材料力学绪论实用教案

1、第1章（目录( m l )）第1章（目录(ml)）第一章第一章 绪绪 论论1.1 材料力学的任务材料力学的任务1.2 变形固体的基本假设变形固体的基本假设1.3 杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式1.4 材料力学与生产实践的关系材料力学与生产实践的关系*材料力学材料力学(ci lio l xu)(ci lio l xu)第1页/共44页第一页，共45页。第一章第一章 绪论绪论(xln)(xln)一、一、理论力学与材料力学的比较理论力学与材料力学的比较二、二、材料力学的任务材料力学的任务三、材料力学与其它课程的关系三、材料力学与其它课程的关系1.1 材料力学(ci lio l xu)的任务1

2、. 1 1 . 1 材料力学的任务( r n w u )( r n w u )（目录）第2页/共44页第二页，共45页。1.1 1.1 材料力学材料力学(ci lio l xu)(ci lio l xu)的任务的任务一、理论力学一、理论力学(l xu)与材料力学与材料力学(l xu)的比的比较较研究对象：研究对象：研究内容：研究内容：研究手段：研究手段： 理论力学理论力学(l xu) (l xu) 材料力材料力学学(l xu)(l xu)刚体刚体 变形体变形体外力外力和和运动运动内力内力和和变形变形平衡方程平衡方程截面法截面法 + + 平衡方程平衡方程一、理论力学与材料力学的比较第3页/共44

3、页第三页，共45页。1.1 1.1 材料力学材料力学(ci lio l xu)(ci lio l xu)的任务的任务二、材料力学二、材料力学(ci lio l xu)的任务的任务1.三个名词(mng c) 如：如：机器中的机器中的轴轴、连杆连杆、螺栓螺栓 建筑物中的建筑物中的板板、梁梁、柱柱 构件构件 载荷载荷(荷载荷载) 变形变形组成机器或建筑物的组成机器或建筑物的部件部件构件的构件的重量重量和作用在构件上的和作用在构件上的外力外力在载荷作用下构件的在载荷作用下构件的形状形状和和尺寸尺寸的的改变改变二、材料力学的任务（1 1三个名词）也称为也称为形变形变第4页/共44页第四页，共45页。1.

4、1 1.1 材料力学材料力学(ci lio l xu)(ci lio l xu)的任务的任务 为设计既安全为设计既安全(nqun)(nqun)又经济的构件提供理论和计算方又经济的构件提供理论和计算方法法即：研究即：研究(ynji)(ynji)构件的强度、刚度和稳定性问题构件的强度、刚度和稳定性问题2.材料力学的任务材料力学的任务 刚刚 度度 强强 度度 稳定性稳定性即：即：构件保持原有构件保持原有平衡平衡形式的能力形式的能力 构件抵抗构件抵抗破坏破坏的能力的能力构件抵抗构件抵抗变形变形的能力的能力构件抵抗构件抵抗失稳失稳的能力的能力二、材料力学的任务（2 2材料力学的任务）第5页/共44页第五

5、页，共45页。1.1 1.1 材料力学材料力学(ci lio l xu)(ci lio l xu)的任务的任务 2000年年12月月1日下午日下午2:30左右，东莞市厚街镇赤岭左右，东莞市厚街镇赤岭(ch ln)工业工业区内，一幢擅自由一层加至到三层的私人建筑物突然发生整体倒塌。区内，一幢擅自由一层加至到三层的私人建筑物突然发生整体倒塌。当场上百人被埋，至少当场上百人被埋，至少8人死亡，人死亡，32人受伤。人受伤。二、材料力学的任务( r n w u )( r n w u )（实例）第6页/共44页第六页，共45页。1.1 1.1 材料力学材料力学(ci lio l xu)(ci lio l

