工学材料力学绪论PPT教案

1、会计学1工学材料力学绪论工学材料力学绪论2桥梁结构桥梁结构1 1 、材料力学的任务材料力学的任务二二目目录录第1页/共46页3航空航天航空航天目目录录第2页/共46页4强强 度：度：即抵抗破坏的能力即抵抗破坏的能力刚刚 度：度：即抵抗变形的能力即抵抗变形的能力稳定性：稳定性：即保持原有平衡状态的能力即保持原有平衡状态的能力 构件的强度、刚度和稳定性不仅与构件的构件的强度、刚度和稳定性不仅与构件的形状有关，而且与所用材料的力学性能有关，形状有关，而且与所用材料的力学性能有关，因此在进行理论分析的基础上，实验研究是完因此在进行理论分析的基础上，实验研究是完成材料力学的任务所必需的途径和手段。成材料

2、力学的任务所必需的途径和手段。构件的承载能力构件的承载能力目目录录材料力学的任务材料力学的任务第3页/共46页5四川彩虹桥坍塌四川彩虹桥坍塌目目录录第4页/共46页6目目录录美美国国纽纽约约马马尔尔克克大大桥桥坍坍塌塌第5页/共46页7目目录录1 1、材料力学的任务材料力学的任务第6页/共46页8目目录录第7页/共46页9目目录录比比萨萨斜斜塔塔第8页/共46页102 2 、变形固体的基本假设变形固体的基本假设三三连续性假设：连续性假设：认为整个物体体积内毫无空隙地充满物质认为整个物体体积内毫无空隙地充满物质 在外力作用下，一切固体都将发生变形，故称在外力作用下，一切固体都将发生变形，故称为变

3、形固体，而构件一般均由固体材料制成，故构为变形固体，而构件一般均由固体材料制成，故构件一般都是变形固体。件一般都是变形固体。均匀性假设：均匀性假设：认为物体内的任何部分，其力学性能相同认为物体内的任何部分，其力学性能相同各向同性假设：各向同性假设：认为在物体内各个不同方向的力学性能相同认为在物体内各个不同方向的力学性能相同目目录录第9页/共46页11小变形与线弹性范围小变形与线弹性范围A AB BC CF F12 远小于构件的最小远小于构件的最小尺寸，所以通过节点平衡求尺寸，所以通过节点平衡求各杆内力时，把支架的变形各杆内力时，把支架的变形略去不计。计算得到很大的略去不计。计算得到很大的简化。

4、简化。目目录录第10页/共46页123 3 、外力、内力及应力的概念外力、内力及应力的概念四四外力：外力：按按外外力力作作用用的的方方式式体积力体积力: :是连续分布于物体内部各点的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如物体的自重和惯性力面积力面积力: :如油缸内壁的压力，水坝受如油缸内壁的压力，水坝受到的水压力等均为到的水压力等均为分布力分布力若外力作用面积远小于物体若外力作用面积远小于物体表面的尺寸，可作为作用于表面的尺寸，可作为作用于一点的集中力。如火车轮对一点的集中力。如火车轮对钢轨的压力等钢轨的压力等按按时时间间分布力：分布力：集中力：集中力：静载：静载：动载：动载：缓

5、慢加载（缓慢加载（a0a0）快速加快速加载（载（a0a0），或冲击加载），或冲击加载目目录录第11页/共46页13 外力作用引起构件内部的附加相互作用力。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求内力的方法截面法1 1、切、切2 2、留、留3 3、代、代4 4、平、平内力内力目目录录mm1F2F5F4F3F1F2F5F4F3F第12页/共46页14F FS SM MF FF FaaFaMFFS目目录录第13页/共46页15一点的应力：当面积趋于零时，平均应力的大小和方向一点的应力：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，得到都将趋于一定极限，得到dAdFAFp l

