大学工程力学课件,单辉祖主编第7章-绪论.ppt

1、1,第二篇 材 料 力 学 Mechanics of Materials,2,目的 对学科有一个初步的概念上的了解 懂得重要性，引起学习它的兴趣,内容 材料力学的研究对象 基本假设 基本概念 变形的基本形式,第七章 绪 论,3,71 材料力学的来龙去脉,本节站在力学史和力学方法论的发展观、自然科 学的价值观上，追根溯源 ，展望去向，力图使你对于 材料力学 有如下的宏观感觉和总体把握 会当凌绝顶，一览众山小 一、材料力学的由来 学科发展的必然性 二、材料力学的任务 工程需要的迫切性 三、材料力学的作用 承前启后的阶段性,4,一、材料力学的由来 学科发展的必然性 你将会确信：从学科发展观的角度，材

2、料力学的 出现，是力学学科的必然结果 物理和理论力学：运动的一般规律（质点、刚体） 质 点：只有质量，没有大小 刚 体：有质量，有大小，但没有变形（相对位置不变） 变形体：有质量，有大小，有变形（相对位置变化） 变形：物体内部各质点之间的相对位置变化、尺寸和 形状的改变 质点 刚体 变形体，人类的认识深化,5,变形体力学 变形体受力后的运动或变形规律 涉及到变形，理论力学无能为力，材料力学当仁不让 材料力学是变形体力学最早的分支，有最简捷的结果 （1）最简单的模型 （2）最基本的概念 （3）最根本的方法 （4）最典型的结论 特点： 概念多， 变形多， 公式多， 实验多 研究对象 质点？刚体？变

3、形体？ 根据 相对性,6,二、材料力学的任务 工程需要的迫切性,工程需要上看，材力是必然产物 材力能成为一门自然科学技术的学科，是人类文 明发展积累的成果,每时每刻，人类都不得不同受力的物体或结构打交道： 从土房、木屋 到钢铁塔架、钢筋混凝土大厦 （住） 从人力车、牛马车 到 火车、汽车、轮船、飞机、火箭 （行） 从打猎用的木棍、竹棒 到 用蒸汽或用电动的机器 （用） 人们（包括你）生活中的一切，无不涉及受力的问题 受力问题的安全？安全与经济？,7,长江、松花江的堤坝 911的世贸大楼 失事的飞机 日常的衣食住行涉及的结构 它们的第一功能 某方面的第一价值 虽然安全保证不是追求的第一功能，但是

4、 是人类生存的基本功能,材料力学首先回答了安全功能如何保证的问题 也是在解决安全问题中发展起来的 材料力学形成以前，人们已经懂得一些相关知识，并积 累了实践经验 隋代的赵州石桥，经计算，符合现代力学原理：,8,十七世纪前后,9,10,十九世纪初,11,12,13,我国祖先的功绩,14,15,16,高层建筑,17,高层建筑,18,高层建筑,19,海洋石油钻井平台,20,车辆与机械,21,20世纪中，一些高科技及其在各工业领域的应用与力学的指导密不可分.,22,道路与造桥,23,大型桥梁的强度 刚度 稳定性问题,24,澳 门 桥,上海南浦大桥,我国著名桥梁,南京长江大桥,25,大型水利工程设施,2

5、6,大量中、外力学专家为力学 的发展作出了突出的贡献,这里 只简单介绍部分力学专家.,27,达芬奇说： “力学是数学的乐园，因为我们在这里获得了数学的果实。”,达芬奇,伽利略,伽利略创建了材料力学,28,29,30,31,32,33,34,35,36,真正解决问题，还是材料力学形成以后,达.芬奇(Leonardo da Vinci, 1452-1519) 伽利略（Galilei, 1564-1642) 开始着手解决构件的强度计算问题,从那时起，材料力学在奠基 长期的积累、发展，逐渐完善形成 材料力学 材料力学关心的安全体现在 强 度 (Strength) 刚 度 (Stiffness) 稳定性

