材料力学第一章 绪论

1、12本章内容本章内容:1 材料力学的任务与研究对象材料力学的任务与研究对象2 材料力学的基本假设材料力学的基本假设3 外力与内力外力与内力4 正应力与切应力正应力与切应力5 正应变与切应变正应变与切应变31. 1 材料力学的任务与研究对象材料力学的任务与研究对象本节内容：本节内容：1 基本概念基本概念2 材料力学的任务材料力学的任务 3 材料力学的研究对象材料力学的研究对象4 材料力学与工程问题材料力学与工程问题4理论力学理论力学变形固体变形固体材料力学属材料力学属固体力学固体力学研究研究刚体刚体，研究研究力力与与运动运动的关系。的关系。材料力学材料力学 研究研究变形体变形体， 研究研究力力与

2、与变形变形的关系。的关系。1 基本概念基本概念l 构件构件: 工程结构或机械的工程结构或机械的各组成部分。各组成部分。51 基本概念基本概念构件的分类：构件的分类：杆；杆；板、壳体；板、壳体；块体。块体。构件构件: 工程结构或机械的各组成部分。工程结构或机械的各组成部分。l 对构件的三项对构件的三项基本要求基本要求u 强度强度构件应具有足够构件应具有足够的的抵抗破坏抵抗破坏的能的能力。力。u 刚度刚度构件应具有足够的构件应具有足够的抵抗变形抵抗变形的能力。的能力。6u 刚度刚度构件应具有足够的构件应具有足够的抵抗变形抵抗变形的能力。的能力。u 稳定性稳定性构件应具有足够的构件应具有足够的保持其

3、原有平衡状态保持其原有平衡状态的能力的能力.2 材料力学的任务材料力学的任务1）研究构件的强度、刚度和稳定性；）研究构件的强度、刚度和稳定性；72 材料力学的任务材料力学的任务1）研究构件的强度、刚度和稳定性；）研究构件的强度、刚度和稳定性；2）研究材料的力学性能；）研究材料的力学性能；3）为合理解决工程构件设计中）为合理解决工程构件设计中安全性安全性与与经济性经济性之间的矛盾提供力学方面的依据。之间的矛盾提供力学方面的依据。3 材料力学的研究对象材料力学的研究对象l杆件：一个方向的尺寸远大于其他两个方杆件：一个方向的尺寸远大于其他两个方 向的尺寸的构件。向的尺寸的构件。8材料力学中，主要研究

4、杆件。材料力学中，主要研究杆件。轴线为直线的杆轴线为直线的杆: 直杆；直杆；轴线为曲线的杆轴线为曲线的杆: 曲杆；曲杆；横截面的大小形状横截面的大小形状不变的杆：等截面杆；不变的杆：等截面杆；否则否则: 变截面杆。变截面杆。等截面直杆等截面直杆 等直杆。等直杆。94 材料力学与工程问题材料力学与工程问题大量的工程问题需要用到材料力学的大量的工程问题需要用到材料力学的理论和方法。理论和方法。101112前起落架锁连杆安装螺栓前起落架锁连杆安装螺栓( (销子销子) )发生断裂。发生断裂。1314承力柱承力柱桥面桥面拉杆拉杆缆索缆索15缆索缆索长度可调的拉杆长度可调的拉杆防撞护栏防撞护栏161718

5、H 大型水利工程设施大型水利工程设施长长江江三三峡峡工工程程19204 材料力学的研究方法材料力学的研究方法新理论、新设计、新结构的实验研究或验证。新理论、新设计、新结构的实验研究或验证。实验方法在材料力学中占有实验方法在材料力学中占有重要地位重要地位。l 。215 材料力学与理论力学等课程的关系材料力学与理论力学等课程的关系l 与理论力学的关系与理论力学的关系理论力学中对理论力学中对刚体模型刚体模型得到的原理和方法，得到的原理和方法，对材料力学中的对材料力学中的变形体变形体是否可用？是否可用？例如：平衡原理与平衡方法；例如：平衡原理与平衡方法；力系的等效与简化。力系的等效与简化。理论力学是材