6、xu)的任务的任务 2008 2008年年 1 1月月2626日湖北日湖北咸宁供电公咸宁供电公司输电部员司输电部员工工(yungng)(yungng)在在110110千伏桂千伏桂犀线犀线3838号铁号铁塔上破冰抢塔上破冰抢修修 二、材料力学的任务( r n w u )( r n w u )（实例）第7页/共44页第七页，共45页。1.1 1.1 材料力学材料力学(ci lio l xu)(ci lio l xu)的任务的任务 2008年年1月月31日下午，湖北咸宁学院篮球场风雨棚不堪积雪重压，日下午，湖北咸宁学院篮球场风雨棚不堪积雪重压，发生坍塌。正在球场内打球发生坍塌。正在球场内打球(d q

7、i)的的11名学生被砸伤，其中名学生被砸伤，其中1人经抢救人经抢救无效死亡。无效死亡。 二、材料力学的任务( r n w u )( r n w u )（实例）第8页/共44页第八页，共45页。1.1 1.1 材料力学材料力学(ci lio l xu)(ci lio l xu)的任务的任务 受连日的恶劣天气影响，位于江西省南昌县泾口乡水各村的受连日的恶劣天气影响，位于江西省南昌县泾口乡水各村的220千千伏南梅伏南梅I线线0075号高压铁塔号高压铁塔(tit)倒塌。该塔的倒塌给南昌至抚州方向的倒塌。该塔的倒塌给南昌至抚州方向的供电造成较大影响。（供电造成较大影响。（2008年年2月月1日摄）日摄）

8、二、材料力学的任务( r n w u )( r n w u )（实例）第9页/共44页第九页，共45页。1.1 1.1 材料力学材料力学(ci lio l xu)(ci lio l xu)的任务的任务 2008年年2月月1日，贵州电建二公司工人正在抢修位于龙里县日，贵州电建二公司工人正在抢修位于龙里县210国道国道(u do)附近观音山上垮塌的电网。附近观音山上垮塌的电网。 由于贵州出现持续低温、凝冻天气，电网线上的覆冰加厚。由于贵州出现持续低温、凝冻天气，电网线上的覆冰加厚。 二、材料力学的任务( r n w u )( r n w u )（实例）第10页/共44页第十页，共45页。1.1 1

9、.1 材料力学材料力学(ci lio l xu)(ci lio l xu)的任务的任务二、材料力学( c i l i o l x u )( c i l i o l x u )的任务（实例）中中新新网网台台州州2008年年8月月21日日电：电： 2008 2008年年8 8月月2121日上午，甬台温铁路浙江黄岩金寺堂特大桥工程项日上午，甬台温铁路浙江黄岩金寺堂特大桥工程项目目3838号墩号墩0 0号块梁板发生坍塌事故，号块梁板发生坍塌事故，240240多吨的梁板掉落，埋住多吨的梁板掉落，埋住4 4人，人，其中其中2 2人死亡。人死亡。据据“821”“821”事故情况通报，现初步查明事故系施工人员

10、擅自拆事故情况通报，现初步查明事故系施工人员擅自拆除翼板部位除翼板部位(bwi)(bwi)支撑钢管时支架失稳导致。支撑钢管时支架失稳导致。 第11页/共44页第十一页，共45页。1.1 1.1 材料力学材料力学(ci lio l xu)(ci lio l xu)的任务的任务理论分析理论分析实验分析实验分析3.材料力学的研究材料力学的研究(ynji)方法方法提出提出(t ch)(t ch)构件的内力和变形的理论计算构件的内力和变形的理论计算公式公式测定材料的力学性能测定材料的力学性能测量构件的内力和变形测量构件的内力和变形检验理论计算公式的正确性与误差检验理论计算公式的正确性与误差二、材料力学的

11、任务（3 3材料力学的研究方法）第12页/共44页第十二页，共45页。1.1 1.1 材料力学材料力学(ci lio l xu)(ci lio l xu)的任务的任务三、材料力学与其它课程三、材料力学与其它课程(kchng)的关系的关系 材料力学是一门材料力学是一门(y mn)(y mn)技术基础课，技术基础课， 是沟通是沟通基础课基础课与与专业课专业课的桥梁。的桥梁。即：即：以数学和理论力学为基础，以数学和理论力学为基础， 是其它技术基础课和专业课的基础。是其它技术基础课和专业课的基础。力学力学既是一门基础学科，又是一门应用性很强的学科。既是一门基础学科，又是一门应用性很强的学科。三、材料力

