高等教育出版社材料力学课件课件

1,考试、考核方法,1、期末考试：考试内容讲过的内容 考试方式笔试，闭卷（80分）； 2、平时成绩：课堂出勤和作业（10分） +实验（10分）； 3、总成绩：考试成绩0.8+平时成绩+实验成绩 总成绩,2,第一章 绪论,1.1 材料力学简史 1.2 材料力学的研究对象、任务和研究方法 1.3 变形固体及其基本假设 1.4 外力、内力及应力 1.5 位移、变形及应变 1.6 杆件的变形形式,本章主要介绍材料力学的研究对象、任务和研究方法，变形固体的基本概念及其基本假设，杆件在荷载作用下的变形形式。,4,1-1 材料力学简史,5,传统具有柱、梁、檩、椽的木制房屋结构,古代建筑结构,一,8,古代建筑结构,2200年以前建造的都江堰安澜索桥,9,古代建筑结构,建于隋代（605年）的河北赵州桥,桥长64.4米，跨径37.02米，用石2800吨,10,材料力学 独立出现可以指导工程设计，解决工程问题,1638年：关于两种新科学的叙述与证明,伽利略 Galilei 1564-1642,悬臂梁应力分布,简支梁受集中载荷的最大弯矩,等强度梁截面形状,空、实心圆柱抗弯强度比较,1-1 、材料力学简史,11,法国科学家 纳维 1826年著材料力学,通过实验修正了伽利略的错误，提出了最大切应力强度理论,法国科学家 库仑 （17361806）,12,1-2 材料力学的研究对象、 任务和研究方法,一、材料力学的研究对象 结构：建筑物中承受荷载而起骨架作用的部分。 如: 屋架 桥梁， 铁塔 输电线塔。 构件：组成结构的单个部件。 荷载：作用于建筑物或结构上的外力和重量。,14,屋架,桥梁,铁塔,输电线塔,材料力学的研究对象是有工程材料制成的、在荷载作用下的构件。,18,航空航天,二、材料力学的任务,19,四川彩虹桥坍塌,20,美国纽约马尔克大桥坍塌,21,22,23,比萨斜塔,24,桥梁结构,二,变形： 在荷载作用下，构件的几何形状和尺寸 都要发生一定程度的改变，这种改变称 为变形。,所以构件正常安全使用必须有足够的承载能力 构件必须满足以下三方面的要求,失效：当荷载达到一定某一数值时，构件会因为 变形过大 或发生破坏而失去效用。,强度 ：构件在外力作用下抵抗破坏的能力。,图1-5 tacama 大桥,图1-6 托架,刚度： 构件在外力作用下抵抗变形的能力。,图1-7 钻床,图1-8 机械臂、机械手,图1-9 公路桥的主梁,实际上每个构件都是既需满足强度要求又要满足刚度要求。有些构件还需要满足稳定性的要求。,稳定性：构件在外力作用下保持其原有平衡状态 的能力（是否会弯折的问题）。,稳定性主要是针对细长的压杆而言的。例如：自 卸式货车的压杆AB。,图1-9 自卸式货车,图 1-10 挖土机中的杆BC,构件的承载能力与下列因素有关： 材料性质：如木材，钢铁； 尺 寸：大、小； 形 状：空心、实心；平放、竖放。,从安全角度考虑：优质材料，构件尺寸粗大；,从经济角度考虑：节省材料，减少成本，减轻自重。,矛 盾,具体地说，材料力学的任务是研究构件受力以后的变形和破坏的规律，为设计构件提供强度、刚度和稳定性的计算依据，力求使设计的构件既经济又安全、适用。,三、材料力学的研究方法,材料力学采用的是 实验假设理论分析试验验证的研究方法。,1.通过实验来观察事物的具体现象，以求通过具体现象来 探求事物的本质。,2.在实验基础上，略去次要因素，保留主要因素，从而建 立假设，把问题抽象化，用理想的力学模型来代替实际 的问题。,3.建立了力学模型后，用数学和力学进行理论上的分析。,4.