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1第7章材料力学绪论2本章作业•习题•7－2；7－3；3一、问题的提出4一、问题的提出一个故事引发的问题日本战国时期的大名毛利元就在死之前把三个儿子叫来，让他们分别折一枝箭，他们每个人都很轻易的做到了，然后他把三支箭绑在一起让他的儿子去折，结果没有人能够折断。故事的原意是团结就是力量，但我们的问题是:1、为什么三支箭就不容易折断?2、如果箭柄是钢做的，他们能不能折断？为什么？3、如果不是折，而是拉，你认为他们能不能拉断一枝箭？为什么？5一、问题的提出一个任务引发的思考张三上班第一天，老板叫他去买一种型钢用来制作结构的主梁，必须满足下面下面这张图的要求：（黄色的梁不能因为在受到q的均布载荷作用下发生过大的变形甚至断裂）qAB我们的问题是：1、究竟应该买什么样牌号的型钢呢？2、如果已经有了某种牌号的型钢制成的梁，那么这根梁能承受多大的q呢？潜在的威胁:1、买的型钢无法承载q发生事故被炒鱿鱼2、买的型钢牌号过大造成浪费被炒鱿鱼6一、问题的提出一个实验引发的讨论讨论:这个实验说明一个什么问题？7A4复印纸在自重作用下产生明显变形折叠后变形明显减小一、问题的提出8自行车的主要受力部件均由薄壁钢管制成为什么不用实心的钢筋做呢一、问题的提出9一张照片引起的思考45一、问题的提出10一张照片引起的思考45一、问题的提出11一张照片引起的思考45一、问题的提出12究竟是什么原因造成了这样大的裂缝？为什么裂缝的角度是45度？一、问题的提出13二、什么是材料力学二、什么是材料力学14以上我们谈到了这么多的问题，大家也许对这些问题不能做出正确的解释和回答，但是有一门课程可以帮助您解决这些问题，这就是材料力学MechanicsofMaterials二、什么是材料力学15材料力学主要研究杆件的应力、变形以及材料的宏观力学性能的学科。固体力学的一个基础分支。材料力学是工程设计的基础之一，即结构构件或机器零件的强度、刚度和稳定性分析的基础。二、什么是材料力学材料力学是机械类专业后续课程的重要基础。材料力学是一门研究构件的承载能力以达到安全与经济目的的学科。16三、材料力学的研究对象三、材料力学的研究对象17在实际工程中，有构件、部件和零件，材料力学中把它们统称为“构件”。三、材料力学的研究对象而构件根据几何特性又可分为杆、板、壳、块，其中杆是工程中最常见、最基本的构件。研究对象变形固体构件杆件18杆：空间的一个方向的尺寸远大于其他两个方向的尺寸。三、材料力学的研究对象19板：空间的一个方向的尺寸（厚度）远小于其他两个方向的尺寸，且各处曲率均为零。三、材料力学的研究对象20壳：空间一个方向的尺寸远小于其他两个方向的尺寸，且至少有一个方向的曲率不为零。三、材料力学的研究对象21块：空间三个方向的尺寸相差不很大的构件称为块或者块体。三、材料力学的研究对象22对于机器零件和一个结构物的设计，包括确定做成结构物的构件的合适尺寸、材料等，以确保它能承受一定的载荷作用，既不产生破坏，又做到经济。三、材料力学的研究对象为了使构件能够正常工作，构件必须具有足够的强度（Strength）、刚度（Stiffness）、稳定性（Stability）。强度：即抵抗破坏的能力刚度：即抵抗变形的能力稳定性：即保持原有平衡状态的能力构件的承载能力23四、强度、刚度和稳定性四、强度、刚度和稳定性24强度Strength构件或零部件具有的一种能力：在确定的外力作用下，不发生破裂或过量塑性变形的能力。变形Deformation构件尺寸和形状的变化弹性变形ElasticDeformation外力解除后可以消失的变形塑性变形PlasticDeformation外力解除后不能消失的变形四、强度、刚度和稳定性25弹性变形ElasticDeformation外力解除后可以消失的变形四、强度、刚度和稳定性26塑性变形PlasticDeformation外力解除后不能消失的变形四、强度、刚度和稳定性27工程中的强度问题假如比萨斜塔倒塌。。。