第一章-材料力學的基本概念1

1材料力學

MechanicsofMaterials劉榮昌2011年3月2理論力學變形固體材料力學屬固體力學研究剛體，研究力與運動的關(guān)系。材料力學研究變形體，研究力與變形的關(guān)系。關(guān)于本課程-1材料力學的研究對象

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

對構(gòu)件的三項基本要求

強度構(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。材料力學以“桿”為主要研究對象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、材料力學的任務(wù)1）研究構(gòu)件的強度、剛度和穩(wěn)定性；2）研究材料的力學性能；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。3）為合理解決工程構(gòu)件設(shè)計中安全性與經(jīng)濟性 之間的矛盾提供力學方面的依據(jù)。73材料力學與工程問題大量的工程問題需要用到材料力學的理論和方法。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，２１７３號客機成功迫降10高層建筑11大型橋梁承力柱橋面拉桿纜索江陰長江大橋122006年北京市順義北側(cè)減河上一座懸索橋在進行承重測試時突然坍塌,約50米橋體連同橋上進行測試的10輛滿載煤渣的運輸車一起塌下,1名司機和2名檢測人員受傷。

14

大型水利工程設(shè)施長江三峽工程15海洋石油鉆井平臺16機械工程17

目錄182003年5月海軍潛艇361因機械故障遇難194材料力學的研究方法

理論分析方法 探索新理論、新設(shè)計、新結(jié)構(gòu)。

實驗方法

新理論、新設(shè)計、新結(jié)構(gòu)的實驗研究或驗證。 實驗方法在材料力學中占有重要地位。

計算機方法 用計算機和現(xiàn)代計算技術(shù)研究材料力學問題。205材料力學與理論力學等課程的關(guān)系

與理論力學的關(guān)系理論力學中對剛體模型得到的原理和方法，對材料力學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。理論力學是材料力學的基礎(chǔ)。理論力學的研究模型是剛體；材料力學的研究模型是變形體。21

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

作業(yè)要求1認真畫受力圖、內(nèi)力圖等；

2書寫整潔、條理清楚；

3使用必需的工具尺子、圓規(guī)等。

4每人必須準備一臺科學計算器。23

考試成績

參考書書名均為“材料力學”241、材料力學（上、下）.劉鴻文編.高等教育出版社，2006年，第五版2、材料力學.單輝祖編著.高等教育出版社，2002年2月，第一版3、材料力學.范欽珊主編.高等教育出版社，2000年2月，第一版4、材料力學800題.胡增強等編.中國礦業(yè)出版社，1994年10月第一版5、材料力學（重點難點及典型題精解）閔行等編西安交通大學出版社，2002年12月第一版參考書目：256、材料力學（常見題型解析及模擬題）劉達主編，西北工業(yè)大學出版社7、材料力學解題指導及習題集.清華大學材料力學教研室編.高等教育出版社，1999年6月，第二版8、力學學報.中國力學學會,中國科學院力學研究會主辦.力學學報期刊出版社9、力學與實踐.中國力學學會,中國科學院力學研究所主辦.力學與實踐期刊出版社出版10、力學進展.中國科學院力學研究所主辦參考書目：（續(xù)）授課計劃27第一章材料力學的基本概念

第一節(jié)材料力學的基本假設(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??？取決于什么？外力固體的屬性已知或由理論力學得到固體的屬性是多方面的部分屬性可以通過實驗得到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)：認為整個物體所占空間內(nèi)毫無空隙地充滿物質(zhì)。材料力學對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)學工具302.均勻性假設(shè)：認為物體內(nèi)的任何部分，其力學性能相同、均勻分布。3.各向同性假設(shè)：認為物體在各個不同方向上的力學性能相同，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)：認為構(gòu)件的變形極其微小，比構(gòu)件本身尺寸要小得多。對構(gòu)件進行受力分析時可忽略其變形。32第二節(jié)桿件變形的基本形式

材料力學中，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：1、外力：大小、方向、作用線2、變形：桿件長度伸長或縮短352.剪切PP特點：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)生相對錯動363.扭轉(zhuǎn)特點：1、外力：大小相等、方向相反、作用面都垂直于桿軸的兩個力偶2、變形：桿件的任意兩個橫截面發(fā)生繞軸線的轉(zhuǎn)動。374.彎曲特點：1、外力：與軸線垂直的橫向力或一對力偶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)部各點上的力。 如物體的重力和慣性力。412.按外力是否隨時間變化分為：

靜載荷和動載荷1）靜載荷：載荷緩慢地由零增加到某一定值后，就保持不變或變動很不顯著，稱為靜載荷。2）動載荷：動載荷又可分為：交變載荷和沖擊載荷。載荷隨時間而變化。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——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化的主矢和主矩。對留下的部分，內(nèi)力實際上應(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象，受力如圖。列平衡方程:NQM通過例1.1，截面法求得的截面上的內(nèi)力為向截面形心簡化后的結(jié)果，僅表示留下部分的內(nèi)力外力的平衡關(guān)系，但不能說明內(nèi)力系在截面內(nèi)某點處的強弱程度。

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，對于分布載荷通常是用？來描述？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點處的內(nèi)力集度：

三、應(yīng)力的單位：應(yīng)力的國際單位為N/m2，稱為帕斯卡或簡稱為帕（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材料力學的任務(wù)材料力學的任務(wù)：1、研究構(gòu)件的強度、剛度和穩(wěn)定性；2、研究材料的力學性能。3、合理解決安全與經(jīng)濟之間的矛盾。簡言之，材料力學的任務(wù)：在安全的前提下，取得最經(jīng)濟的代價。研究對象：變形固體回顧51第一章材料力學的基本概念

第一節(jié)材料力學的基本假設(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

對于構(gòu)件任一點的變形，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)變來度量。應(yīng)變1．線應(yīng)變

線應(yīng)變

——

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

切應(yīng)變

——

即一點單元體兩棱角直角的改變量，無量綱γ應(yīng)變54垮塌后的彩虹橋強度問題

工程構(gòu)件的強度、剛度和穩(wěn)定問題1999年1月4日，我國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)濟損失631萬元。55剛度問題

工程構(gòu)件的強度、剛度和穩(wěn)定問題56剛度問題

工程構(gòu)件的強度、剛度和穩(wěn)定問題57

工程構(gòu)件的強度、剛度和穩(wěn)定問題穩(wěn)定問題58

工程構(gòu)件的強度、剛度和穩(wěn)定問題強度、剛度和穩(wěn)定問題59

小變形的條件是什么？(變形絕對小、還是相對小？）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)材料力學的任務(wù)是研究材料的組成分析

(B)材料力學的任務(wù)是研究各種材料的力學性能

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

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

構(gòu)件正常工作時應(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