《西工大彈性力學(xué)》課件

《西工大彈性力學(xué)》課程概述目標(biāo)掌握彈性力學(xué)的基本理論和計(jì)算方法，為后續(xù)學(xué)習(xí)專業(yè)課程打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。內(nèi)容包括應(yīng)力應(yīng)變分析、材料力學(xué)性能、構(gòu)件強(qiáng)度理論、疲勞強(qiáng)度分析、穩(wěn)定性分析等。方法以理論分析、計(jì)算和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式進(jìn)行教學(xué)。力的基本概念力的大小力的量值通常用牛頓（N）來衡量，表示力的強(qiáng)度。力的方向力的方向表示力作用的趨勢，可以用箭頭來表示。力的作用點(diǎn)力的作用點(diǎn)表示力作用于物體的位置，通常用一個點(diǎn)來表示。應(yīng)變的基本概念1變形描述應(yīng)變是指物體在受力作用下發(fā)生的形變程度。2長度變化應(yīng)變通常用形變后的長度與原長度之比表示。3無量綱量應(yīng)變是一個無量綱的物理量，表示物體在形變過程中的相對變化。應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系1胡克定律彈性范圍內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變成正比2泊松比橫向應(yīng)變與軸向應(yīng)變的比值3彈性模量應(yīng)力與應(yīng)變的比例系數(shù)幾何邊界條件固定邊界結(jié)構(gòu)的某些點(diǎn)被固定，不允許位移。自由邊界結(jié)構(gòu)的某些點(diǎn)沒有約束，允許自由運(yùn)動?；瑒舆吔缃Y(jié)構(gòu)的某些點(diǎn)僅允許沿特定方向運(yùn)動。受拉/受壓構(gòu)件的應(yīng)力分析1外力分析確定作用于構(gòu)件上的外力的大小、方向和作用點(diǎn)。2截面分析選擇合適的截面，并確定截面的形狀和尺寸。3應(yīng)力計(jì)算根據(jù)外力和截面尺寸，計(jì)算構(gòu)件內(nèi)部的應(yīng)力大小和方向。4應(yīng)力分布繪制應(yīng)力分布圖，以了解應(yīng)力在構(gòu)件內(nèi)部的變化情況。受剪力構(gòu)件的應(yīng)力分析1剪切應(yīng)力平行于截面的內(nèi)力2剪切應(yīng)變截面變形3剪切強(qiáng)度抵抗剪切破壞的能力扭轉(zhuǎn)構(gòu)件的應(yīng)力分析扭轉(zhuǎn)應(yīng)力當(dāng)扭矩施加到桿件時，桿件截面上會產(chǎn)生剪切應(yīng)力，稱為扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。扭轉(zhuǎn)角扭轉(zhuǎn)應(yīng)力會導(dǎo)致桿件發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，即桿件截面繞其軸線旋轉(zhuǎn)的角度稱為扭轉(zhuǎn)角。扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度是指桿件在發(fā)生破壞前的最大扭轉(zhuǎn)力矩。彎曲構(gòu)件的應(yīng)力分析1彎曲應(yīng)力彎曲構(gòu)件在彎矩作用下產(chǎn)生的應(yīng)力，與彎矩和截面形狀有關(guān)。2中性軸彎曲構(gòu)件中受力最小的部分，其應(yīng)力為零。3應(yīng)力分布彎曲應(yīng)力在截面上呈線性分布，最大值出現(xiàn)在最遠(yuǎn)離中性軸的位置。組合受力構(gòu)件的應(yīng)力分析1軸向力拉伸或壓縮2剪切力扭轉(zhuǎn)或彎曲3組合受力多個力的共同作用組合受力構(gòu)件是指同時承受兩種或多種外力的構(gòu)件。例如，同時承受拉伸和彎曲的梁，或者同時承受扭轉(zhuǎn)和剪切的軸。分析組合受力構(gòu)件的應(yīng)力，需要將不同外力的影響疊加起來，綜合考慮其對構(gòu)件的整體影響。不同材料性質(zhì)鋼材高強(qiáng)度、高硬度、高韌性、高彈性模量鋁材輕質(zhì)、耐腐蝕、導(dǎo)熱性能好木材可再生、輕質(zhì)、加工性能好、隔熱性能好橡膠彈性好、耐磨、隔熱性能好、耐腐蝕材料力學(xué)參數(shù)的測試方法拉伸試驗(yàn)測試材料在拉伸載荷作用下的強(qiáng)度、塑性、韌性等力學(xué)性能。壓縮試驗(yàn)測試材料在壓縮載荷作用下的抗壓強(qiáng)度和變形特性。彎曲試驗(yàn)測試材料在彎曲載荷作用下的抗彎強(qiáng)度和撓度。剪切試驗(yàn)測試材料在剪切載荷作用下的抗剪強(qiáng)度和變形特性。構(gòu)件在靜載作用下的變形分析1應(yīng)變材料形變2應(yīng)力內(nèi)部作用力3變形幾何形狀改變構(gòu)件在動載作用下的變形分析動載荷類型沖擊載荷、振動載荷、脈沖載荷等。動態(tài)分析方法模態(tài)分析、振動分析、沖擊分析等。影響因素載荷頻率、阻尼、材料的動態(tài)特性等。應(yīng)用場景橋梁、飛機(jī)機(jī)翼、高速列車等。構(gòu)件在溫度變化條件下的變形分析1熱膨脹系數(shù)材料在溫度變化時，體積或長度發(fā)生改變的程度。不同的材料有不同的熱膨脹系數(shù)。2溫度應(yīng)力由于溫度變化引起的構(gòu)件內(nèi)部應(yīng)力，當(dāng)構(gòu)件被限制變形時會產(chǎn)生。3熱應(yīng)力分析計(jì)算由于溫度變化引起的構(gòu)件內(nèi)部應(yīng)力和變形，涉及熱膨脹系數(shù)、溫度變化量和構(gòu)件的約束條件。構(gòu)件在復(fù)合載荷作用下的變形分析疊加原理對于線性彈性材料，復(fù)合載荷作用下的變形可以通過將每個單獨(dú)載荷作用下的變形疊加得到。應(yīng)力分析分析復(fù)合載荷下構(gòu)件各部分的應(yīng)力分布，確定最大應(yīng)力位置。變形分析根據(jù)應(yīng)力分布計(jì)算構(gòu)件的總變形，包括線性和角變形。強(qiáng)度校核將最大應(yīng)力與材料的許用應(yīng)力進(jìn)行比較，確保構(gòu)件在復(fù)合載荷作用下安全可靠。