工程力學(xué)一章緒論

工程力學(xué)（Ⅰ）工程力學(xué)（Ⅱ）

第一章緒論（Preface）

材料力學(xué)是一門(mén)與社會(huì)的生產(chǎn)實(shí)踐緊密相連的的學(xué)科。特別是19世紀(jì)以來(lái)，在力學(xué)知識(shí)的積累、應(yīng)用和完善的基礎(chǔ)上，逐漸形成和發(fā)展起來(lái)的蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、鐵路、橋梁、艦船、兵器等大型工業(yè)推動(dòng)了近代科學(xué)技術(shù)和社會(huì)的進(jìn)步。引言

17世紀(jì)前后

19世紀(jì)初

我國(guó)祖先也對(duì)材料力學(xué)的發(fā)展做出了重要的貢獻(xiàn)

趙州橋（河北）山西應(yīng)州高層建筑20世紀(jì)中,一些高科技及其在各工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用與力學(xué)的指導(dǎo)密不可分。高層建筑海洋石油鉆井平臺(tái)車(chē)輛與機(jī)械道路與造橋南京長(zhǎng)江大橋大型水利工程設(shè)施

§1-1材料力學(xué)的任務(wù)及研究對(duì)象

一、任務(wù)材料力學(xué)是研究構(gòu)件承載能力的一門(mén)學(xué)科。

承載能力

強(qiáng)度（strength)

剛度（stiffness)穩(wěn)定性（stability)1.強(qiáng)度：構(gòu)件抵抗破壞的能力2.剛度:構(gòu)件抵抗變形的能力.壓桿穩(wěn)定問(wèn)題3、穩(wěn)定性:構(gòu)件保持原有平衡狀態(tài)的能力材料力學(xué)的任務(wù)材料力學(xué)的學(xué)習(xí)和研究方法(1)與理論力學(xué)的聯(lián)系

效應(yīng)研究對(duì)象研究?jī)?nèi)容理論力學(xué)外效應(yīng)剛體剛體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)材料力學(xué)內(nèi)效應(yīng)桿件（可變形體）桿件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性研究構(gòu)件在外力作用下受力變形與破壞規(guī)律，在保證構(gòu)件既安全又經(jīng)濟(jì)的前提下，為構(gòu)件選擇恰當(dāng)?shù)牟牧?，確定最合理的截面形狀與尺寸，提供理論依據(jù)、計(jì)算方法和實(shí)驗(yàn)技術(shù)。

(2)注意理論聯(lián)系實(shí)際一些理論都是經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化建立起來(lái)的，通常需要由試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證而在這些理論中所需要的材料的力學(xué)性能，要由試驗(yàn)來(lái)測(cè)定尚無(wú)理論結(jié)果的問(wèn)題往往又需要用試驗(yàn)的方法來(lái)解決，所以試驗(yàn)分析和理論研究同是材料力學(xué)解決問(wèn)題的方法。二、研究對(duì)象1.構(gòu)件工程結(jié)構(gòu)或機(jī)械的各組成部分。如：梁、柱、軸等。2.構(gòu)件的分類(lèi)根據(jù)幾何尺寸：桿件：長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于橫向尺寸的構(gòu)件。板和殼：一個(gè)方向的尺寸遠(yuǎn)小于其它兩個(gè)方向的尺寸的構(gòu)件。塊體：三個(gè)方向（長(zhǎng)、寬、高）的尺寸相差不多的構(gòu)件。殼(shell)板(plate)(bar)塊體(body)

材料力學(xué)以“桿”為主要研究對(duì)象，工程中多為桿結(jié)構(gòu)主要研究的是桿件結(jié)構(gòu)，且以等直桿為主軸線橫截面直桿：軸線為直線曲桿：軸線為曲線等截面桿：橫截面處處相同變截面桿：橫截面不相同等截面直桿變截面直桿等截面曲桿變截面曲桿§1-2變形固體的基本假設(shè)