6、im0A应力的国际单位为应力的国际单位为Pa 1N/mPa 1N/m2 2= 1Pa= 1Pa（帕斯卡）（帕斯卡） 1MPa = 10 1MPa = 106 6Pa 1GPa = 10Pa 1GPa = 109 9PaPa应力总量应力总量P P 可以分解成可以分解成: : 垂直于截面的分量垂直于截面的分量正应力正应力 平行于截面的分量平行于截面的分量切应力切应力应力应力目目录录A4F3FFC4F3FpCAFp平均应力平均应力: :某范围内单位面积上内力的平均集度某范围内单位面积上内力的平均集度第14页/共46页164 4、位移、变形及应变的概念位移、变形及应变的概念五五F FC CD DE E

7、位位移移线位移线位移角位移角位移变变形形线变形线变形角变形角变形应变应变线（正）应变线（正）应变角（切）应变角（切）应变A AA AECDDCECDDCCDCDDCmCDCDCDDClimECDm2ECD2limCDCEC CD DE E目目录录AA 第15页/共46页175 5、构件的分类构件的分类 杆件的基本变形杆件的基本变形六六构件的分类：构件的分类：杆件、板壳杆件、板壳* *、块体、块体* *杆件杆件：直杆：直杆：折杆：折杆：曲杆：曲杆：等截面直等截面直杆、变截面直杆杆、变截面直杆等截面折等截面折杆、变截面折杆杆、变截面折杆* *等截面曲等截面曲杆、变截面曲杆杆、变截面曲杆* *目目录

8、录第16页/共46页18拉压变形拉压变形拉（压）、剪切、扭转、弯曲拉（压）、剪切、扭转、弯曲剪切变形剪切变形杆件的基本变形：杆件的基本变形：目目录录第17页/共46页19扭转变形扭转变形弯曲变形弯曲变形目目录录第18页/共46页20第19页/共46页211-1 1-1 工程实际中的轴向拉伸和压缩问题工程实际中的轴向拉伸和压缩问题1-2 1-2 轴向拉伸和压缩时的内力轴向拉伸和压缩时的内力1-3 1-3 截截 面面 上上 的的 应应 力力1-4 1-4 轴向拉伸和压缩时的变形轴向拉伸和压缩时的变形1-5 1-5 拉伸和压缩时材料的力学性质拉伸和压缩时材料的力学性质1-6 1-6 轴向拉伸和压缩时

9、的轴向拉伸和压缩时的 强强 度度 计算计算1-7 1-7 拉伸和压缩静不定问题拉伸和压缩静不定问题1-8 1-8 应力集中的概念应力集中的概念1-9 1-9 变形能的概念变形能的概念 第20页/共46页221-11-1工程实际中的轴向拉伸和压缩问题工程实际中的轴向拉伸和压缩问题第21页/共46页23第22页/共46页24第23页/共46页25第24页/共46页26特点：特点： 作用在杆件上的外力合力的作用线与作用在杆件上的外力合力的作用线与杆件轴线重合，杆件变形是沿轴线方向的伸杆件轴线重合，杆件变形是沿轴线方向的伸长或缩短。长或缩短。杆的受力简图为杆的受力简图为F FF F拉拉伸伸F FF F

10、压压缩缩第25页/共46页27第26页/共46页281-21-2轴向拉伸和压缩时的内力轴向拉伸和压缩时的内力F FF F1 1、轴力：横截面上的内力、轴力：横截面上的内力2 2、截面法求轴力、截面法求轴力m mm mF FF FN N切切: : 假想沿假想沿m-mm-m横截面将杆横截面将杆切开切开留留: : 留下左半段或右半段留下左半段或右半段代代: : 将抛掉部分对留下部分将抛掉部分对留下部分的作用用内力代替的作用用内力代替平平: : 对留下部分写平衡方程对留下部分写平衡方程求出内力即轴力的值求出内力即轴力的值 0 xFF FF FN N0FFNFFN第27页/共46页293 3、轴力正负号

11、：拉为正、轴力正负号：拉为正、压为负压为负4 4、轴力图：轴力沿杆件轴、轴力图：轴力沿杆件轴线的变化线的变化 由于外力的作用线与由于外力的作用线与杆件的轴线重合，内力的杆件的轴线重合，内力的作用线也与杆件的轴线重作用线也与杆件的轴线重合。所以称为轴力。合。所以称为轴力。F FF Fm mm mF FF FN N 0 xFF FF FN N0FFNFFN第28页/共46页30已知已知F F1 1=10kN=10kN；F F2 2=20kN=20kN； F F3 3=35kN=35kN；F F4 4=25kN;=25kN;试画试画出图示杆件的轴力图。出图示杆件的轴力图。11 0 xFkN1011