12、学与其它课程的关系（1 1）第13页/共44页第十三页，共45页。1.1 1.1 材料力学材料力学(ci lio l xu)(ci lio l xu)的任务的任务三、材料力学与其它三、材料力学与其它(qt)课程的关系课程的关系 材料力学是一门与工程实际紧密结合的变形固体力材料力学是一门与工程实际紧密结合的变形固体力学入门的技术基础课，它的研究内容属于两个学科。第学入门的技术基础课，它的研究内容属于两个学科。第一个学科是固体力学，即研究构件在外力和温度作用下一个学科是固体力学，即研究构件在外力和温度作用下的应力和变形，称为应力分析。第二个学科是材料科学的应力和变形，称为应力分析。第二个学科是材料

13、科学中的材料的力学行为，即研究材料在外力和温度作用下中的材料的力学行为，即研究材料在外力和温度作用下的变形性能和失效行为，称为力学性能研究。的变形性能和失效行为，称为力学性能研究。 材料力学是在实验的基础上，为工程中的构件设计材料力学是在实验的基础上，为工程中的构件设计提供理论依据和方法提供理论依据和方法(fngf)(fngf)，以保证所设计的构件具，以保证所设计的构件具有足够的强度、刚度和稳定性。有足够的强度、刚度和稳定性。 三、材料力学与其它课程的关系（内容）第14页/共44页第十四页，共45页。1.1 1.1 材料力学材料力学(ci lio l xu)(ci lio l xu)的任务的任

14、务三、材料力学与其它三、材料力学与其它(qt)课程的关系课程的关系 如前所述，材料力学是研究材料在载荷作用下所表现出的如前所述，材料力学是研究材料在载荷作用下所表现出的变形与破坏的性质以及构件抵抗变形、破坏、失稳能力变形与破坏的性质以及构件抵抗变形、破坏、失稳能力(nngl)(nngl)的一门学科。的一门学科。三、材料力学与其它课程的关系（要求） 构件抵抗破坏、变形、失稳的能力是构件抵抗破坏、变形、失稳的能力是与材料有关与材料有关的。的。 为什么这门课程称为为什么这门课程称为材料力学材料力学？第15页/共44页第十五页，共45页。1.1 1.1 材料力学材料力学(ci lio l xu)(ci

15、 lio l xu)的任务的任务三、材料力学三、材料力学(ci lio l xu)与其它课程的关系与其它课程的关系三、材料力学( c i l i o l x u )( c i l i o l x u )与其它课程的关系（要求）2.不不同的材料同的材料在在同样的受力同样的受力情况下的情况下的变形变形是不同的、是不同的、 所能承受的最大载荷所能承受的最大载荷也是不同的也是不同的(如：如：铁丝与橡皮铁丝与橡皮 筋筋)。1.同一种材料同一种材料在在不同的受力不同的受力(如如受拉受拉和和受扭受扭)情况下的情况下的 破坏形式破坏形式是不同的是不同的(如：如：粉笔粉笔)；例如：例如：第16页/共44页第十六

16、页，共45页。1.1 1.1 材料力学材料力学(ci lio l xu)(ci lio l xu)的任务的任务三、材料力学三、材料力学(ci lio l xu)与其它课程的关与其它课程的关系系三、材料力学( c i l i o l x u )( c i l i o l x u )与其它课程的关系（要求）工程实际问题的解决方法工程实际问题的解决方法(过程过程): : 实际问题实际问题力学模型力学模型数学模型数学模型求解求解 在材料力学课程的教学过程中，主要：在材料力学课程的教学过程中，主要： 1. .教授教授学生求解构件的强度、刚度和稳定性等力学问学生求解构件的强度、刚度和稳定性等力学问题的题的

