材料力第一章续论及基本概念.

1、1绪绪 论论 及及 基基 本本 概概 念念第一章第一章21- 1材料力学的任务材料力学的任务 结构结构 建筑物或机械中承受建筑物或机械中承受 荷载荷载 而起骨架作用的部分。而起骨架作用的部分。一、研究对象一、研究对象荷载荷载（分静荷载、动荷载）（分静荷载、动荷载） 各构件在正常工作情各构件在正常工作情 况下一般承受的力。况下一般承受的力。构件：组成构件：组成 结构结构或或 机械机械 的单个部分的单个部分二、研究内容二、研究内容构件的构件的 强度、刚度、稳定性强度、刚度、稳定性 及材料的及材料的力学性质力学性质。 外力外力 荷载和约束力荷载和约束力32. 在荷载作用下构件所产生的变形应不超过工程

2、上允许的范围，在荷载作用下构件所产生的变形应不超过工程上允许的范围， 即要求有足够的即要求有足够的 刚度刚度。强度：构件抵抗破坏的能力强度：构件抵抗破坏的能力1. 在荷载作用下构件应不致于破坏（断裂），即应具有足够的在荷载作用下构件应不致于破坏（断裂），即应具有足够的强度强度。 刚度：构件抵抗变形的能力刚度：构件抵抗变形的能力3. 承受荷载作用时，构件在其原有形状下的平衡应保持为承受荷载作用时，构件在其原有形状下的平衡应保持为稳定的平衡稳定的平衡， 即要满足即要满足 稳定性稳定性 的要求。的要求。稳定性：构件维持其原有平衡形式的能力稳定性：构件维持其原有平衡形式的能力 受一定外力作用的构件，要

3、求能正常工作，受一定外力作用的构件，要求能正常工作， 一般须满足以上三方面要求。一般须满足以上三方面要求。4足够的强度足够的强度必须的刚度必须的刚度足够的稳定性足够的稳定性54.75m678910三、研究方法三、研究方法 材料力学的任务材料力学的任务 : 设计构件时，在保证满足强度设计构件时，在保证满足强度、刚度、刚度、稳定性的要求的前提下，还必须尽可能合理选用材料和降低稳定性的要求的前提下，还必须尽可能合理选用材料和降低材料的消耗量，以节约资金或减轻构件的自重。材料的消耗量，以节约资金或减轻构件的自重。传统方法：理论方法与实验方法；传统方法：理论方法与实验方法；计算机分析方法计算机分析方法1

4、1 1- 2 材料力学与生产实践的关系材料力学与生产实践的关系 20世纪产生的诸多高新技术，如世纪产生的诸多高新技术，如高层建筑高层建筑、大跨度桥梁、大跨度桥梁、海洋平台、精密仪器、海洋平台、精密仪器、航空航天器航空航天器、机器人、高速列车以及、机器人、高速列车以及大型水利工程等许多重要工程更是在力学指导下得以实现大型水利工程等许多重要工程更是在力学指导下得以实现 ，并不断发展完善的。并不断发展完善的。 20世纪以前，推动近代科学技术与社会进步的蒸汽机、内世纪以前，推动近代科学技术与社会进步的蒸汽机、内 燃机、铁路、桥梁、船舶、兵器等，无一不是力学知识的累积燃机、铁路、桥梁、船舶、兵器等，无一

5、不是力学知识的累积、应用和完善的基础上逐渐形成和发展起来的。、应用和完善的基础上逐渐形成和发展起来的。12 高层建筑高层建筑13 大跨度桥梁大跨度桥梁14航空航天器航空航天器15 除上述工业部门的工程外，还有一些非工业工程也都与力学除上述工业部门的工程外，还有一些非工业工程也都与力学 密切相关，如体育运动工程，赛车结构为什么前细后粗？车轮密切相关，如体育运动工程，赛车结构为什么前细后粗？车轮 也是前小后大？等等。也是前小后大？等等。 另有一些高新技术，如核反应堆工程、电子工程、计算机另有一些高新技术，如核反应堆工程、电子工程、计算机工程等，虽然是在其他基础学科指导下产生和发展起来的，但工程等，

6、虽然是在其他基础学科指导下产生和发展起来的，但都对力学提出了各式各样的、大大小小的问题。如核反应堆压都对力学提出了各式各样的、大大小小的问题。如核反应堆压力壳在高温和压力作用下，其壁厚的设计？等等。力壳在高温和压力作用下，其壁厚的设计？等等。16 展望展望21世纪，力学加上不断进步的电子计算机世纪，力学加上不断进步的电子计算机 必将成为工程新设计的主要手段。必将成为工程新设计的主要手段。 分析一些重大灾难事件，也不难发现力学在工程分析一些重大灾难事件，也不难发现力学在工程设计中的重要地位。设计中的重要地位。17 著名的海难事件：泰坦尼克号沉船事件著名的海难事件：泰坦尼克号沉船事件18 美国桥塌

