华北理工大学材料力学刘文增第五版第1章绪论

1、材料力学材料力学Mechanics of Materials赵玉民单位：建工学院力学教研室电话课教师：授课教师：第第1章章 绪绪 论论1.1 材料力学的任务材料力学的任务一、构件的概念及特点一、构件的概念及特点1 1、构件、构件(element)(element)工程中的受力结构称为工程结构，工程结构的组成部分称为结构构件，简称为构件。2 2、构件的特点、构件的特点承载能力有限,需要设计计算。二、构件正常工作的要求二、构件正常工作的要求1 1强度要求强度要求强度强度(strength)(strength)：构件抵抗外力破坏(破裂或出 现过大的塑性变形)的能力。强度要求

2、：强度要求：在规定的载荷作用下构件应有足够的抵抗破坏的能力。工程结构图工程结构图吊车图吊车图刚度要求刚度要求刚度刚度(stiffness)(stiffness)：构件在外力作用下,抵抗弹性变形的能力。刚度要求：刚度要求：构件在规定的载荷作用下应有足够的抵抗变形的能力，使之不超过工程允许的范围。稳定性要求稳定性要求稳定性稳定性(stability)(stability)：构件在外力作用下,抵抗原有平衡状态发生改变的能力。稳定性要求：稳定性要求：构件在规定的载荷作用下应有足够的保持原有平衡状态的能力。吊车图工程结构图工程结构图q注意：注意：强度是构件必须满足的基本要求。工程中有些构件不需要考虑刚度

3、要求。有些构件不存在稳定性问题。.2变形固体的基本假设变形固体的基本假设研究构件的强度，刚度和稳定性问题，为构件的设计提出必要的理论基础和计算方法。四、材料力学的研究方法四、材料力学的研究方法理论研究和试验分析相结合的方法。三、材料力学的任务三、材料力学的任务一、变形固体一、变形固体在外力作用下可变形的固体。二、变形固体的基本假设二、变形固体的基本假设连续性假设连续性假设认为组成固体的物质不留空隙地充满了固体的体积。均匀性假设均匀性假设认为在固体内到处有相同的力学性能。各向同性假设各向同性假设认为无论沿任何方向，固体的力学性能都是相同的。.外力及其分类外力及其分类一、外力一、外力二、外力分类二

4、、外力分类周围物体对构件的作用。按作用方式划分：按作用方式划分：外力表面力体积力（如：重力，惯性力）集中力面分布力线分布力2 2按作用趋势划分：按作用趋势划分：外力主动力，又称为载荷约束力静载荷动载荷1.4内力、截面法和应力的概念内力、截面法和应力的概念一、内力一、内力(internal force)定义：定义：物体内部各部分之间因外力作用而引起的附加相互作用力称为内力。性质：性质：内力随外力的出现而出现增大而增大；物体内部质点间的相对位移随内力的增大而增大。截面上的内力：截面上的内力：特点特点：为连续分布的分布力系。概念概念：指某截面上截面两侧质点间的相互作用力。截面上分布力系向某一点简化得

5、到的主矢FR和主矩M及他们的各个分量(FNx,FQy,FQz,Mx,My,Mz)简称为截面截面上的内力上的内力。二、截面法二、截面法截面法：截面法：用截面假想地把构件分成两部分，以显示并确定内力的方法称为截面法。截面法求内力的三个步骤：截面法求内力的三个步骤：()沿欲求内力截面截开，保留一部分；()用内力代替舍去部分的作用；()利用静力平衡方程求内力。 例.1钻床如图所示，在载荷F作用下，试确定m-m截面上的内力。解：()沿m-m面假想截开，将钻床分成两部分，取上半部分为研究对象。()确定内力分量，建立坐标系。()由平衡条件求内力。由：0, 0NyFFF0, 0MFaMo得：FFNFaM 三、

6、应力三、应力(stress)1 . 1 . 定义定义: : 截面内某一点处分布内力的集度称为该点的应力。2 . 2 . 定义式：定义式：AFpm00limlim(1.1)mAAFppA 平均应力：应力：3 .3 .应力的两个分量：应力的两个分量：(1)正应力 ：与截面正交的分量。(2)切应力 ：与截面相切的分量，又称切应力。4 .4 .应力单位应力单位: :基本单位：牛/米2（N/m2)称为帕斯卡记为：Pa。常用单位：KPa(103Pa)，Mpa(106Pa)，GPa(109Pa).1.5 变形与应变变形与应变一、变形一、变形(deformation)2.2.度量：度量：二、应变二、应变(st

7、rain)(strain)（1）线应变：固体质点间的相对位移量。 1. 1.定义：定义：变形固体某一微小部分的相对变形量。固体质点之间产生相对运动称为变形。1. 1.应变的概念：应变的概念：平均线应变：xsMNMNNMm线应变：xsMNMNNMMNMNlimlim00（2）切应变（角应变）：NMLMLMN2lim002.2.应变分量：应变分量：1.6 1.6 杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式2. 2. 小变形问题的简化计算：小变形问题的简化计算：1. 1. 小变形问题：小变形问题：一、杆件一、杆件(bar)(bar)的概念的概念构件的变形较构件外形尺寸为微小量时的受力变形问题。简化方法：将

8、位移、变形和应变作为微量来处理。1. 1. 构件类型：构件类型：杆：板：壳：块：2. 2. 杆件的两个要素：杆件的两个要素：3. 3. 杆件分类：杆件分类：等截面直杆，变截面直杆，等截面曲杆，变截面曲杆。轴线横截面三、小变形问题的计算三、小变形问题的计算吊车图如：原始尺寸法。二、杆件的基本变形二、杆件的基本变形1. 1. 轴向拉伸或压缩：轴向拉伸或压缩：2. 2. 剪切：剪切：受力特征：受力特征：外力合力作用线与杆轴线重合。变形特征：变形特征：主要是轴向伸长或缩短。变形特征变形特征：相邻截面发生相对错动变形。受力特征受力特征：杆件受到大小相等方向相反作用线很近的一对横向外力作用。3. 3. 扭转：扭转：4. 4. 弯曲：弯曲：变形特变形特征征：杆件横截面间发生绕轴线相对转动。受力特受力特征征：横：横截面外力合力为垂直于杆轴线的力偶。受力特征受力特征：受到横向外力作用。变形特征变形特征：杆轴线的曲率发生改变。16381638年：年：关于两种新科学的叙述关于两种新科学的叙述与证明与证明标志材料力学的开端。标志材料力学的开端。达芬奇达芬奇伽利略伽利略研究：确定作用在结构构件上的力研究：确定作用在结构构件上的力以及通过材料试验确定材料的强度以及通过材料试验确