4.75m四、强度、刚度和稳定性28工程中的强度问题假如比萨斜塔倒塌。。。四、强度、刚度和稳定性29工程中的强度问题这也是强度问题四、强度、刚度和稳定性30工程中的强度问题要是。。。四、强度、刚度和稳定性31工程中的强度问题断裂的电线杆依然“站岗”不知道哪天下岗。四、强度、刚度和稳定性32工程中的强度问题辽宁202国道熊岳大桥断裂四、强度、刚度和稳定性33工程中的强度问题四、强度、刚度和稳定性34四、强度、刚度和稳定性35刚度Stiffness是指构件受力后不能发生超过工程允许的弹性变形的能力。四、强度、刚度和稳定性机械加工用的钻床的立柱，如果强度不够，就会折断(断裂)或折弯(塑性变形)；如果刚度不够，钻床立柱即使不发生断裂或者折弯，也会产生过大弹性变形（图中虚线所示为夸大的弹性变形），从而影响钻孔的精度，甚至产生振动，影响钻床的在役寿命。36四、强度、刚度和稳定性37稳定性Stability是指构件在压缩载荷的作用下，保持平衡形式不发生突然转变的能力。四、强度、刚度和稳定性稳定失效的例子多见于承受轴向压力的工程构件。翻斗货车的液压机构中的顶杆，如果承受的压力过大，或者过于细长，就有可能突然由直变弯，发生稳定失效。压杆38四、强度、刚度和稳定性39河北一座在建报告厅由于支撑系统失稳造成整体坍塌。四、强度、刚度和稳定性40容器在受压以后发生的失稳形态四、强度、刚度和稳定性41四、强度、刚度和稳定性所谓强度是指构件受力后不发生破坏或不产生不可恢复的变形的能力；所谓刚度是指构件受力后不发生超过工程允许的弹性变形的能力；所谓稳定性是指构件在压缩载荷的作用下，保持平衡形式不发生突然转变的能力（例如细长直杆在轴向压力作用下，当压力超过一定数值时，在外界扰动下，直杆会突然从直线平衡形式转变为弯曲的平衡形式）。42五、材料力学与工程设计五、材料力学与工程设计43自行车结构也有强度、刚度和稳定问题五、材料力学与工程设计44五、材料力学与工程设计兵器工业飞机与导弹45五、材料力学与工程设计46五、材料力学与工程设计47五、材料力学与工程设计48五、材料力学与工程设计大型桥梁的强度刚度稳定问题491940年11月7日，美国华盛顿州塔科马桥因风振致毁。这一严重的桥梁事故，开始促使人们对悬索桥结构的空气动力稳定问题进行研究。该桥主跨长853.4m，全长1810.56m，桥宽11.9m，而梁高仅1.3m。通过两年时间的施工，于1940年7月1日建成通车。但由于当时人们对柔性结构在风作用下的动力响应的认识还不深入，该桥的加劲梁型式极不合理（板式钢梁），导致在中等风速(19m/s)下结构就发生破坏。幸好在桥梁破坏之前封闭了交通。据说，在出事当天，一位记者把车停在桥上，并把一条狗留在车内。桥倒塌时，只有他本人跑到了桥台处。当地的报纸以简洁的标题对这场事故作了报道，“损失：一座桥、一辆汽车、一条狗”。10年以后，才开始重新修建塔科马桥。仍采用悬索桥型式，但加劲梁改为桁架式。新桥总长较旧桥长12m，于1950年10月14日建成通车。该桥破坏时，当地Tacoma报社的编辑LeonardCostsworth恰好路过，并用摄影机记录下一段珍贵的胶片。这才使得后人有机会一睹当年桥毁场面。五、材料力学与工程设计案例1美国Tacoma大桥风毁50五、材料力学与工程设计511998年6月3日，德国一列高速列车在行驶中突然出轨，造成100多人遇难身亡的严重后果。事后经过调查，人们发现，造成事故的原因竟然是因为一节车厢的车轮内部疲劳断裂而引起。从而导致了这场近50年来德国最惨重铁路事故的发生。五、材料力学与工程设计案例2德国高速列车事故52五、材料力学与工程设计531995年夏天，韩国汉城欣欣向荣，堪称亚洲经济奇迹的代表。时髦的三丰百货公司(TheSampoong)是地标，也是汉城在全球快速成功崛起的象征。