7、事件美国桥塌事件19 1 - 3 可变形固体的性质及其基本假设可变形固体的性质及其基本假设二、二、可变形固体的几种基本假设可变形固体的几种基本假设一、一、可变形固体：在荷载作用下发生变形的固体可变形固体：在荷载作用下发生变形的固体。1. 连续假设连续假设物体在其整个体积内充满了物质而毫无空隙，其结构是密实的。物体在其整个体积内充满了物质而毫无空隙，其结构是密实的。物体内各点处的力学性质是完全相同的。物体内各点处的力学性质是完全相同的。2. 均匀假设均匀假设变形变形 尺寸尺寸 的改变和的改变和 形状形状 的改变的改变20(1) 变形必须满足几何相容条件，即变形后的固体既不引起变形必须满足几何相容

8、条件，即变形后的固体既不引起“ 空隙空隙 ”，也不产生，也不产生 “ 挤入挤入”现象。现象。 材料在各个方向的力学性质相同。材料在各个方向的力学性质相同。3.各向同性假设各向同性假设(3) 从物体内任意一点处取出的体积单元，其力学性能都能从物体内任意一点处取出的体积单元，其力学性能都能 代表整个物体的力学性能。代表整个物体的力学性能。(2) 把某些力学量看作固体上点的位置连续函数时，可进行把某些力学量看作固体上点的位置连续函数时，可进行 极限分析极限分析。21(a)变形后两部分 相互重叠(b)变形后两部分 相互分离(c)变形后两部分 协调一致变形前22la+b三、弹性变形和塑性变形三、弹性变形

9、和塑性变形弹性变形：卸除荷载后能完全消失的那一部分变形。弹性变形：卸除荷载后能完全消失的那一部分变形。塑性变形：卸除荷载后不能完全消失而残留下来的那部分变形。塑性变形：卸除荷载后不能完全消失而残留下来的那部分变形。 l+a+b : 加载后的杆长加载后的杆长l+a : 卸载后的杆长卸载后的杆长bab ：弹性变形弹性变形a ： 塑性变形塑性变形23构件材料的力学模型构件材料的力学模型连续、均匀、各向同性的可变形固体，且在大多数场合下连续、均匀、各向同性的可变形固体，且在大多数场合下局限在局限在 弹性变形弹性变形 范围内和范围内和 小变形小变形 条件下进行研究。条件下进行研究。 小变形小变形： 变形

10、远小于构件的原始尺寸。变形远小于构件的原始尺寸。24FBAl小变形下，在考虑静力平衡，静力等效等问题时，小变形下，在考虑静力平衡，静力等效等问题时，可以将变形略去，按变形前的原始尺寸计算。可以将变形略去，按变形前的原始尺寸计算。FBlll mARANA0, 0AAFlmm0)(AllFm不用不用25CAB答：不能答：不能ABAB 杆产生变形杆产生变形只有只有 AC 段产生变形段产生变形26外力：其他构件对研究对象的作用力。外力：其他构件对研究对象的作用力。外力种类：体积力和表面力（简称体力和面力）。外力种类：体积力和表面力（简称体力和面力）。FMq(x)q内力和截面法内力和截面法 应力应力 一

11、一. .外力和内力外力和内力27F1F3F2FnF1F3FnF2内力和截面法内力和截面法 应力应力 内力：由于外力作用，构件各质点间的相对位置发生变化，内力：由于外力作用，构件各质点间的相对位置发生变化，而产生的附加内力。（内力是由于外力引起的）而产生的附加内力。（内力是由于外力引起的）假想截面假想截面28截面法求内力截面法求内力截面法是材料力学中研究内力的一个基本方法。截面法是材料力学中研究内力的一个基本方法。求图中任一截面求图中任一截面 mm 内力的步骤：内力的步骤：(1) (1) 在求内力的截面处，将构件在求内力的截面处，将构件假想切开假想切开成两部分成两部分mm29mm(2) (2)

