材料力学1(绪论)(土木专用)课件

11绪论材料力学2科学的产生和发展，一开始就由生产决定的。──恩格斯生产发展（需要）→材料力学产生→推动生产发展→推动材料力学发展（互动）我国从古代就善于选择合理的结构形式和利用材料的力学性能：古典建筑：柱采用各向同性的圆形截面，受压稳定；木梁采用高宽比为3：2的矩形截面，抗弯能力强。都江堰：巧夺天工的水利工程。没有钢筋水泥，就地取材：卵石抗压，楠竹抗拉。造成巨大的栏河坝，灌溉一千多万亩良田，从秦代至今，历时两千年未出过重大事故。

材料力学的发展简史3古代，人们设计凭经验、模仿，按比例放大。17世纪前后，伽利略（意大利）指出：如果缩小物体的尺寸，该物体的强度并不按同样的比例小：狗能驮起三只狗，马难驮起一只马。即狗、马的承受能力不同，物体越小，相对强度反而提高。材料力学成为一门正式的学科的标志：《关于两门新科学的对话和数学证明》伽利略，1638计算梁的强度的公式（用的是刚体力学）→设计不再是单凭经验，而是有理论指导。5

严重事故：1896年瑞士孟汗太因铁路桥因桁架中的压杆失稳倒塌→压杆的稳定性理论，欧拉（法国数学家）100多年前就已研究受压杆的稳定理论，当时未引起重视。（强度条件满足）稳定性：保持原有平衡形态的能力。（材料力学研究任务之三）

库仑（法国）：扭转切应力罗蒙诺索夫（俄罗斯）：材料力学性能试验雅各布·伯努利，约翰·

伯努利（瑞士）：虚位移原理拉格朗日（意大利）：虚功原理泊松（法国）：泊松比纳维（法国）：第一本《材料力学》出版，18266

材料力学→塑性力学（塑性变形）→断裂力学（构件中有裂纹）新型材料：复合材料→复合材料力学高分子材料试验手段：声、光、电技术计算方法：差分法、有限元法、边界元法等

发展7构件的承载能力指构件在载荷作用下抵抗破坏的能力。

指构件在外力作用下抵抗变形的能力。指构件保持其原有平衡状态的能力。

强度strength刚度stiffness稳定性

stability

强度、刚度、稳定性9构件—组成结构的各个部分10块体构件分类长、宽、高尺寸11杆件※材料力学的研究对象:材料力学以单一的“细长部件即杆件”为主要研究对象材料力学杆件13工程中常见的杆件结构141.1.3材料力学的研究方法理论分析、实验验证和计算机仿真相结合：※

实验需要理论的指导，理论的预测有待于实验的检验。※

理论无法确定的问题，须借助实验来解决。※

随着计算机技术的发展，计算机也成为材料力学的研究手段和工具。15☞连续性假设——假设物质充满了整个物体所占据 的空间（无穷小，微积分）

1.2变形固体的基本假设

☞完全弹性假设——弹性是材料在卸载过程中恢复原来状态的性质，如果构件完全恢复原状，称为完全弹性的。线弹性是常见的完全弹性☞小变形假设——构件产生的变形相对于原始尺寸 很小微观不连续宏观连续17

☞

均匀性假设——物体在其整个体积内材料的 结构和性质相同（取单元体，取样试验）

☞各向同性假设——物体在各个方向具有完全相同的机械性质，否则，称为各向异性

（金属，木材，竹子）181.3外力及其分类外力是指物体所受到的其它物体对它的作用力1.3.1按其来源分类

※主动力和约束反力

1.3.2按其作用范围分类表面力----作用于物体表面的力。如：分布力、集中力一般而言，主动力是荷载，约束反力是被动力，是为了阻止物体因荷载作用产生的运动趋势所起的反作用。

体积力----连续分布于物体内部各点的力。如：重力、惯性力

※

表面力和体积力（单位体积的力）191.3.3按其与时间的关系分类※

静载荷和动载荷

静载荷

载荷是由零缓慢地增加到终值，然后保持不变或变化很不明显的载荷。

动载荷

随时间发生显著变化的载荷，按其变化方式又可分为交变载荷、冲击载荷等。21内力在某一截面上为分布力系，这一分布力系对某点的主矢和主矩称为该截面上的合内力，也简称为内力。F1F2F3Fn分布内力系22

主矢R与主矩M(ResultantForceandResultantMoment)面积A是单位面积上的力合力R合力矩M求分布力系合力和合力矩的一般公式

作用在面积A上的分布力系的主矢与主矩231.4.2截面法平衡：对所取的研究对象利用平衡方程求解截开面上的内力。

替代：用截开面上的内力替代弃去的另一部分的作用。截开：假想地用一截面将构件沿欲求内力处截开一分为二，取其中一部分作为研究对象。

截、代、平25因通过一点，可作出无穷多个截面，故描述给定点处的应力时，不仅要说明其大小，而且还要说明其所在的截面方位（矢量）。截面方位由截面的法线方向所确定。26※

绝对变形=变化后的长度-原始长度※

线应变

是一个无量纲的量。伸长为正，缩短为负。(1.5)※

相对变形=

绝对变形/原始长度1.5线应变与切应变27※切应变(shearstrain)当构件发生变形后，上述正六面体除棱边的长度发生改变外，两条垂直线段之间的夹角也将可能发生变化，不再保持为直角，这种直角角度的改变量称为切应变，它也是一个无量纲的量，通常用弧度来度量使直角变小的切应变为正29

1

1.6.1杆件变形的基本形式轴向拉伸作用一对其作用线与直杆轴线重合的外力，大小相等，方向相反。主要变形是长度的改变。30

(b)轴向压缩31

1

剪切作用一对相距很近的横向外力，大小相等，方向相反；主要变形是横截面沿外力作用方向发生错动。32

1

弯曲33