材料力学培训绪论课件

材料力学StrengthofMaterials2022年12月16日机械工程学院材料力学2022年12月12日机械工程学院1第一章

绪论及基本概念第一章2第一章绪论目录§1-1、材料力学简史§1-2、材料力学的任务§1-3、变形固体的基本假设§1-4、外力、内力及应力的概念§1-5、位移、变形及应变的概念§1-6、杆件变形的基本形式第一章绪论目录§1-1、材料力学简史3§1-1、材料力学简史传统具有柱、梁、檩、椽的木制房屋结构古代建筑结构一§1-1、材料力学简史传统具有柱、梁、檩、椽的木制房4古代建筑结构建于辽代（1056年）的山西应县佛宫寺释迦塔塔高9层共67.31米，用木材7400吨900多年来历经数次地震不倒，现存唯一木塔古代建筑结构建于辽代（1056年）的山西应县佛宫寺释迦塔塔高5古代建筑结构建于隋代（605年）的河北赵州桥桥长64.4米，跨径37.02米，用石2800吨古代建筑结构建于隋代（605年）的河北赵州桥桥长64.4米，61638年伽利略《关于力学和局部运动的两门新科学的对话和数学证明》的发表——标志着材料力学开始形成一门独立学科等强度梁截面形状空、实心圆柱抗弯强度比较（1）讨论直杆轴向拉伸问题，得到承载能力与横截面积成正比而与长度无关的正确结论；（2）讨论梁的弯曲强度问题，他认为“空心梁能大大提高强度而无需增加重量”；1638年伽利略《关于力学和局部运动的两门新科学的对话7桥梁结构二桥梁结构二8航空航天航空航天9建筑建筑10大型水利工程设施大型水利工程设施11车辆与机械车辆与机械12四川彩虹桥坍塌四川彩虹桥坍塌131940年11月，华盛顿州的TacomaNarrows桥（主跨度为853米，悬索桥），由于桥面刚度太差，在45mph风速的情形下，产生“GallopingGertie”(驰振）。1940年11月，华盛顿州的TacomaNarrows桥14一、任务§1-2、材料力学的任务材料力学是研究构件承载能力的一门学科。

承载能力强度（strength)

刚度（stiffness)稳定性（stability)一、任务§1-2、材料力学的任务材料力学是研究构件承载能力151、强度（strength)：构件抵抗破坏的能力。1、强度（strength)：构件抵抗破坏的能力。16材料力学培训绪论课件17材料力学培训绪论课件182、刚度

构件抵抗变形的能力。(stiffness):2、刚度构件抵抗变形的能力。193、稳定性（stability)构

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力3、稳定性（stability)构

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20一对矛盾安全用材越少越好经济设计出的结构要有承载能力

材料力学的任务——在满足强度、刚度和稳定性的要求下，为设计既经济又安全的构件，提供必要的理论基础和计算方法。1)荷载、材料一定，计算截面积；2)荷载、截面一定，校核是否安全；3)材料、截面一定，求许可荷载。三种强度计算：一对矛盾安全用材越少越好经济设计出的结构要有承载能力211、构件：组成工程结构或机械的最小单元。2、构件的分类：板(plate)壳(shell)块体(body)(bar)二、研究对象1、构件：组成工程结构或2、构件的分类：板(plate)壳(22材料力学以“梁、杆”为主要研究对象材料力学以“梁、杆”为主要研究对象23工程中多为梁、杆结构工程中多为梁、杆结构24§1-3、变形固体的基本假设三

在外力作用下，一切固体都将发生变形，故称为变形固体。而构件一般均由固体材料制成，故构件一般都是变形固体。一、变形固体二、变形固体基本假设的提出

在研究构件的强度、刚度和稳定性时，为抽象出力学模型，掌握与问题有关的主要属性，常略去一些次要属性，对变形固体做出假设。§1-3、变形固体的基本假设三在外力作用下，一切固25（1）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。（2）均匀性假设：认为在固体内的任何部位，其力学性能都相同。（3）各向同性假设：认为无论沿任何方向，固体的力学性能都相同。（1）连续性假设：（2）均匀性假设：（3）各向同性假设：26（4）小变形假设ABCFδ1δ2

