷和約束反力。1.按外力的作用方式分為:1)表面力：表面力和體積力作用于物體表面上的力。又可分為分布力和集中力。2)體積力：連續(xù)分布于物體內(nèi)部各點(diǎn)上的力。 如物體的重力和慣性力。412.按外力是否隨時(shí)間變化分為：

靜載荷和動(dòng)載荷1）靜載荷：載荷緩慢地由零增加到某一定值后，就保持不變或變動(dòng)很不顯著，稱為靜載荷。2）動(dòng)載荷：動(dòng)載荷又可分為：交變載荷和沖擊載荷。載荷隨時(shí)間而變化。42二、內(nèi)力、截面法

1、內(nèi)力——物體受外力作用而變形，內(nèi)部各部分之間因相對(duì)位置改變而引起的相互作用（附加內(nèi)力）。2、截面法——求內(nèi)力的方法mm(1)截開(kāi)——假想地沿求內(nèi)力的截面將構(gòu)件分為兩部分，取其中一部分為研究對(duì)象。目錄43mm

（3）平衡_____建立留下部分的平衡方程，確定未知的內(nèi)力。mm（2）替代——用作用于截面上的內(nèi)力代替棄去部分對(duì)留下部分的作用。目錄

關(guān)于內(nèi)力的處理以后講內(nèi)力，就是指內(nèi)力主矢和主矩:FR，M。一般是向截面的形心簡(jiǎn)化的主矢和主矩。對(duì)留下的部分，內(nèi)力實(shí)際上應(yīng)該是分布于截面上的分布力。主矢主矩xyzNTQyQzMyMz

內(nèi)力的分量N

軸力;T

扭矩;Qy,Qz

剪力;My,Mz

彎矩。例1鉆床P4書(shū)例(1.1)已知：載荷P。求：截面m-m上的內(nèi)力。解：用截面m-m將鉆床截為兩部分，取上半部分為研究對(duì)象，受力如圖。列平衡方程:NQM通過(guò)例1.1，截面法求得的截面上的內(nèi)力為向截面形心簡(jiǎn)化后的結(jié)果，僅表示留下部分的內(nèi)力外力的平衡關(guān)系，但不能說(shuō)明內(nèi)力系在截面內(nèi)某點(diǎn)處的強(qiáng)弱程度。

Why?1.內(nèi)力的分布規(guī)律并未求出。2.內(nèi)力本身為分布載荷，對(duì)于分布載荷通常是用？來(lái)描述？為此，引入內(nèi)力集度（應(yīng)力）的概念48第四節(jié)應(yīng)力的概念

一、平均應(yīng)力：

二、M點(diǎn)處的內(nèi)力集度：

三、應(yīng)力的單位：應(yīng)力的國(guó)際單位為N/m2，稱為帕斯卡或簡(jiǎn)稱為帕（Pa）

1N/m2=1Pa（帕斯卡）

1MN/m2=1MPa=106N/m2=106Pa1GPa=1GN/m2=109Pa

應(yīng)力——是單位面積上的內(nèi)力集度。（和壓強(qiáng)不同）

49垂直于截面的應(yīng)力稱為“正應(yīng)力”(NormalStress)相切于截面的應(yīng)力稱為“切應(yīng)力”(ShearingStress)

p

Mσ50材料力學(xué)的任務(wù)材料力學(xué)的任務(wù)：1、研究構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性；2、研究材料的力學(xué)性能。3、合理解決安全與經(jīng)濟(jì)之間的矛盾。簡(jiǎn)言之，材料力學(xué)的任務(wù)：在安全的前提下，取得最經(jīng)濟(jì)的代價(jià)。研究對(duì)象：變形固體回顧51第一章材料力學(xué)的基本概念

第一節(jié)材料力學(xué)的基本假設(shè)

第二節(jié)桿件的基本變形第三節(jié)外力·內(nèi)力·截面法第四節(jié)應(yīng)力的概念52

對(duì)于構(gòu)件任一點(diǎn)的變形，只有線變形和角變形兩種基本變形，分別由線應(yīng)變和角應(yīng)變來(lái)度量。應(yīng)變1．線應(yīng)變

線應(yīng)變

——

即單位長(zhǎng)度上的變形量，無(wú)量綱，其物理意義是構(gòu)件上一點(diǎn)沿某一方向變形量的大小。532．角應(yīng)變

切應(yīng)變

——

即一點(diǎn)單元體兩棱角直角的改變量，無(wú)量綱γ應(yīng)變54垮塌后的彩虹橋強(qiáng)度問(wèn)題

工程構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定問(wèn)題1999年1月4日，我國(guó)重慶市綦江縣彩虹橋發(fā)生垮塌，造成：

40人死亡；

14人受傷；

直接經(jīng)濟(jì)損失631萬(wàn)元。55剛度問(wèn)題

工程構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定問(wèn)題56剛度問(wèn)題

工程構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定問(wèn)題57

工程構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定問(wèn)題穩(wěn)定問(wèn)題58

工程構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定問(wèn)題強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定問(wèn)題59

小變形的條件是什么？(變形絕對(duì)小、還是相對(duì)小？）在下列材料中，哪些不是各向同性？（鑄鐵、玻璃、松木、鑄銅）下列結(jié)論中，只有（）是正確的。

(A)材料力學(xué)的任務(wù)是研究材料的組成分析

(B)材料力學(xué)的任務(wù)是研究各種材料的力學(xué)性能

(C)材料力學(xué)的任務(wù)是在既安全又經(jīng)濟(jì)的原則下，為設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件提供分析計(jì)算的基本理論和方法

(D)材料力學(xué)的任務(wù)是在保證安全的原則下設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的構(gòu)件思考題一60

構(gòu)件正常工作時(shí)應(yīng)滿足的條件是指()(A)構(gòu)件不發(fā)生斷裂破壞

(B)構(gòu)件原有形式下的平衡是穩(wěn)定的

(C)構(gòu)件具有足夠的抵抗變形的能力

(D)

構(gòu)件具有足夠的承載力、剛度和穩(wěn)定性根據(jù)各向同性假設(shè)，下述結(jié)論