17、技能；技能； 2. .培养培养学生将工程实际问题提炼成力学问题学生将工程实际问题提炼成力学问题(即即力学力学建模建模)的的能力能力。 工程师创新工程师创新力学家创新力学家创新数学家创新数学家创新第17页/共44页第十七页，共45页。第一章第一章 绪论绪论(xln)(xln)1.2 变形(bin xng)固体的基本假设1 . 2 1 . 2 变形固体的基本假设( j i s h )( j i s h )（目录）一、一、变形固体的概念变形固体的概念二、二、变形固体的两种变形变形固体的两种变形三、变形固体的基本假设三、变形固体的基本假设四、变形的假设四、变形的假设第18页/共44页第十八页，共45页

18、。1.2 1.2 变形固体的基本变形固体的基本(jbn)(jbn)假设假设一、变形固体一、变形固体(gt)(gt)的概念的概念 物质常见的三种状态：固态、液态物质常见的三种状态：固态、液态(yti)(yti)和气和气态态变形固体变形固体在载荷的作用下发生变形的固体在载荷的作用下发生变形的固体一、变形固体的概念也称为也称为可变形固体可变形固体 只有只有固体固体(固态固态物质物质)可以用作构件的材料可以用作构件的材料第19页/共44页第十九页，共45页。二、变形二、变形(bin xng)(bin xng)固体的两种变形固体的两种变形(bin (bin xng)xng)弹性变形弹性变形塑性变形塑性变

19、形又称为残余变形又称为残余变形(bin xng)(bin xng)或永或永久变形久变形(bin xng)(bin xng)载荷除去后载荷除去后 能能 自行自行(zxng)(zxng)消失的消失的变形变形载荷除去后载荷除去后不能不能自行消失的变形自行消失的变形1. .2 变形固体的基本假设变形固体的基本假设二、变形固体的两种变形是材料本身的一种特性，是指物体在外力是材料本身的一种特性，是指物体在外力作用下发生变形，当外力除去后物体能作用下发生变形，当外力除去后物体能恢恢复复原来大小和形状原来大小和形状的性质。的性质。弹性弹性塑性塑性也是材料本身的一种特性，是指物体在外力下也是材料本身的一种特性，

20、是指物体在外力下产生产生永久变形而不破坏永久变形而不破坏的能力。的能力。第20页/共44页第二十页，共45页。二、变形二、变形(bin xng)(bin xng)固体的两种变形固体的两种变形(bin (bin xng)xng)1.2 1.2 变形固体变形固体(gt)(gt)的基本假设的基本假设 对于对于(duy)(duy)给定的材料，当载荷小于某一数值时，给定的材料，当载荷小于某一数值时，所产生的变形是弹性变形；当载荷超过某一数值时，所产所产生的变形是弹性变形；当载荷超过某一数值时，所产生的变形是弹性变形加上塑性变形。生的变形是弹性变形加上塑性变形。二、变形固体的两种变形第21页/共44页第二

21、十一页，共45页。三、变形三、变形(bin xng)(bin xng)固体的基本假设固体的基本假设1.连续性假设(jish) 认为组成固体的物质不留空隙地充满认为组成固体的物质不留空隙地充满(chngmn)(chngmn)了固体了固体的整个体积的整个体积即：即：认为固体的性质是连续的认为固体的性质是连续的1. .2 变形固体的基本假设变形固体的基本假设三、变形固体的基本假设（1 . 1 . 连续性假设）第22页/共44页第二十二页，共45页。三、变形固体三、变形固体(gt)(gt)的基本假设的基本假设1.连续性假设连续性假设认为认为(rnwi)固体的性质是连续的固体的性质是连续的2.均匀(jn