δ远小于构件的最小尺寸，所以通过节点平衡求各杆内力时，把支架的变形略去不计。计算得到很大的简化。（4）小变形假设ABCFδ1δ2δ远小于构件的最小尺27§1-4、外力、内力及应力的概念一、外力：按作用方式体积力:是连续分布于物体内部各点的力。表面力分布力连续作用于物体表面的力。集中力若外力作用面积远小于物体表面的尺寸，可作为作用于一点的集中力。1、概念：指来自构件外部的力。按时间静载荷：载荷缓慢地由零增加到某一定值，以后保持不变，或变化很不显著。动载荷：交变载荷：随时间作周期性变化的载荷。冲击载荷：物体的运动在瞬时内突然变化引起的载荷。2、分类：§1-4、外力、内力及应力的概念一、外力：按作用方式体积力28

1、概念：指由外力作用所引起的、物体内相邻部分之间相互作用力（附加内力）。2、求内力的方法－－截面法（1）切（2）去（3）代（4）平二、内力§1-4、外力、内力及应力的概念1、概念：指由外力作用所引起的、物体内相邻部分之间2、29FSMFFaa§1-4、外力、内力及应力的概念例：求如下图所示杆件截面的内力。FSMFFaa§1-4、外力、内力及应力的概念例：求如下图30应力总量P可以分解成:垂直于截面的分量σ－－正应力平行于截面的分量τ－－切应力三、应力：由外力引起的内力的集度。（2）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：（1）平均应力:单位面积上内力的平均集度。§1-4、外力、内力及应力的概念应力总量P可以分解成:三、应力：由外力引起的内力的集度31§1-5、位移、变形及应变的概念2、变形（deformation）在外力作用下物体形状和尺寸发生改变。1、位移（displacement）变形前后物体内一点位置的变化。FC’D’E’AA’CDE位移线位移角位移变形线变形角变形§1-5、位移、变形及应变的概念2、变形（deformati32§1-5、位移、变形及应变的概念FC’D’E’AA’CDE应变线应变（应变）：切（角）应变：平均应变：每单位线段长度的平均伸长或缩短。即：称C点沿CD方向的线应变。称C点在平面内的切应变。3、应变

（strain)度量构件一点处的变形程度。§1-5、位移、变形及应变的概念FC’D’E’AA’CDE应33§1-6、杆件变形的基本形式六一、杆件及其分类：1、概念：长度远大于横截面尺寸的构件，称为杆件，简称为杆。它是工程中最基本的构件。杆件直杆：曲杆：轴线为直线的杆。轴线为曲线的杆。横截面大小和形状不变的直杆。等直杆：2、分类：§1-6、杆件变形的基本形式六一、杆件及其分类：1、概念：长34拉压变形（1）拉伸或压缩二、杆件的基本变形：实例：起吊重物的钢索、活塞杆等。特点：由大小相等、方向相反、作用线与杆件轴线重合的一对力引起的；表现：杆件的长度发生伸长或缩短。拉压变形（1）拉伸或压缩二、杆件的基本变形：实例：起吊重物的35剪切变形（2）剪切实例：常用的联接件，如键、销钉、螺栓等。

特点：由大小相等、方向相反、相互平行的力引起的；表现：受剪杆件的两部分沿外力作用方向发生相对错动。剪切变形（2）剪切实例：常用的联接件，如键、销钉、螺栓等。36扭转变形（3）扭转实例：汽车的传动轴、电机和水轮机的主轴等。