12、留下一部分，弃去一部分留下一部分，弃去一部分 ，并以，并以内力代替内力代替弃去部分弃去部分对留下部分的作用。对留下部分的作用。mmmm截面法求内力截面法求内力(3) (3) 建立静力平衡方程由已知力求未知力。建立静力平衡方程由已知力求未知力。30 用假想截面从所要求的截面处将杆截为两部分 考察其中任意一部分的平衡 由平衡方程求得横截面的内力分量，000CyxMFFCFsy31FRFNFsMMBMxFN轴力：产生轴向的伸长或缩短变形；轴力：产生轴向的伸长或缩短变形；Fs剪力：产生剪切变形；剪力：产生剪切变形；Mx扭矩：产生扭转变形；扭矩：产生扭转变形；MB（ My或或Mz) ) 弯矩弯矩: :产

13、生弯曲变形。产生弯曲变形。32 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：FP1 FP2FRMMzMyMxFs yFs zFNFs 33杆件横截面上的应力34杆件横截面上的应力35杆件横截面上的应力正应力与切应力定义 yxzAFAlimN0 AFAlims0 AFsyFszFNFRF1F236杆件横截面上的应力应力与内力分量之间的关系F1F2yxzdAxMyFN Mzxyxz37 正应变与切应变 正应变与切应变定义正应变是单位长度的线变形量？xu+duxxdxxu 线变形对于正应力作用下的微元，沿着正应力方向将产生伸

14、长和缩短，这种变形称为线变形。 38 正应变与切应变定义 角变形对于切应力作用下的微元，两边夹角的改变。 符号规定：拉应力与拉应变为正； 压应力与压应变为负。 正应变与切应变39 线弹性材料的应力应变关系 胡克定律EExxxx,GG,OxxOE 弹性模量G 切变模量40 1 - 4 材料力学研究对象的几何特征材料力学研究对象的几何特征一一. 构件的分类构件的分类构件大致可以归纳为四的分类：构件大致可以归纳为四的分类：杆，板，壳杆，板，壳 和和 块体块体。杆有两个主要的几何特征：杆有两个主要的几何特征：1.纵向尺寸（长度）远比横向尺寸大得多的构件称为纵向尺寸（长度）远比横向尺寸大得多的构件称为

15、杆杆。轴线轴线 _ 所有横截面形心的连线所有横截面形心的连线横截面横截面 _垂直于杆件长度的截面垂直于杆件长度的截面41等直杆等直杆 等截面的直杆（材料力学研究的主要对象）等截面的直杆（材料力学研究的主要对象）直杆直杆 轴线为直线的杆件轴线为直线的杆件曲杆曲杆 轴线为曲线的杆件轴线为曲线的杆件等截面杆等截面杆 各横截面尺寸不变的杆各横截面尺寸不变的杆横截面横截面轴线轴线形心形心42中面为平面的构件称为中面为平面的构件称为 板板（平板）（平板）中面为曲面的构件称为中面为曲面的构件称为 壳壳（曲板）（曲板）板板壳壳2.如果构件一个方向的尺寸厚度远小于其它两个方向的尺寸，如果构件一个方向的尺寸厚度远

16、小于其它两个方向的尺寸， 平分板这种构件的面称为平分板这种构件的面称为 中面中面433. 三个方向尺寸差不多的构件（同量级）称为块体三个方向尺寸差不多的构件（同量级）称为块体板板壳壳块体块体441-5 杆件变形的基本形式 当杆件两端承受沿轴线方向的拉力或压力载荷时，杆件将产生轴向伸长或压缩变形。451-5 杆件变形的基本形式 在平行于杆横截面的两个相距很近的平面内，方向相对地作用着两个横向力，当这两个力相互错动并保持二者之间的距离不变时，杆件将产生剪切变形 。461-5 杆件变形的基本形式 当作用在杆件上的力组成作用在垂直于杆轴平面内的力偶Me时，杆件将产生扭转变形，即杆件的横截面绕其轴相互转

17、动 。471-5 杆件变形的基本形式 当外加力偶M或外力作用于杆件的纵向平面内时，杆件将发生弯曲变形，其轴线将变成曲线。 481-5 杆件变形的基本形式 由基本受力形式中的两种或两种以上所共同形成的受力与变形形式即为组合受力与变形 。 49 结论与讨论50 结论与讨论 请判断下列简化在什么情形下是正确的，什么情形下是不正确的：51 结论与讨论 请判断下列简化在什么情形下是正确的，什么情形下是不正确的：52入门入门数学数学物理学物理学理论力学理论力学其他其他建筑材料建筑材料建筑结构建筑结构结构力学结构力学弹性力学弹性力学机械零件机械零件机械原理机械原理其他其他材料力学材料力学53 材料力学是一门很重要的技术基础课，他与机械、土建、材料力学是一门很重要的技术基础课，他与机械、土建