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力学体系简介力学固体力学流体力学一般力学材料力学结构力学弹性力学塑性力学断裂力学早期的：水力学水动力学现代的：空气动力学气体动力学多相流体力学粘弹性力学渗流理论力学分析力学振动理论刚体动力学陀螺理论运动稳定性复合材料材料力学主要研究对象是弹性体。对于弹性体，除了平衡问题外，还将涉及到变形；力和变形之间的关系。由于变形，在材料力学中还将涉及到弹性体的失效以及与失效有关的设计准则。将材料力学理论和方法应用于工程，即可对杆类构件或零件进行常规的静力学设计；以上两方面的结合使材料力学成为工程设计的重要组成部分，材料力学所涉及的内容分属于两个学科研究物体在外力作用下的应力、变形和能量，统称为应力分析。又不同于固体力学，所研究的仅限于杆类物体；材料的力学行为，即研究材料在外力和温度作用下所表现出的力学性能和失效行为。研究仅限于材料的宏观力学行为，不涉及材料的微观机理。固体力学材料科学设计杆类构件的合理形状和尺寸，保证它们正常工作。入门材料力学数学物理学理论力学其他建筑材料建筑结构结构力学弹性力学机械零件机械原理其他材料力学与各门课程材料力学是一门很重要的技术基础课，他与机械、土建、航空、交通水利等工程密切相关，他在基础课和专业课之间起着桥梁作用。古人对材料力学知识和材料强度的认识已积累丰富的经验，并推动了生产的发展；材料力学简史作为一门系统的科学已有360多年的历史当欧洲的科学技术受到神学的束缚时，中国的科学技术总的说来居于世界领先地位。力学学科仍然以和工程技术、生产应用相结合的形式出现未能作逻辑分析推理、特别是未能作数学分析但至今尚存的建筑物，从他们的结构中反应出当时所具备的力学知识传统具有柱、梁、檩、椽的木制房屋结构古代建筑结构一古代建筑结构建于唐末（857年）的山西五台山佛光寺东大殿隋朝工匠李春建造的赵州桥（605年）﹐应用浅拱结构﹐長50.82米﹐跨径达37.4米﹐宽10米﹐用石2800吨，至今完好。蕴含了近代杆、板、壳体设计的一些基本思想山西应县木塔──現存的中国古代高层木结构范例之一﹐建於1056年。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2200年以前建造的都江堰安澜索桥对“材力”做出重大贡献的科学家1伽利略Galilei1564-1642“科学的唯一目的是减轻人类生存的苦难”1638年：《关于两种新科学的叙述与证明》悬臂梁应力分布简支梁受集中载荷的最大弯矩等强度梁截面形状空、实心圆柱抗弯强度比较钢铁等塑性材料还未出现，采用刚体力学的假设简化模型，而未考虑梁受力后变形这一重要因素，所以伽利略关于梁的强度计算结论不正确；但他开辟了理论与实践计算构件的新途径。是“实验力学”的奠基人2虎克（英）——公元1678年物体的变形与所受的外载成正比----《虎克定律》3库仑（法）——1773年《梁的弯曲问题》，提出了材料的强度理论；1784年研究了扭转问题并提出剪切的概念；4欧拉（瑞士）又于1757年建立了柱体受压的微分方程；从而成为第一个研究稳定性问题的学者；1896年瑞士孟汗太因铁路桥因桁架压杆失稳而倒塌，稳定理论才开始发展。公元1744年《压杆临界载荷》,建立了受压柱体失稳临界值的计算公式；美籍俄罗斯力学家（1878年-1972）5铁木辛柯1904年他发表第一篇论文《各种强度理论》，次年发表《轴的共振现象》1906年,他解决了用板的挠度微分方程去求板受压的临界值问题。以后又发表了关于弹性体稳定性问题的论文多篇，对船舶制造和飞机设计有指导意义。不仅用能量原理解决了稳定性问题，也把它用到梁和板的弯曲问题和梁的受迫振动问题。1911年以后，他主要研究弹性力学，第一次世界大战期间，他在梁横向振动微分方程中考虑了旋转惯性和剪力,这种模型后来被称为“铁木辛柯梁”。1925年，他研究很有价值的圆孔周围的应力集中问题；1928年探讨了有实用意义的吊索桥刚度和振动问题。编写了《材料力学》、《高等材料力学》、《结构力学》、《工程力学》、《高等动力学》、《弹性力学》、《弹性稳定性理论》、《工程中的振动问题》、《板壳理论》和《材料力学史》等二十种书。这些书大多已有中译本。6达芬奇“力学是数学的乐园，因为我们在这里获得了数学的果实。”第一部《材料力学》出现17世纪以后法国科学家纳维1826年著《材料力学》法国科学家库仑（1736－1806）通过实验修正了伽利略的错误，提出了最大切应力强度理论材料力学的任务构件工程结构的各组成部分东营黄河桥橡皮筋在拉力的作用下尺寸的变化；变形在外力的作用下，构件的尺寸和形状发生变化。