特点：由大小相等、方向相反、作用面都垂直于杆轴的两个力偶引起的；表现：杆件的任意两个横截面发生绕轴线的相对转动。扭转变形（3）扭转实例：汽车的传动轴、电机和水轮机的主轴等。37弯曲变形（4）弯曲特点：由垂直于杆件轴线的横向力，或由作用于包含杆轴的纵向平面内的一对大小相等、方向相反的力偶引起的；实例：桥式起重机的大梁、各种心轴以及刀架等。

表现：杆件轴线由直线变为曲线。弯曲变形（4）弯曲特点：由垂直于杆件轴线的横向力，或由作用于38

实际构件受力情况是多种多样的：

组合变形：构件同时发生两种或两种以上的基本变形。

考虑主要外力作用，归到基本变形几种力都不能忽略，归到组合变形

39小结（1）概念：构件、强度、刚度、稳定性、外力、内力、应力、应变等（2）材料力学的任务：（3）变形固体的四个基本假设：

连续性；均匀性；各向同性假设和小变形假设（4）杆件的基本变形：

拉压、剪切、扭转、弯曲小结（1）概念：构件、强度、刚度、稳定性、外力、内力、40材料力学StrengthofMaterials2022年12月16日机械工程学院材料力学2022年12月12日机械工程学院41第一章

绪论及基本概念第一章42第一章绪论目录§1-1、材料力学简史§1-2、材料力学的任务§1-3、变形固体的基本假设§1-4、外力、内力及应力的概念§1-5、位移、变形及应变的概念§1-6、杆件变形的基本形式第一章绪论目录§1-1、材料力学简史43§1-1、材料力学简史传统具有柱、梁、檩、椽的木制房屋结构古代建筑结构一§1-1、材料力学简史传统具有柱、梁、檩、椽的木制房44古代建筑结构建于辽代（1056年）的山西应县佛宫寺释迦塔塔高9层共67.31米，用木材7400吨900多年来历经数次地震不倒，现存唯一木塔古代建筑结构建于辽代（1056年）的山西应县佛宫寺释迦塔塔高45古代建筑结构建于隋代（605年）的河北赵州桥桥长64.4米，跨径37.02米，用石2800吨古代建筑结构建于隋代（605年）的河北赵州桥桥长64.4米，461638年伽利略《关于力学和局部运动的两门新科学的对话和数学证明》的发表——标志着材料力学开始形成一门独立学科等强度梁截面形状空、实心圆柱抗弯强度比较（1）讨论直杆轴向拉伸问题，得到承载能力与横截面积成正比而与长度无关的正确结论；（2）讨论梁的弯曲强度问题，他认为“空心梁能大大提高强度而无需增加重量”；1638年伽利略《关于力学和局部运动的两门新科学的对话47桥梁结构二桥梁结构二48航空航天航空航天49建筑建筑50大型水利工程设施大型水利工程设施51车辆与机械车辆与机械52四川彩虹桥坍塌四川彩虹桥坍塌531940年11月，华盛顿州的TacomaNarrows桥（主跨度为853米，悬索桥），由于桥面刚度太差，在45mph风速的情形下，产生“GallopingGertie”(驰振）。1940年11月，华盛顿州的TacomaNarrows桥54一、任务§1-2、材料力学的任务材料力学是研究构件承载能力的一门学科。

承载能力强度（strength)

刚度（stiffness)稳定性（stability)一、任务§1-2、材料力学的任务材料力学是研究构件承载能力551、强度（strength)：构件抵抗破坏的能力。1、强度（strength)：构件抵抗破坏的能力。56材料力学培训绪论课件57材料力学培训绪论课件582、刚度

构件抵抗变形的能力。(stiffness):2、刚度构件抵抗变形的能力。593、稳定性（stability)构

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60一对矛盾安全用材越少越好经济设计出的结构要有承载能力