6月29日下午，这里却成为一场恐怖浩劫的中心。在30秒内，五层百货大楼层层塌陷，导致501人被压死。盛怒的国人追问：是什么造成韩国史上承平时期最惨重的灾难？五、材料力学与工程设计案例3韩国三丰百货大楼坍塌54五、材料力学与工程设计55三丰集团于1987年开始在这片位于瑞草区，原本用作垃圾填埋场的开阔地上建设三丰百货大楼。按照最初的设计，大楼将被建设成一栋四层的办公楼，但是三丰集团会长李鐏却在建设工程中，将其重新设计成一栋百货大楼。这一改动，导致了很多承重柱被取消以腾出空间，安装自动扶梯。原先的建筑承包商，拒绝按照新的设计继续施工。李鐏因此解雇了他们，并让自己的建筑公司进行施工。五、材料力学与工程设计案例3韩国三丰百货大楼坍塌56外界最初认为事故的原因是由于大楼松软的地基。但是随着调查的深入，很快人们便发现事故发生是由于李鐏和其建筑公司对设计的随意改动。后来对废墟的调查显示，大楼的混凝土是由劣质水泥和海水混合而成的。调查也揭示了汉城市的官员在也涉嫌在三丰方面改动建筑的过程中接受贿赂。结果，许多官员，包括前瑞草区行政官被控玩忽职守而遭起诉并被判入狱。1995年12月27日，韩国汉城地方法院以违犯《特定犯罪加重处罚法》及业务过失致死罪的罪名判处李鐏被7年半有期徒刑，其子李汉祥被判七年。五、材料力学与工程设计案例3韩国三丰百货大楼坍塌57三丰百货属于所谓“平板”结构，是当时广泛采用的设计，成本低而且工期短。楼面由厚厚的混凝土板构成，支撑的混凝土墙柱将建筑物的重量下传到地基。平板结构施工优点多，却很敏感，它的规划必须更精确，完全不能出错。具讽刺意味的是，最后毁了大楼的，竟然是新添的安全设施。汉城的法规，要求百货公司在电扶梯旁加装防火墙。防火墙遇到火警会自动关闭，以免火势浓烟蔓延到其它楼层。而为腾出空间加装防火墙，工人必须切开电扶梯旁的混凝土柱。这样的行为使大楼减少了25%以上的重要支撑。这一系列致命的组合就像颗定时炸弹。三丰百货倒塌的元凶，是所谓的“贯穿剪力”。当太细的柱子承受过多的重量，就会贯穿上方的天花板，如同手指戳破湿纸巾。五、材料力学与工程设计案例3韩国三丰百货大楼坍塌58五、材料力学与工程设计59六、研究材料力学的方法六、研究材料力学的方法60六、研究材料力学的方法实验观察假设理论分析实验验证材料力学的实验材料的力学性能测试（力和变形的关系，强度指标等）验证现有的理论和假设对复杂的结构，载荷难以估计的以及检验设计要求，需要借助于实验来完成。61六、研究材料力学的方法本学期我们要做的实验•低碳钢和铸铁的拉伸压缩实验；•纯弯曲梁的应力测定实验；•弯扭组合的应力测定实验。江苏工业学院机械系力学教研室62变形固体及其理想化七、变形固体及其理想化63•连续性假设微观不连续，宏观连续。认为固体在其整个体积内是连续的，由此可以引入无限小的概念，可以进行极限、积分、微分等高等数学运算。七、变形固体及其理想化球墨铸铁的显微组织普通钢材的显微组织64•均匀性假设物体内各处的力学性能完全相同物体的任一部份的力学性能就可以代表整体的力学性能。七、变形固体及其理想化65•各向同性假设固体在各个方向上的力学性能完全相同。有些材料并非如此，比如复合材料玻璃钢等，其抗拉性能和抗剪性能相差很大。七、变形固体及其理想化玻璃钢型材66小变形假设假设物体的几何尺寸、形状的改变与其总的尺寸相比是很微小的。小变形下，研究物体的静力平衡时，均可略去小变形，而按照原始尺寸计算，从而使计算简化。七、变形固体及其理想化FA小变形下A点的反力矩在变形前后相差不大FAA大变形下A点的反力矩如何？67七、变形固体及其理想化大变形例子江苏工业学院机械系力学教研室68八、外力、内力及应力的概念八、外力、内力及应力的概念69八、外力、内力及应力的概念1.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（a≈0）快速加载（a≠0），或冲击加载70