12、FFN例题例题2-12-1FN1F1解：解：1 1、计算各段的轴力。、计算各段的轴力。F1F3F2F4ABCDABAB段段kN102010212FFFNBCBC段段2233FN3F4FN2F1F2122FFFN 0 xF 0 xFkN2543 FFNCDCD段段2 2、绘制轴力图。、绘制轴力图。kNNFx102510 第29页/共46页31西工大西工大第30页/共46页321-3 1-3 截面上的应力截面上的应力横截面上的应力横截面上的应力 杆件的强度不仅与轴力有关，还与横截面面杆件的强度不仅与轴力有关，还与横截面面积有关。必须用应力来比较和判断杆件的强度。积有关。必须用应力来比较和判断杆件的

13、强度。第31页/共46页33横截面上的应力横截面上的应力第32页/共46页34横截面上的应力横截面上的应力第33页/共46页35横截面上的应力横截面上的应力第34页/共46页36横截面上的应力横截面上的应力第35页/共46页37横截面上的应力横截面上的应力AFN 该式为横截面上的正应力该式为横截面上的正应力计计算公式。正应力算公式。正应力和轴力和轴力F FN N同号。同号。即拉应力为正，压应力为负。即拉应力为正，压应力为负。圣文南原理圣文南原理第36页/共46页38横截面上的应力横截面上的应力第37页/共46页39例题例题2-22-2 图示结构，试求杆件图示结构，试求杆件ABAB、CBCB的的

14、应力。已知应力。已知 F F=20kN=20kN；斜杆；斜杆ABAB为直为直径径20mm20mm的圆截面杆，水平杆的圆截面杆，水平杆CBCB为为15151515的方截面杆。的方截面杆。F FA AB BC C 0yFkN3 .281NF解：解：1 1、计算各杆件的轴力。（、计算各杆件的轴力。（设斜杆为设斜杆为1 1杆，水平杆为杆，水平杆为2 2杆）用杆）用截面法取节点截面法取节点B B为研究对象为研究对象kN202NF 0 xF4545045cos21NNFF045sin1 FFN1 12 2F FB BF F1NF2NFxy4545第38页/共46页40kN3 .281NFkN202NF2

15、2、计算各杆件的应力。、计算各杆件的应力。MPa90Pa109010204103 .286623111AFNMPa89Pa1089101510206623222AFNF FA AB BC C45451 12 2F FB BF F1NF2NFxy4545第39页/共46页411-41-4轴向拉伸和压缩时的变形轴向拉伸和压缩时的变形一一 纵向变形纵向变形lll1AFll EAlFlNE二二 横向变形横向变形llbbb1bb钢材的钢材的E E约为约为200GPa200GPa，约为约为0.250.250.330.33E E为弹性摸量为弹性摸量, ,EAEA为抗拉刚为抗拉刚度度泊松比泊松比横向应变横向应

16、变AFN第40页/共46页42第41页/共46页43第42页/共46页44例题例题2-62-6 ABAB长长2m, 2m, 面积为面积为200mm200mm2 2。ACAC面积为面积为250mm250mm2 2。E E=200GPa=200GPa。F F=10kN=10kN。试求节点。试求节点A A的位移。的位移。 0yFkN202sin/1FFFN解：解：1 1、计算轴力。（设斜杆为、计算轴力。（设斜杆为1 1杆，水杆，水平杆为平杆为2 2杆）取节点杆）取节点A A为研究对象为研究对象kN32.173cos12FFFNN 0 xF0cos21NNFF0sin1 FFN2 2、根据胡克定律计算杆的变形、根据胡克定律计算杆的变形。1mmm101102001020021020369311111AElFlNA AF F1NF2NFxy30300 0mm6 . 0m106 . 01025010200732. 11032ElFlN斜杆伸长斜杆伸长水平杆缩水平杆缩短短第43页/共46页453 3、节点、节点A A的位移（