材料力学的任务——在满足强度、刚度和稳定性的要求下，为设计既经济又安全的构件，提供必要的理论基础和计算方法。1)荷载、材料一定，计算截面积；2)荷载、截面一定，校核是否安全；3)材料、截面一定，求许可荷载。三种强度计算：一对矛盾安全用材越少越好经济设计出的结构要有承载能力611、构件：组成工程结构或机械的最小单元。2、构件的分类：板(plate)壳(shell)块体(body)(bar)二、研究对象1、构件：组成工程结构或2、构件的分类：板(plate)壳(62材料力学以“梁、杆”为主要研究对象材料力学以“梁、杆”为主要研究对象63工程中多为梁、杆结构工程中多为梁、杆结构64§1-3、变形固体的基本假设三

在外力作用下，一切固体都将发生变形，故称为变形固体。而构件一般均由固体材料制成，故构件一般都是变形固体。一、变形固体二、变形固体基本假设的提出

在研究构件的强度、刚度和稳定性时，为抽象出力学模型，掌握与问题有关的主要属性，常略去一些次要属性，对变形固体做出假设。§1-3、变形固体的基本假设三在外力作用下，一切固65（1）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。（2）均匀性假设：认为在固体内的任何部位，其力学性能都相同。（3）各向同性假设：认为无论沿任何方向，固体的力学性能都相同。（1）连续性假设：（2）均匀性假设：（3）各向同性假设：66（4）小变形假设ABCFδ1δ2

δ远小于构件的最小尺寸，所以通过节点平衡求各杆内力时，把支架的变形略去不计。计算得到很大的简化。（4）小变形假设ABCFδ1δ2δ远小于构件的最小尺67§1-4、外力、内力及应力的概念一、外力：按作用方式体积力:是连续分布于物体内部各点的力。表面力分布力连续作用于物体表面的力。集中力若外力作用面积远小于物体表面的尺寸，可作为作用于一点的集中力。1、概念：指来自构件外部的力。按时间静载荷：载荷缓慢地由零增加到某一定值，以后保持不变，或变化很不显著。动载荷：交变载荷：随时间作周期性变化的载荷。冲击载荷：物体的运动在瞬时内突然变化引起的载荷。2、分类：§1-4、外力、内力及应力的概念一、外力：按作用方式体积力68

1、概念：指由外力作用所引起的、物体内相邻部分之间相互作用力（附加内力）。2、求内力的方法－－截面法（1）切（2）去（3）代（4）平二、内力§1-4、外力、内力及应力的概念1、概念：指由外力作用所引起的、物体内相邻部分之间2、69FSMFFaa§1-4、外力、内力及应力的概念例：求如下图所示杆件截面的内力。FSMFFaa§1-4、外力、内力及应力的概念例：求如下图70应力总量P可以分解成:垂直于截面的分量σ－－正应力平行于截面的分量τ－－切应力三、应力：由外力引起的内力的集度。（2）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：（1）平均应力:单位面积上内力的平均集度。§1-4、外力、内力及应力的概念应力总量P可以分解成:三、应力：由外力引起的内力的集度71§1-5、位移、变形及应变的概念2、变形（deformation）在外力作用下物体形状和尺寸发生改变。1、位移（displacement）变形前后物体内一点位置的变化。FC’D’E’AA’CDE位移线位移角位移变形线变形角变形§1-5、位移、变形及应变的概念2、变形（deformati72§1-5、位移、变形及应变的概念FC’D’E’AA’CDE应变线应变（应变）：切（角）应变：平均应变：每单位线段长度的平均伸长或缩短。即：称C点沿CD方向的线应变。称C点在平面内的切应变。3、应变

（strain)度量构件一点处的变形程度。§1-5、位移、变形及应变的概念FC’D’E’AA’CDE应73§1-6、杆件变形的基本形式六一、杆件及其分类：1、概念：长度远大于横截面尺寸的构件，称为杆件，简称为杆。它是工程中最基本的构件。杆件直杆：曲杆：轴线为直线的杆。轴线为曲线的杆。横截面大小和形状不变的直杆。等直杆：