構(gòu)件的位移方程描述構(gòu)件在載荷作用下的變形和位移?？紤]構(gòu)件的幾何形狀和邊界條件。反映材料的彈性性質(zhì)和力學(xué)性能。構(gòu)件的應(yīng)力方程應(yīng)力方程描述構(gòu)件內(nèi)部應(yīng)力分布的數(shù)學(xué)表達(dá)式，是彈性力學(xué)中的核心內(nèi)容。求解通過求解應(yīng)力方程，可以確定構(gòu)件內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)。應(yīng)用應(yīng)力方程廣泛應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)，幫助工程師預(yù)測構(gòu)件的強(qiáng)度和安全性。構(gòu)件軸向、彎曲、剪切和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的計(jì)算軸向應(yīng)力軸向應(yīng)力是由于外力作用在構(gòu)件橫截面上產(chǎn)生的應(yīng)力，計(jì)算公式為應(yīng)力等于力除以面積。彎曲應(yīng)力彎曲應(yīng)力是由于彎矩作用在構(gòu)件橫截面上產(chǎn)生的應(yīng)力，計(jì)算公式為應(yīng)力等于彎矩乘以截面慣性矩除以截面距離中性軸的距離。剪切應(yīng)力剪切應(yīng)力是由于剪力作用在構(gòu)件橫截面上產(chǎn)生的應(yīng)力，計(jì)算公式為應(yīng)力等于剪力除以面積。扭轉(zhuǎn)應(yīng)力扭轉(zhuǎn)應(yīng)力是由于扭矩作用在構(gòu)件橫截面上產(chǎn)生的應(yīng)力，計(jì)算公式為應(yīng)力等于扭矩乘以截面極慣性矩除以截面半徑。構(gòu)件應(yīng)力集中問題分析幾何形狀變化孔洞、缺口、螺紋等幾何形狀變化會引起應(yīng)力集中。載荷類型集中載荷、沖擊載荷等會加劇應(yīng)力集中現(xiàn)象。材料性質(zhì)材料的脆性、硬度等會影響應(yīng)力集中程度。構(gòu)件強(qiáng)度理論及安全系數(shù)計(jì)算強(qiáng)度理論確定構(gòu)件在各種復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下發(fā)生破壞的條件。安全系數(shù)用來衡量構(gòu)件抵抗破壞的能力，并確保構(gòu)件在工作狀態(tài)下不會發(fā)生失效。構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度分析1循環(huán)載荷疲勞失效是指構(gòu)件在循環(huán)載荷作用下發(fā)生的斷裂。2應(yīng)力集中應(yīng)力集中是疲勞失效的重要因素，它會導(dǎo)致局部應(yīng)力水平大幅提高。3疲勞壽命疲勞壽命是指構(gòu)件在循環(huán)載荷作用下能夠承受的循環(huán)次數(shù)。構(gòu)件的屈曲穩(wěn)定性分析了解構(gòu)件在壓縮載荷下的穩(wěn)定性問題，分析構(gòu)件屈曲失效模式。掌握歐拉公式和臨界載荷的概念，計(jì)算構(gòu)件的屈曲臨界載荷。學(xué)習(xí)考慮幾何參數(shù)、材料特性和邊界條件對構(gòu)件屈曲的影響。材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)康尿?yàn)證理論知識，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)技能，提升動手能力。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容材料力學(xué)基本參數(shù)測試，構(gòu)件受力變形測量，疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)，屈曲穩(wěn)定性試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)方法傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法與現(xiàn)代測試技術(shù)相結(jié)合，保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫規(guī)范格式嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)報(bào)告模板撰寫，包含實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、步驟、數(shù)據(jù)、分析和結(jié)論等內(nèi)容。數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)真實(shí)可靠，并進(jìn)行必要的誤差分析和數(shù)據(jù)處理。分析深刻對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行深入分析，結(jié)合理論知識得出合理的結(jié)論，并提出改進(jìn)建議。材料力學(xué)課程總結(jié)知識回顧回顧課程內(nèi)容，包括力學(xué)基本概念、應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系、材料性能、構(gòu)件強(qiáng)度分析、穩(wěn)定性分析等技能提升掌握分析和解決實(shí)際工程問題的能力，包括力學(xué)分析、強(qiáng)度計(jì)算、穩(wěn)定性分析等未來展望為后續(xù)課程學(xué)習(xí)和專業(yè)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，例如結(jié)構(gòu)力學(xué)、振動學(xué)等課程學(xué)習(xí)指導(dǎo)與建議預(yù)習(xí)課前認(rèn)真預(yù)習(xí)，了解課程內(nèi)容，有助于提高課堂效率。課堂筆記課堂認(rèn)真聽講，做好筆記，及時復(fù)習(xí)鞏固。課后練習(xí)課后及時完成作業(yè)，并進(jìn)行練習(xí)，加深理解和運(yùn)用。尋求幫助