6、 (Stability) .,37,具有足够的刚度 构件在外载作用下，抵抗可恢复变形的能力。 例如机床主轴不应变形过大，否则影响加工精度。 满足稳定性要求 构件在某种外载作用下，保持其原有平衡状态的 能力。例如柱子不能弯等。,对构件的三项基本要求 具有足够的强度 构件在外载作用下，抵抗破坏的能力。 例如储 气罐不应爆破。 （破坏 断裂或变形过量不能恢复）,38,上面提到了术语 1、 构件 Component or Member ：组成机械的零件或构 筑物的杆件统称为构件 2、 结构 Structure：由构件组成的体系，工程结构是工 程实际中采用的结构 3、 载荷 Load：构件和结构承受的负

7、载或荷重 载荷有 内载荷 外载荷 4、 变形 Deformation：在载荷的作用下，构件的形状及 尺寸发生的变化称为变形,39,材料力学的任务 1）研究材料的力学性能 2）研究构件的强度、刚度和稳定性等 3）合理解决安全与经济之间的矛盾 构件的强度、刚度和稳定性均与所用材料的力学 性能有关，因此在实验研究基础上，进行和理论分析 是完成材料力学的任务所必需的途径和手段。,40,三、材料力学的作用 承前启后的阶段性 1。后续的力学（其它的变形体力学） 学好材料力学对学习其他变形体力学的奠基作用 结构力学，弹性力学，塑性力学，断裂力学, 纳米力学 流体力学 理性力学 2。后续的专业课程 建筑结构

8、机械设计 结构设计原理 3。有助于学习其它工程：土木、机械、勘查、航天、交 通、水利、材料、生物、工程、仪表等 4。今后工程工作中直接受益,41,72 变形固体的基本假设,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。 变形固体的假设 1连续性假设：认为整个物体体积内毫无空隙地充 满物质 （数学） 2均匀性假设：认为物体内的任何部分，其力学性 能相同 （力学） 3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（物理） 4. 小变形假设：变形与本身的尺寸相比很小,42,73 基本概念,力，重之谓。 墨翟墨经 力，刑之所以奋也。

9、 墨翟墨经 刑 物体 奋 由静而动 或 由慢而快 力 物体的“奋”因 墨子（前490-405）的观点早于亚里士多德100年 早于伽利略2000年 力 原因，无形 运动 结果，有形（包括“静运动” ：变形）,43,四,一 外力：,按外力作用的方式,体积力:是连续分布于物体内部各点的力,如物体的自重和惯性力,面积力:,如油缸内壁的压力，水坝受到的水压力等均为分布力,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。如火车轮对钢轨的压力等,按时间,分布力：,集中力：,静载：,动载：,缓慢加载（a0）,快速加载（a0），或冲击加载,1、定义： 指由外力作用所引起的、物体内相邻部分之间相互作

10、用力（附加内力）。,二、内力,2、 内力的求法 截面法,步骤, 截开 在所求内力的截面处， 假想地用截面将杆件 一分为二。,m,m,代替 任取一部分，其弃去部分对留下部分的作用，用作用 在截面上相应的内力（力或力偶）代替。,平衡,对留下的部分建立平衡方程，根据其上的已知外力来计算杆在 截开面上的未知内力（此时截开面上的内力对所留部分而言是外力）。,m,m,48,三 应力 为了引入应力的概念，参照下图，首先围绕C点取 微小面积，有分布内力的合力，应力定义为,49,应力是一个矢量 平均应力某个范围内，单位面积上的内力的平 均集度 C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,应力即单位面积上的内力某截面处内力的密集程 度 应力的国际单位为N/m2 1N/m2 = 1Pa（帕斯卡） 1MN/m2 = 1MPa = 106 N/m2 = 106Pa 1GPa = 1GN/m2 = 109Pa,50,51