一、連續(xù)性均勻性假設(shè)變形固體在其整個(gè)幾何體內(nèi)毫無(wú)空隙地充滿了物質(zhì)。并且整個(gè)幾何體內(nèi)材料的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)相同(材料的力學(xué)性能與點(diǎn)位置無(wú)關(guān)）。

二、各向同性假設(shè)變形固體在各個(gè)方向具有相同的力學(xué)性質(zhì)

(材料的力學(xué)性能與點(diǎn)方向無(wú)關(guān)）

三、小變形假設(shè)變形固體在外力作用下產(chǎn)生的變形與構(gòu)件原有尺寸相比較非常微小，在計(jì)算中可以不考慮外力作用點(diǎn)處微小位移，而按變形前的位置和尺寸進(jìn)行計(jì)算。一、外力1.按作用方式分體積力

表面力

集中力

分布力2.按隨時(shí)間變化分靜載荷

動(dòng)載荷

交變載荷

沖擊載荷§1-3力、應(yīng)力、應(yīng)變和位移的基本概念火車(chē)車(chē)輪與鋼軌的接觸可看作點(diǎn)接觸，因而相互作用力可視為集中力集中力是一種簡(jiǎn)化，是一種抽象，是相對(duì)的，而分布力是絕對(duì)的集中力攔河大壩的水壓力是表面力，為分布載荷鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的自重是主要載荷分布力動(dòng)載荷的例子

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)2.內(nèi)力的求法——截面法步驟①截開(kāi)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(duì)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）代替.

③平衡

對(duì)留下的部分建立平衡方程，根據(jù)其上的已知外力來(lái)計(jì)算桿在截開(kāi)面上的未知內(nèi)力（此時(shí)截開(kāi)面上的內(nèi)力對(duì)所留部分而言是外力）mmmmmm也可以取右端研究例1.1確定m-m截面上的內(nèi)力三、應(yīng)力（Stress)1.定義：由外力引起的內(nèi)力在截面上的密集程度，即內(nèi)力集度。

P

AM

2.應(yīng)力①M(fèi)點(diǎn)的平均應(yīng)力②M點(diǎn)的全應(yīng)力（總應(yīng)力）③全應(yīng)力分解為ΔPΔTMΔN

垂直于截面的應(yīng)力稱(chēng)為“正應(yīng)力”

位于截面內(nèi)的應(yīng)力稱(chēng)為“切應(yīng)力”或“剪應(yīng)力”應(yīng)力單位：應(yīng)力的國(guó)際單位為N/m2，且1N/m2=1Pa（帕斯卡），1MN/m2=1MPa=106N/m2=106Pa。1GN/m2=1GPa=109Pa，在工程上，也用kg(f)/cm2為應(yīng)力單位，它與國(guó)際單位的換算關(guān)系為1kg/cm2=0.1MPa。全應(yīng)力、正應(yīng)力和剪應(yīng)力之間的關(guān)系：

pτMσα四、變形和位移1.變形

在外力作用下物體形狀和尺寸發(fā)生改變2.位移

變形前后物體內(nèi)一點(diǎn)位置的變化3.應(yīng)變

度量構(gòu)件一點(diǎn)處的變形程度，用原長(zhǎng)與改變量的比值來(lái)衡量

平均線應(yīng)變角應(yīng)變

線應(yīng)變角應(yīng)變用相鄰棱邊直角的改變量來(lái)衡量例1.2250200adcba’0.025g求ab邊的平均應(yīng)變和ab、ad兩邊夾角的變化em===125X10-6a’b-abab0.025200g

tgg==100x10-60.025250250200adcba’0.025g軸向拉伸(b)軸向壓縮

1.軸向拉伸和壓縮

§1-4桿件變形的基本形式FFFF2.剪切(shear)F/2F/2F3.扭轉(zhuǎn)(torsion)4.彎曲(bending)MeMe

MM數(shù)學(xué)物理學(xué)理論力學(xué)其他入門(mén)材料力學(xué)土木工程材料土木工程結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)