材料力学 第一章 绪论

材料力学Mechanic of Materials主编：周建方曹昌勇13965493039510232179 11 孙训方等主编 . 材料力学 . 高等教育出版社 2刘鸿文主编 . 材料力学 . 高等教育出版社 3天津大学材力教研室等主编 . 材料力学 .天津大学出版社 4 材料力学解题指导及习题集 . 清华大学出版社主要参考书2本课需要解决的问题：1. 材料力学是一门什么课？2. 为什么要学习材料力学？3. 如何学好材料力学？4. 材料力学成绩如何确定？5. 研究材料力学的方法是什么？6. 构件有哪些基本类型？ (第二节 )7. 杆件的变形有哪些基本形式？ (第三节 )8. 材料力学的研究对象和任务是什么？ (第四节 )3一个故事引发的问题一个故事引发的问题日本战国时期的大名日本战国时期的大名 毛利元毛利元就就 临死之前把三个儿子叫来，让临死之前把三个儿子叫来，让他们分别折一枝箭，他们每个人他们分别折一枝箭，他们每个人都很轻易的做到了。接着，他把都很轻易的做到了。接着，他把三支箭绑在一起让他的儿子去折三支箭绑在一起让他的儿子去折，结果没有人能够折断。故事的，结果没有人能够折断。故事的原意是原意是 团结就是力量团结就是力量 ，但我们的，但我们的问题是问题是 :1、为什么三支箭绑在一起比、为什么三支箭绑在一起比一支箭难折断一支箭难折断 ?2、如果箭柄是钢做的，他、如果箭柄是钢做的，他们能不能折断？为什么？们能不能折断？为什么？3、如果不是折，而是拉，、如果不是折，而是拉，你认为他们能不能拉断一支箭吗你认为他们能不能拉断一支箭吗？为什么？为什么？引言引言1. 生活中的材料力学生活中的材料力学4一个任务引发的思考一个任务引发的思考张三上班第一天，老板叫他去买一种型钢用张三上班第一天，老板叫他去买一种型钢用来制作结构的主梁，必须满足下面下面这张图的来制作结构的主梁，必须满足下面下面这张图的要求：（黄色的梁不能因为在受到要求：（黄色的梁不能因为在受到 q (均布载荷均布载荷 )而发生过大的变形甚至断裂）而发生过大的变形甚至断裂）潜在的威胁潜在的威胁 : 1、买的型钢无法承载、买的型钢无法承载 q 发生事故发生事故 被炒鱿鱼被炒鱿鱼2、买的型钢牌号过大、买的型钢牌号过大 造成浪费造成浪费 被炒鱿鱼被炒鱿鱼引言引言我们的问题是：我们的问题是：1、究竟应该买什么样牌号的型钢呢？、究竟应该买什么样牌号的型钢呢？2、如果已经有了某种牌号的型钢制成的梁，那么这根梁、如果已经有了某种牌号的型钢制成的梁，那么这根梁能承受多大的能承受多大的 q 呢？呢？ 5一张照片引起的思考一张照片引起的思考引言引言6一张照片引起的思考一张照片引起的思考引言引言7一张照片引起的思考一张照片引起的思考引言引言8究竟是什么原因造成了这样大的究竟是什么原因造成了这样大的 裂缝裂缝 ？为什么裂缝与水平线的为什么裂缝与水平线的 夹角是夹角是 45度度 ？引言引言9以上我们谈到了这么多的问题，大家也许对这些问题以上我们谈到了这么多的问题，大家也许对这些问题不能做出正确的解释和回答，但是有一门课程可以帮助您不能做出正确的解释和回答，但是有一门课程可以帮助您解决这些问题，这就是解决这些问题，这就是材料力学材料力学Mechanics of Materials2 什么是材料力学引言引言10材料力学材料力学 (mechanics of materials)是研究材料在各种是研究材料在各种外力作用外力作用 下产生的下产生的 应变、应力、强度、刚度、稳定应变、应力、强度、刚度、稳定 和导和导致各种材料致各种材料 破坏破坏 的极限。的极限。材料力学是所有工科学生必修的学科，是设计工业材料力学是所有工科学生必修的学科，是设计工业设施必须掌握的知识。设施必须掌握的知识。 材料力学材料力学 是机械类专业后续课程是机械类专业后续课程的重要基础。的重要基础。学习材料力学一般要求学生先修学习材料力学一般要求学生先修 高等数学和理论力高等数学和理论力学学 。材料力学材料力学 与与 理论力学理论力学 、 结构力学结构力学 并称三大力学。并称三大力学。引言引言11学好材料力学的几个环节：学好材料力学的几个环节： 上课认真听讲，掌握基本概念和基本理论；上课认真听讲，掌握基本概念和基本理论； 课后独立完成作业，态度第一，对错第二，不要课后独立完成作业，态度第一，对错第二，不要抄袭；抄袭； 认真完成实验，增强动手能力和实验分析能力；认真完成实验，增强动手能力和实验分析能力； 理论联系实际，开拓思维；理论联系实际，开拓思维； 有问题及时解决，应主动答疑；有问题及时解决，应主动答疑； 利用现代计算机技术解决问题。利用现代计算机技术解决问题。 （后期）（后期）如何学好材料力学如何学好材料力学12最终成绩评定的构成：最终成绩评定的构成： 平时平时 30%（涵盖（涵盖 作业、提问、测试、作业、提问、测试、 出勤出勤 等）等） 考试成绩考试成绩 70%成绩评定成绩评定13第一章 绪论主要内容：1.1 变形固体及其理想化1.2 构件的基本类型1.3 杆件变形的基本形式1.4 材料力学的研究对象和任务141.1 变形固体及其理想化理论力学： 研究物体机械运动一般规律的科学 刚体材料力学： 研究构件承载能力的一门科学 变形固体变形变形 Deformation： 构件尺寸和形状发生变化构件尺寸和形状发生变化弹性变形弹性变形 Elastic Deformation ： 外力解除后可以消失外力解除后可以消失的变形的变形塑性变形塑性变形 Plastic Deformation ： 外力解除后不能消失外力解除后不能消失的变形的变形可变形的物体统称为可变形的物体统称为 变形固体，也就是说变形固体，也就是说 在外力作用下发生变形的物体。151.1 变形固体及其理想化变形固体模型的理想化：（ 1）连续性假设）连续性假设 微观不连续，宏观连续微观不连续，宏观连续（ 2）均匀性假设）均匀性假设物体内各处的力学性能完全相同物体内各处的力学性能完全相同（ 3）各向同性假设）各向同性假设固体在各个方向上的力学性能完全相同固体在各个方向上的力学性能完全相同（ 4）小变形假设）小变形假设假设物体的几何尺寸、形状的改变与其总的尺寸假设物体的几何尺寸、形状的改变与其总的尺寸相比是很微小的。相比是很微小的。16球墨铸铁的显微组织球墨铸铁的显微组织 普通钢材的显微组织普通钢材的显微组织1.1 变形固体及其理想化连续性假设连续性假设 微观不连续，宏观连续。认为固体在其整个体积内是微观不连续，宏观连续。认为固体在其整个体积内是连续的，由此可以连续的，由此可以 引入无限小引入无限小 的概念，可以进行极限、积的概念，可以进行极限、积分、微分等高等数学运算。分、微分等高等数学运算。171.1 变形固体及其理想化均匀性假设均匀性假设物体内各处的力学性能完全相同物体内各处的力学性能完全相同物体的任一部份的力学性能就可以代表整体的力学性能。物体的任一部份的力学性能就可以代表整体的力学性能。各向同性假设各向同性假设固体在各个方向上的力学性能完全相同。有些材料固体在各个方向上的力学性能完全相同。有些材料并非如此，比如复合材料玻璃钢等，其抗拉性能和抗剪并非如此，比如复合材料玻璃钢等，其抗拉性能和抗剪性能相差很大。性能相差很大。铝板沿不同方向的拉伸断口 复合材料沿 0和 45方向的拉伸断口181.1 变形固体及其理想化小变形假设 研究材料力学的前提条件材料力学研究的变形通常局限于小变形范围小变形： 指构件在外力作用下发生的变形量远小于构件的尺寸小变形前提条件的作用(1)小变形前提保证构件处于纯弹性变形范围弹性变形 卸载后能自动恢复的 变形变形塑性变形 卸载后不能恢复的变形绝大多数工程材料的弹性变形都是小变形。192、小变形前提允许以变形前的受力分析代替变形后的受力分析因构件在外力作用下发生的变形与原尺寸相比非常小，在计算构件所受的力时， 可按构件原始尺寸计算 。 12AA1FFBC求 FN1、 FN1 时，仍可 按构件原始尺寸计算。l1.1 变形固体及其理想化20(3)小变形前提保证叠加法成立叠加法 指构件在多个载荷作用下产生的变形 可以看作为各个载荷单独作用产生的变形之代数和。叠加法是材料力学中 常用 的方法。1.1 变形固体及其理想化211.2 构件的基本类型构件的基本类型我们在日常生活中，经常见到建筑物，交通车辆、机械设备，这些在力学课程中统称为 结构 。结构由部件和零件组成，而这些部件和零件便是 构件（ element）。通常情况下，构件根据其几何形状的不同分为 四类 ：杆、板、壳、块 。其中 杆 是工程中 最常见、最基本 的构件。22杆：杆： 空间一个方向的尺寸远大于其他两个方向的尺寸。空间一个方向的尺寸远大于其他两个方向的尺寸。1.2 构件的基本类型构件的基本类型23板：板： 空间一个方向的尺寸（厚度）远小于其它两个方向的尺空间一个方向的尺寸（厚度）远小于其它两个方向的尺寸，且各处曲率均为零。寸，且各处曲率均为零。1.2 构件的基本类型构件的基本类型24壳：壳： 空间一个方向的尺寸远小于其他两个方向的尺寸，至少空间一个方向的尺寸远小于其他两个方向的尺寸，至少有一个方向的曲率不为零。有一个方向的曲率不为零。1.2 构件的基本类型构件的基本类型25块：块： 空间三个方向的尺寸相差不很大的构件。空间三个方向的尺寸相差不很大的构件。1.2 构件的基本类型构件的基本类型261. 轴向拉伸或压缩轴向拉伸或压缩 Tension or Compression)2. 剪切剪切 （ Shearing）3. 扭转扭转 （ Torsion）4. 弯曲弯曲 （ Bending）杆件的变形 某一种基本变形或者是几种基本变形的组合。1.3 杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式27拉伸或压缩拉伸或压缩 （ tension or compression） 当杆件两端承受沿轴线