22、yn)性假设 认为在固体内认为在固体内各处各处的材料的材料(力学性能力学性能)相同相同即：即：认为固体的性质不随坐标变化认为固体的性质不随坐标变化1. .2 变形固体的基本假设变形固体的基本假设三、变形固体的基本假设（2 . 2 . 均匀性假设）第23页/共44页第二十三页，共45页。三、变形三、变形(bin xng)固体的基本假设固体的基本假设1.连续性假设(jish)认为固体的性质是连续的2.均匀性假设认为(rnwi)固体的性质不随坐标变化3.各向同性假设各向同性假设1. .2 变形固体的基本假设变形固体的基本假设三、变形固体的基本假设（3 . 3 . 各向同性性假设）第24页/共44页第

23、二十四页，共45页。各向同性材料，如：各向同性材料，如：钢材钢材，塑料塑料，玻璃玻璃。各向异性材料，如：各向异性材料，如：木材木材，竹材竹材，胶合板胶合板。 钢材钢材 木材木材固体的各个方向有不同固体的各个方向有不同(b tn)(b tn)的力学性能的力学性能的性质的性质1.2 1.2 变形固体的基本变形固体的基本(jbn)(jbn)假设假设三、变形固体的基本假设（各向同性( x i n t n x n )( x i n t n x n )与各向异性）各向异性各向异性各向同性各向同性固体的各个方向有固体的各个方向有相同相同的力学性能的性质的力学性能的性质第25页/共44页第二十五页，共45页。

24、三、变形固体的基本三、变形固体的基本(jbn)假设假设1.连续性假设认为(rnwi)固体的性质是连续的2.均匀性假设认为(rnwi)固体的性质不随坐标变化3.各向同性假设各向同性假设 认为在固体认为在固体各个方向各个方向的力学性能相同的力学性能相同即：即：认为固体的性质不随方向变化认为固体的性质不随方向变化1. .2 变形固体的基本假设变形固体的基本假设三、变形固体的基本假设（3 . 3 . 各向同性性假设）第26页/共44页第二十六页，共45页。三、变形三、变形(bin xng)固体的基本假设固体的基本假设1.连续性假设认为(rnwi)固体的性质是连续的2.均匀性假设认为固体(gt)的性质不

25、随坐标变化3.各向同性假设各向同性假设认为固体的性质不随方向变化认为固体的性质不随方向变化1. .2 变形固体的基本假设变形固体的基本假设三、变形固体的基本假设（3 3个假设）第27页/共44页第二十七页，共45页。四、变形四、变形(bin xng)(bin xng)的假设的假设小变形小变形(bin xng)(bin xng)假设假设小变形小变形(bin (bin xng)xng)与与构件的原始尺寸构件的原始尺寸相比甚小的变形相比甚小的变形1. .2 变形固体的基本假设变形固体的基本假设三、变形固体的基本假设（4 .4 .小变形假设） 在小变形情况下，研究构件的在小变形情况下，研究构件的平衡平

26、衡和和运动运动时，可时，可忽忽略变形的影响略变形的影响，仍按变形前的原始尺寸，仍按变形前的原始尺寸( (即按刚体即按刚体) )进行进行分析、计算。分析、计算。认为构件的变形是微小的认为构件的变形是微小的第28页/共44页第二十八页，共45页。 总之，材料力学是把构件看作是连续的、均匀的和各向同性( xin tn xn)的变形固体，研究构件在小变形情况下、弹性范围内的内力和变形。1.2 1.2 变形固体的基本变形固体的基本(jbn)(jbn)假设假设三、变形( b i n x n g )( b i n x n g )固体的基本假设（总结）第29页/共44页第二十九页，共45页。第一章第一章 绪论

27、绪论(xln)(xln)1.3 杆件变形(bin xng)的基本形式一、材料力学的研究对象一、材料力学的研究对象二、杆件的四种基本变形形式二、杆件的四种基本变形形式1 . 3 1 . 3 杆件变形的基本( j b n )( j b n )形式（目录）第30页/共44页第三十页，共45页。1.3 1.3 杆件变形杆件变形(bin xng)(bin xng)的基本形式的基本形式一、材料力学一、材料力学(ci lio l xu)(ci lio l xu)的研究对象的研究对象1.工程工程(gngchng)中的构件中的构件杆杆板板壳壳块块梁，轴梁，轴楼板楼板屋顶，飞机机身屋顶，飞机机身 水坝，齿轮水坝，