双杠横梁在运动员重力作用下有形状的变化。弹性变形:塑性变形:外力解除以后可消失的变形外力解除以后不能消失的变形TW匀速提升：柔索张力T=W（3）工程现场中，只有一根材料确定、横截面直径确定的柔索，那么此结构的最大起重量是多少？问题：（1）物体重量W一定时，柔索选用何种材料？（2）物体重量W一定、材料确定时，柔索选用多大的截面面积？（材料好的，价格贵，材料差的不结实）（粗的好、结实，但价钱贵）（2）构件在正常工作时变形不能过大，变形在允许范围内，即构件具有足够的抵抗变形的能力设计的依据（1）保证构件在正常的工作时不能发生破坏，具有足够的抵抗破坏的能力如：双杠的横梁不应折断；桥梁不应坍塌；储气罐不应爆炸；椅子没有断裂；——构件具有足够的强度（不发生破坏）如：在运动员重量作用下双杠横梁的变形；载重卡车作用下桥梁的变形；楼板的变形；床的变形等均在允许范围内。——具有足够的刚度（变形在允许的范围内）。破坏——显著的塑性变形和断裂。3）受压力作用的细长杆，（千斤顶的螺杆、内燃机的挺杆、液压活塞杆、自行车打气筒的活塞杆等）应始终维持原有直线平衡形态；如：举重运动员在物体重量作用下身体必须保持挺直；公路铁路的桥墩；自行车打气筒的活塞杆、用针扎孔时的针等在轴向压力的作用下一直保持原有的直线形态平衡。即保证构件在正常工作时不被压弯，构件应具有足够的保持原有直线形态平衡的能力。——足够的稳定性（保持原有平衡状态的能力）。稳定性主要是针对细长的受压杆而言的保证构件具有足够的强度、刚度和稳定性的前提下合理的选择构件的材料、截面尺寸和形状，确定系统许可载荷。材料力学的任务应有足够的稳定性；储气罐主要是保证其强度，不应发生破坏；车床轴要有足够的刚度，变形不应过大，以满足加工精度；受压的细长杆（如：液压油缸的活塞杆等）强度问题刚度问题钻床刚度问题机械臂、机械手大型桥梁满足的强度、刚度、稳定性要求斜拉桥承受拉力的钢缆、主桥梁、桥墩均有足够的强度、刚度、稳定性。济南黄河桥大桥全长2033.44m,其中主桥长488m，总宽19.5m；索面采用扇形布置，索距8m，每塔共11对索。每根拉索由2～4束组成，每束用67～121根Φ5镀锌钢丝组成。钢缆、主桥梁、桥墩均有足够的强度、刚度、稳定性。大型桥梁满足的强度、刚度、稳定性要求构件的足够的抗破坏能力挖掘机的各构件具有足够的强度、刚度、稳定性各构件具有足够的强度、刚度、稳定性自行车结构也有强度、刚度和稳定问题大型桥梁的强度刚度稳定问题澳门桥上海南浦大桥南京长江大桥车辆的缓冲弹簧应有较大的变形才能很好地减振工程中的大变形承载能力—构件承受载荷的能力。构件的承载力不仅与构件的形状有关，而且与所用材料的力学性能有关，因此在进行理论分析的基础上，实验研究是完成材料力学的任务所必需的途径和手段。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人类的灾难对工程中不满足强度、刚度、稳定性而发生失效的构件给工农业生产造成巨大的损失，例子不胜枚举。1912年4月14日晚12时30分，由英国开往纽约的《泰坦尼克号》铆钉质量差，有杂质原因铆钉材料测试在室温下进行，但大西洋-11度1940年华盛顿州Tacoma大桥，跨度853米，悬索设计，设计可以抗60m/s的风力，但在建成的4个月后，在19m/s的微风吹拂下，坍塌；原因：气流与桥身共振1986年挑战者号升空时发生爆炸发射当天，天气非常寒冷。气温降低后，密封用“○圈”就变得非常坚硬，伸缩就更加困难。坚硬的“○圈”伸缩的速度变慢，密封的效果大打折扣，燃气泄漏。：“哥伦比亚”号航天飞机在返回途中遇难（2003年）一块轻质泡沫材料撞击了航天飞机表面的绝热层原因四川彩虹桥坍塌推土机铲板拉伸失效汽车起重机在起重时回转台失稳，造成结构失效脚手架的坍塌事故1983年10月4日，北京的一幢正在施工的高层建筑的高54.2m、长17.25m、总重565.4kN大型脚手架屈曲坍塌，5人死亡、7人受伤。横杆之间的距离太大2.2m规定值1.7m;地面未夯实，局部杆受力大；与墙体连接点太少；安全因数太低：1.11-1.75规定值3.0。在满足强度、刚度、稳定性的要求下，以最经济的代价，为构件确定合理的形状和尺寸，选择适宜的材料，确定系统的许可载荷而提供必要的理论基础和计算方法。材料力学的任务具体地说，材料力学的任务是研究构件受力以后的变形和破坏的规律，为设计构件提供强度、刚度和稳定性的计算依据，力求使设计的构件既经济又安全、适用。