6、料力学的基础。理论力学是材料力学的基础。理论力学的研究模型是理论力学的研究模型是刚体刚体；材料力学的研究模型是材料力学的研究模型是变形体变形体。l 材料力学的后续课程材料力学的后续课程22l 材料力学的后续课程材料力学的后续课程力学测试，力学测试， 机械原理，机械原理，复合材料力学、复合材料力学、结构力学，结构力学， 弹性力学弹性力学,疲劳与断裂力学等。疲劳与断裂力学等。236 教学要求等事宜教学要求等事宜材料力学材料力学是一门重要的基础课，要学好是一门重要的基础课，要学好材料力材料力学学必须要必须要下一些功夫下一些功夫。n 几条建议几条建议：1、 正确理解和掌握正确理解和掌握基本概念基本概念

7、；2、 熟练掌握熟练掌握基本定理和公式基本定理和公式；3、 课后课后及时看书复习及时看书复习，注意，注意归纳总结归纳总结；4、 认真、及时地完成课后作业认真、及时地完成课后作业；5、 有问题有问题及时答疑及时答疑。一定要自己做一定要自己做！24n 作业要求作业要求题目可以不抄，但：题目可以不抄，但： 1 1 必须写明必须写明 已知已知 ， ，求，求 。 2 2 原题图原题图一定要画出；一定要画出； 3 3 解题所需的解题所需的受力图受力图、内力图内力图等，一定要等，一定要认真画出。认真画出。n 作业的批改作业的批改按规定，批改三分之一的作业。按规定，批改三分之一的作业。每个人的作业都批改，批改

8、三分之一左右的每个人的作业都批改，批改三分之一左右的题目。题目。25n “缺交作业缺交作业”n 答疑安排答疑安排n 成绩成绩平时成绩平时成绩 占占 30 30 ； 期末考试期末考试 占占 70 70 n 参考书参考书书名均为书名均为“材料力学材料力学”1 1 孙训方孙训方 主编；主编；2 2 刘鸿文刘鸿文 主编主编3 3 范钦珊范钦珊 主编主编 （清华大学），等等。（清华大学），等等。261. 2 材料力学的基本假设材料力学的基本假设在材料力学中，对变形固体作如下在材料力学中，对变形固体作如下假设假设：灰口铸铁的显微组织灰口铸铁的显微组织球墨铸铁的显微组织球墨铸铁的显微组织1. 连续性连续性假

9、设：假设：认为整个物体所占空间内毫无认为整个物体所占空间内毫无空隙地充满物质。空隙地充满物质。272. 均匀性均匀性假设：假设：普通钢材的显微组织普通钢材的显微组织优质钢材的显微组织优质钢材的显微组织认为物体内的任何部分，其认为物体内的任何部分，其力学性能相同。力学性能相同。3. 各向同性各向同性假设：假设：认为物体在各个不同方向上认为物体在各个不同方向上的力学性能相同。的力学性能相同。u 各向异性各向异性283. 各向同性各向同性假设：认为物体内在各个不同方向假设：认为物体内在各个不同方向 上的力学性能相同。上的力学性能相同。4.4.小变形小变形假设：假设：因此，在因此，在列列平衡方程平衡方

10、程求力时，可忽略变形，仍求力时，可忽略变形，仍认为认为构件的变形构件的变形极其微小极其微小，比构件本身尺寸要小得多比构件本身尺寸要小得多。用用变形前变形前的形状和尺寸。的形状和尺寸。 原始尺寸原理原始尺寸原理291. 3 外力与内力外力与内力外力是外部物体对构件的作用力，包括外加载外力是外部物体对构件的作用力，包括外加载荷和约束反力。荷和约束反力。1. 按外力在构件表面的分布情况按外力在构件表面的分布情况:2. 按外力是否随时间变化分为按外力是否随时间变化分为：静载荷静载荷和和动载荷动载荷1）分布力：）分布力：2）集中力：）集中力：连续分布在构件表面上某一范围连续分布在构件表面上某一范围的力。

11、的力。作用在构件上的力可以简化为作用在构件上的力可以简化为作用于一点处的力。作用于一点处的力。302. 按外力是否随时间变化分为：按外力是否随时间变化分为：静载荷静载荷和和动载荷动载荷1）静载荷：）静载荷：载荷缓慢地由零增加到某一定值载荷缓慢地由零增加到某一定值后，就保持不变或变动很不显著后，就保持不变或变动很不显著的载荷。的载荷。2）动载荷：）动载荷：动载荷又可分为：动载荷又可分为：交变载荷交变载荷和和冲击载荷冲击载荷。载荷随时间而变化。载荷随时间而变化。31二二 内力与截面法内力与截面法1. 内力内力内力内力 由于变形引起的物体内部的由于变形引起的物体内部的附加力附加力。物体受外力作用后，

