材料力学第一章ppt课件.ppt

材料力学MaterialMechanics,1,第一章绪论基本概念,2,静力学用平衡条件分析、计算物体所受到的约束力、内力等。材料力学分析、计算结构的安全性。,静力学可求解绳索的拉力，但不能判断绳索是否安全。,1-1材料力学的任务,3,“东方之冠，鼎盛中华，天下粮仓，富庶百姓”中国馆,4,天津奥林匹克中心体育场,北京大学体育馆,鸟巢,水立方,5,6,房屋建筑,7,大型桥梁,8,9,机械,10,物体中承受荷载而起骨架作用的部分称为结构。,组成结构的各个部件称为构件（零件）。,11,1.强度要求：,工程结构安全工作，必须满足：,塔科马大桥（美国华盛顿洲）,构件抵抗破坏的能力称为强度。,12,2.刚度要求：,构件抵抗变形的能力称为刚度。,13,3.稳定性要求：,构件在外力作用下，具有保持原有平衡形式的能力称为稳定性。,14,从理论和试验两方面，研究构件的内力、应力和变形，在此基础上进行强度、刚度和稳定性计算，以便进行构件安全校核、合理选择构件的尺寸和材料、计算构件的承载能力。,材料力学的任务：,选择构件尺寸和材料的原则：,安全、经济,15,刚体静力学研究的物体,刚体,材料力学研究的物体,变形体,1-2变形固体的概念及其基本假设,在刚体静力学中，忽略了物体的变形，将所研究的对象抽象为刚体。实际上，任何固体受力之后其内部质点之间均将产生相对运动，使其初始位置发生改变，称之为位移（displacement），从而导致物体发生变形（deformation）。,材料力学将刚体静力学中的等效、简化以及平衡的概念和方法加以扩展（根据什么原理？），并应用于变形体，分析变形体在荷载作用下产生的内力以及内力分量，并作为其后强度、刚度和稳定性分析的基础。,16,2.均匀性假设,3.各向同性假设,假设物体内部充满了物质，没有任何空隙。,假设物体内各处的力学性质均相同。,假设材料在各个方向的力学性质均相同。,1.连续性假设,基本假设,17,当变形固体所受外力不超过某一范围时，若除去外力，则变形可以完全恢复，这种变形称为弹性变形。若外力超过这一范围，则除去外力后，变形不会全部恢复，其中不能恢复的变形称为塑性变形或残余变形、永久变形。,变形固体受外力作用后将产生变形。如果变形的大小较之物体原始尺寸小得多，这种变形称为小变形。,在小变形情况下，研究构件的平衡以及内部受力等问题时，可忽略这种小变形的影响。,小变形,弹性,18,根据几何形状的不同，构件可分为杆、板和壳、块体三大类。材料力学主要研究杆（或称为杆件)，其它几类构件的分析需用弹性力学的方法。,1-3杆件及其变形形式,19,杆件：直杆、曲杆；等截面杆、变截面杆。,材料力学主要研究-等截面直杆,20,1.轴向拉伸或压缩,直杆受到与轴线重合的外力作用时，杆的变形主要是轴线方向的伸长或缩短，这种变形称为轴向拉伸或压缩。,一、杆的基本变形,21,2.扭转,直杆在垂直于轴线的平面内，受到大小相等、方向相反的力偶作用时，各横截面发生相对转动，这种变形称为扭转。,22,3.弯曲,直杆受到垂直于轴线的外力或在包含轴线的平面内的力偶作用时，杆的轴线由直变弯，这种变形称为弯曲。,23,一、外力和内力,物体在外力或其它因素作用下将产生变形、体内各点发生相对位移，从而产生的各部分之间的附加作用力，称为内力。,外力包括荷载和约束反力。可从不同的角度分类。,1-4应力,24,内力计算：,截开,代替,平衡,在需求内力的截面处,用一假想截面将杆件截为两部分。,移走其中任一部分，将其对留下部分的作用用该截开面上的内力来代替。,对留下部分建立平衡方程，求解截开面上的未知内力。,截面法,25,在一定条件下，杆件所有内力分量作用的效果，可以视为各个内力分量单独作用效果的叠加。通常可归结为三组平面内内力分量与外力：,称为轴力。,称为剪力。,1.FN,2.FQy、FQz,称为扭矩。,称为弯矩。,3.Mx,4.My、Mz,26,p表示一点处内力的集度，称为应力。,A上的平均应力；,M点处的总应力,正应力切应力,垂直于截面的应力，称为正应力，用表示。,位于截面内的应力，称为切应力，用表示。,二、应力,27,在国际单位制中，应力单位是帕斯卡（Pascal），简写成帕（Pa），也可以是兆帕(MPa)或吉帕(GPa)。,思考题：应力与内力有何区别？又有何联系？,28,一、位移,变形位移,物体内各点由变形所产生的位移称为变形位移。,物体中一点相对于原来位置所移动的直线距离称为线位移。,物体中某一直线(平面)相对于原位置转过的角度称为角位移。,1-5位移和应变,29,二、应变,线应变,切应变,=+,通过一点处的互相垂直的两线段之间所夹直角的改变量称为切应变，用表示。,30,思考题：变形位移与刚体位移有何区别？应变与变形位移有何关系？,31,1-6材料力学的特点,1.内容的系统性比较强,材料力学内容的主线是分析和计算杆的应力和变形；根据杆的危险点处的应力进行强度计算；在某些情况下，求出杆的最大变形进行刚度计算；对一定受力情况下的某些杆进行稳定计算。,32,2.有科学的研究方法,材料力学的方法是通过试验现象的观察和分析，忽略次要因素，保留主要因素，在基本假设之外，再作某些假设，然