28、齿轮一、材料力学的研究对象（1. .工程中的构件）第31页/共44页第三十一页，共45页。2.材料力学(ci lio l xu)的研究对象 杆杆 材料力学材料力学(ci lio l xu)(ci lio l xu)的研究对象是杆件的研究对象是杆件长度长度(chngd)(chngd)远大于其它两个横向尺寸的远大于其它两个横向尺寸的构件构件，简称为简称为杆杆 1. .3 杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式一、材料力学的研究对象（2 . .材料力学的研究对象）第32页/共44页第三十二页，共45页。(1)杆的两个主要几何(j h)因素 横截面横截面 轴轴 线线垂直于杆长度方向垂直于杆长度方向(fn

29、gxing)(fngxing)的截的截面面各横截面形心的连线各横截面形心的连线(lin xin)(lin xin)1. .3 杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式一、材料力学的研究对象（杆的两个主要几何因素）轴线轴线横截面横截面形心形心 横截面与横截面与轴线之间的关系：轴线之间的关系：相互垂直相互垂直第33页/共44页第三十三页，共45页。(2)杆的分类(fn li) 等截面杆等截面杆 变截面杆变截面杆 b.按轴线(zhu xin)的形式分为： a.按横截面的形式(xngsh)分为： 直杆直杆 曲杆曲杆 本课程主要研究的杆件：本课程主要研究的杆件： 等直杆等直杆横截面沿轴线不变的杆横截面沿轴线

30、不变的杆横截面沿轴线变化的杆横截面沿轴线变化的杆轴线为直线的杆轴线为直线的杆轴线为曲线的杆轴线为曲线的杆横截面沿轴线不变的直杆横截面沿轴线不变的直杆1. .3 杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式一、材料力学的研究对象（杆的分类）第34页/共44页第三十四页，共45页。1.3 1.3 杆件变形的基本杆件变形的基本(jbn)(jbn)形式形式一、材料力学( c i l i o l x u )( c i l i o l x u )的研究对象（2 .2 .材料力学( c i l i o l x u )( c i l i o l x u )的研究对象） 可见可见(kjin)(kjin)，材料力学是研究

31、最简单的固体力学问题：，材料力学是研究最简单的固体力学问题： 最简单的材料：连续的、均匀的、各向同性的材料最简单的材料：连续的、均匀的、各向同性的材料 最简单的变形：弹性小变形最简单的变形：弹性小变形 最简单的构件：等直杆最简单的构件：等直杆 但是，材料力学的研究方法可用于研究一些复杂的固体但是，材料力学的研究方法可用于研究一些复杂的固体力学问题。力学问题。第35页/共44页第三十五页，共45页。二、杆件的四种基本变形二、杆件的四种基本变形(bin xng)(bin xng)形式形式1.轴向拉伸(l shn)或压缩FFFF1.3 1.3 杆件变形杆件变形(bin xng)(bin xng)的基

32、本形式的基本形式二、杆件的四种基本变形形式（1. .轴向拉伸或压缩）第36页/共44页第三十六页，共45页。2.剪切剪切FF1.3 1.3 杆件变形的基本杆件变形的基本(jbn)(jbn)形式形式二、杆件的四种基本变形( b i n x n g )( b i n x n g )形式（2 .2 .剪切）第37页/共44页第三十七页，共45页。3.扭转(nizhun)即：即：MeMeMeMe1.3 1.3 杆件变形杆件变形(bin xng)(bin xng)的基本形式的基本形式二、杆件的四种基本( j b n )( j b n )变形形式（3 .3 .扭转）第38页/共44页第三十八页，共45页。4.弯曲(wnq)即：即：MeMeeMMe1.3 1.3 杆件变形杆件变形(bin xng)(bin xng)的基本形式的基本形式二、杆件的四种基本变形形式( x n g s