理论分析所得出的结论以及由这些结论所推导出的计算 方法、计算公式是否正确，还需要大量的实验验证和生 实践的验证。,34,1-3 变形固体及其基本假设,一、刚体和变形固体,理论力学把物体看作刚体 材料力学把物体看作变形固体,注意：刚体模型适用的概念、原理、方法，在研究变形体模型的内部效应（变形）时不适用。,研究变形体力学的平衡方程时，静力学的原理适用。,36,材料力学只研究弹性体的力学性质。 与理论力学中刚体相比，适用公理时注意：,变形不等效,力线平移定理：,变形不等效,力的可传性公理：,5、小变形假设：物体的几何形状及尺寸的改变与其总尺寸相 比是很微小的。,1、连续性假设：假设构成变形固体的物质毫无空隙地完全充 满了固体所占的几何空间。 微观不连续，宏观连续。 根据这个假设，可以引入无限小 概念，可以用连续函数来表示物理量。,2、均 匀 性 假 设：构件内各点处的力学性能处处相同。,3、各向同性假设：假设构件内的一点在各个方向上的力学 性能是相同的。,二、变形固体的基本假设,4、线弹性假设：变形可分为弹性变形和塑性变形。假设外力 在一定的范围内，构件只产生弹性变形，并且外力与 变形之间符合线性关系，能够直接利用胡克定律。,38,小变形,远小于构件的最小尺寸，所以通过节点平衡求各杆内力时，把支架的变形略去不计。计算得到很大的简化。,39,1-4 外力、内力及应力,40,四,外力：,按外力作用的方式,体积力:是连续分布于物体内部各点的力,如物体的自重和惯性力,面积力:,如油缸内壁的压力，水坝受到的水压力等均为分布力,若外力作用面积远小于物体表面的尺寸，可作为作用于一点的集中力。如火车轮对钢轨的压力等,按时间,分布力：,集中力：,静载：,动载：,缓慢加载（a0）,快速加载（a0），或冲击加载,41,外力作用引起构件内部的附加相互作用力。,求内力的方法截面法,1、切,2、去,3、代,4、平,内力,42,43,一点的应力：当面积趋于零时，平均应力的大小和方向都将趋于一定极限，得到,应力的国际单位为Pa 1N/m2= 1Pa（帕斯卡） 1MPa = 106Pa 1GPa = 109Pa,应力总量P 可以分解成: 垂直于截面的分量正应力 平行于截面的分量切应力,应力,平均应力:某范围内单位面积上内力的平均集度,44,1-5 位移、变形及应变的概念,45,五,46,1-6 杆件的变形形式,47,六,构件的分类：,杆件、板壳*、块体*,杆件：,直杆：,折杆：,曲杆：,等截面直杆、变截面直杆,等截面折杆、变截面折杆*,等截面曲杆、变截面曲杆*,48,杆件：一个方向的尺寸大 板和壳：两个方向的尺寸大 实体：三个方向的尺寸都大,弹性力学研究范围 边界条件不一样，公式要复杂得多,材料力学只研究杆，结构力学研究由很多杆组成的杆系。,构件的分类 （长宽高来衡量）,49,几何特征,各横截面的形心连线轴线 垂直于杆轴线的截面横截面 根据轴线形状可分为：,曲杆：拱,折杆：刚架,研究对象：弹性范围内，均匀连续、各向同性、小变形的 等直杆,直杆:,50,拉压变形,拉（压）、剪切、扭转、弯曲,剪切变形,杆件的基本变形：,51,扭转变形,弯曲变形,1. 轴向拉伸和压缩, 杆件的基本变形,2. 剪 切,(a)轴向拉伸,(b)轴向压缩,弯曲变形,扭转变形,3.扭转变形,4.弯曲变形,54,研究方法,将构件变形形式分为四种基本变形：,轴向拉伸 和压缩,剪切,扭转,弯曲,55,实际构件受力情况多种多样 考虑主要外力作用，归到基本变形 几种力都不能忽略，归到组合变形,基本变形：,不同的外力,不同的内力,不同的变形,不同的公式, 组合变形,组合变形：同时发生两种或以上的基本变形。,常见的组合变形形式有：斜弯曲（或称双向弯曲）、拉（