12、由于变形，其内部各点均物体受外力作用后，由于变形，其内部各点均会发生相对位移，因而产生相互作用力。会发生相对位移，因而产生相互作用力。322. 截面法截面法为求出内力，采用截面法。为求出内力，采用截面法。(1)(1)连续分布力系；连续分布力系；(2)(2)与外力组成平衡力系。与外力组成平衡力系。33l 内力的主矢和主矩内力的主矢和主矩以后讲内力以后讲内力，就是指内力主矢和主矩就是指内力主矢和主矩: FR，M。一般是向截面的一般是向截面的形心形心简化的主矢和主矩。简化的主矢和主矩。l 内力的分量内力的分量34主矢主矢主矩主矩xyzNTQyQzMyMzl 内力的分量内力的分量N 轴力轴力;T 扭矩

13、扭矩;Qy, Qz 剪力剪力;My, Mz 弯矩弯矩 。35l 截面法的步骤截面法的步骤沿截面假想地截开，留下一部分作为研究对沿截面假想地截开，留下一部分作为研究对象，弃去另一部分；象，弃去另一部分；用作用于截面上的内力代替弃去部分对留下部用作用于截面上的内力代替弃去部分对留下部分的作用；分的作用；对留下部分，列平衡方程求出内力。对留下部分，列平衡方程求出内力。36l 几点说明几点说明对留下部分，列平衡方程求出内力。对留下部分，列平衡方程求出内力。u可任取一部分为研究对象；可任取一部分为研究对象； u截面通常是指截面通常是指横截面横截面；u 用平衡条件求内力时，可以作力系等效；用平衡条件求内力

14、时，可以作力系等效；u 内力的方向可以假设。内力的方向可以假设。 37例例 1 钻床钻床 书例书例(1. 1)已知已知：P。求求： 截面截面m-m上的内力。上的内力。解：解：用用截面截面m-m将将钻床截为两部分，钻床截为两部分，取上半部分为研究对象，取上半部分为研究对象，受力如图。受力如图。列平衡方程列平衡方程:0X0Q0YPN 0)(FOM0MPaPaM NQM38为了表示内力在一点处的强度，引入为了表示内力在一点处的强度，引入内力分布内力分布集度集度, ,即即应力应力的概念。的概念。 avFpAs sa0limAFpA k FA C点的点的k应力是应力是矢量矢量。 正应力正应力； 剪应力剪

15、应力。t tpasinp atcosp1. 4 正应力与切应力正应力与切应力39 p k点的点的全全应力应力。应力是应力是矢量矢量。s s 正应力正应力；t t 剪应力剪应力。s sakt tp应力的单位：应力的单位：N/m2，Pa (帕斯卡)MPa ,GPaPa,10MPa16Pa10GPa19工程单位：工程单位：2kg/cm换算关系：换算关系：MPa10.kg/cm12401. 5 正应变与切应变正应变与切应变1. 位移位移1)1)刚性位移：刚性位移：2)2)变形位移变形位移MM取一微正六面体，取一微正六面体，两种基本变形：两种基本变形： 单元体单元体。线段线段长度的变化长度的变化, ,

16、线变形线变形。线段间线段间夹角的变化夹角的变化， 角变形角变形。如右图如右图MMkabkab(a)(b)412. 应变应变为了度量为了度量变形的程度变形的程度，引入应变的概念。，引入应变的概念。变形前长为：变形前长为： s变形后长为：变形后长为： s + u沿沿x方向的变形为：方向的变形为： uka棱边方向的棱边方向的平均应变平均应变：avusl 正应变（线应变）正应变（线应变）k点沿ka棱边方向的棱边方向的平均应变平均应变：0limsus 42l 剪应变（切应变）剪应变（切应变）切应变切应变: 变形前互相变形前互相垂直垂直的两条直线，变形后的两条直线，变形后用用表示，单位为表示，单位为rad其其直角的改变量直角