第一章 材料力学.讲述

材料力学主讲教师：李文君所属院系：建筑工程学院力学与结构教研室MechanicsofMaterials本课程的重要性及与后续课程的关系：土木工程专业的主干专业基础课、学位课，总学分为4.5，学时80，实验课时10，主要为混凝土结构设计原理、土木工程材料、结构力学、钢结构原理和基础工程等做准备。同学在学习过程中要积极学习；不要被动学习；更不要不去学习。金茂大厦于1992年12月17日被批准立项，1994年5月10日动工，1997年8月28日封顶，至1999年3月18日开张营业，当年8月28日全面营业。金茂大厦占地2.3公顷，塔楼高420.5米，总建筑面积29万平方米。大型桥梁桥面结构缆索与立柱桥墩桥面结构ThreeGorgeGravityDam1994年12月14日，当今世界第一大的水电工程--三峡大坝工程正式动工，它位于西陵峡中段的湖北省宜昌市境内的三斗坪，距下游葛洲坝水利枢纽工程38公里。三峡大坝工程包括主体建筑物工程及导流工程两部分，工程总投资为954.6亿元人民币（按1993年5月末价格计算）,其中枢纽工程500.9亿元；113万移民的安置费300.7亿元；输变电工程153亿元。工程施工总工期自1993年到2009年共17年，分三期进行，到2009年工程全部完工。大坝为混凝土重力坝，坝顶总长3035米，坝顶高程185米，正常蓄水位175米，总库容393亿立方米，其中防洪库容221.5亿立方米，能够抵御百年一遇的特大洪水。配有26台发电机的两个电站年均发电量849亿度。航运能力将从现有的1000万吨提高到5000万吨，万吨级船队可直达重庆，同时运输成本也将降低35％。三峡大坝工程理论力学：材料力学：刚体力学；研究构件外力与约束力。变形体力学；研究内力与变形。Chapter1IntroductionandBasicConcepts物理和理论力学:质点:只有质量,没有大小.刚体:有质量,有大小,但没有变形.变形体:有质量,有大小,有变形.质点----刚体----变形体,人类认识的深化.运动的一般规律(质点刚体)构件构件正常工作的条件：——组成结构物和机械的单个组成部分足够的强度、刚度、稳定性结构——建筑物或构筑物中承受外部作用的骨架称为结构.§1材料力学的任务材料力学是研究工程构件在载荷作用下的内效应,确定构件在正常工作条件下承载能力的科学.强度：构件抵抗破坏的能力刚度：构件抵抗弹性变形的能力稳定性：构件保持原有平衡形式的能力不因发生断裂或塑性变形而失效不因发生过大的弹性变形而失效不因发生因平衡形式的突然转变而失效Strength:Capacitytoresistfailureofacomponentoranelement.Rigidity:Capacitytoresistdeformationsofacomponentoranelement.Stability:Capacitytoremaintheoriginalstateinequilibriumofacomponentoranelement(a)材料力学的任务：研究材料及构件在外力作用下所表现的力学性质，为合理设计构件提供有关强度、刚度、稳定性分析的理论和方法。30(b)•1、强度：构件的抗破坏能力•2、刚度：构件的抗变形能力。强度和刚度3、稳定性工程结构的强度、刚度和稳定问题稳定问题强度刚度自行车结构也有强度、刚度和稳定问题构件受力后，由于塑性屈服引起塑性变形而导致其丧失正常工作能力。试问这种情况是属于强度、刚度、还是稳定性问题？解答：构件受力后，因塑性屈服引起塑性变形，是构件破坏的一种形式。因此，属于强度问题。刚度问题中的变形，一般是指弹性变形。稳定性问题中的原有平衡形态，是指与所受外力相应的变形形式下的平衡形态。巨型水泥罐砸扁民工棚12月17日凌晨1时10分，武汉市梅山水泥厂一辆散装水泥罐车，在对汉口花园17号楼工地水泥罐实施灌装过程中，撞击水泥罐支架，造成水泥罐倒塌，将紧邻的武汉天弓建筑工程有限公司民工食堂和1间民工住宿工棚砸塌（该工棚内共住民工23人）。散落的水泥和瓦砾，造成1人死亡、1人重伤、7人轻伤。“肇事”水泥罐高达11米，罐体自重也超过10吨，并装有10吨水泥。事发时，罐体连根拔起，倒地后将一排数十平方米的工棚压成废墟。水泥罐的使用方—17号楼施工单位“武汉丰太”公司员工接受警方调查时表示，该钢结构散装水泥罐由“梅山桥亚”公司提供图纸，“武汉丰太”承建底座。警方现场调查时发现，水泥罐的罐体和支座都有被撞的痕迹，一根支架与底座仅有两个焊点，水泥罐的水泥底座仅有30厘米厚。人类历史有多久，力学的历史就有多久。“力”是人类对自然的省悟。§2材料力学发展概述•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。”达芬奇伽利略经计算,符合现代力学原理.用竹索做成悬索桥，以充分利用竹材的拉伸强度。§3可变形固体的性质及基本假设一、连续性假设内容：认为物体在其整个体积内毫无空隙地充满了物质，其结构是密实的。二、均匀性假设内容：认为物体内任一点处取出的体积单元,其力学性质（主要是弹性性质）都是一样的。无空隙单元体的力学性质能代表整个物体的力学性能。有利于建立数学模型三、材料的各向同性假设内容：材料沿各个方向的力学性能是相同的。四、小变形条件内容：构件在荷载作用下产生的变形与其原始尺寸相比，可以忽略不计，这样的变形为小变形。FCABAFFN,ABFN,AC§4材料力学主要研究对象的几何特征根据空间三个方向的几何特征为：杆件板壳块体杆空间一个方向的尺度远大于其它两个方向的尺度。等截面直杆变截面直杆等截面曲杆变截面曲杆直杆曲杆杆材料力学以“梁、杆”为主要研究对象工程中多为梁、杆结构§5杆件变形的基本形式组合受力与变形内容种类外力特点变形特点轴向拉伸及压缩剪切扭转平面弯曲三角形构架ABC用于支承重物W，如图所示。构架中杆AB为钢杆，两端用销钉连接，构件BC为工字钢梁，在B处销接而在C处用四个螺栓连接。试问杆AB和构件BC将分别产生哪些变形？建立力学模型：认为重量W位于构架ABC平面内，因此可作为平面力系问题来处理。销钉B、C理想化为光滑销钉。C处的螺栓连接，其约束既不像光滑销钉可自由转动，也不像固定端那样毫无转动的可能，而是介于两者之间，并与螺栓的紧固程度有关。