第一章-材料力学的基本概念

1材料力学MechanicsofMaterials肖念新2010年2月2舰载飞机在发动机和弹射器推力作用下从甲板上起飞工程实际中的力学问题3工程实际中的力学问题棒球在被球棒击打后，其速度的大小和方向发生了变化。如果已知这种变化即可确定球与棒的相互作用力。v1v2F4工程实际中的力学问题航空航天器的姿态控制5工程实际中的力学问题高速列车的振动问题6让泰坦尼克号的悲剧不再重演Titanic首航时的宣传资料7让泰坦尼克号的悲剧不再重演这艘当时世界最大的船号称“永不沉没的TITANIC”8让泰坦尼克号的悲剧不再重演“泰坦尼克号”被称为“世界工业史上的奇迹”9河北赵州桥建于1400年前（隋朝）跨37.02米、宽9米、拱高7.23米，隋允康教授的老师钱令希院士用弹塑性理论计算结果——压力线完全通过拱轴。10工程力学概述理论力学工程力学材料力学—物体在外力作用下的变形和失效现象二者都是工程设计的基础建筑力学理论力学材料力学结构力学建筑类三大力学静力学材料力学静力学—研究物体的受力和平衡规律运动学动力学11绪论一、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——承前启后的阶段性四、材料力学的学习——爱学会学的自觉性12材料力学主要研究对象（杆件）的几何特征实体板杆件材料力学的主要研究对象轴线横截面13材料力学主要研究对象（杆件）的几何特征直杆曲杆等截面杆变截面杆等截面直杆14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理论分析，是完成材料力学任务所必需的途径和手段。151、材料力学（上、下）.刘鸿文编.高等教育出版社，2000年，第三版2、材料力学.单辉祖编著.高等教育出版社，2002年2月，第一版3、材料力学.范钦珊主编.高等教育出版社，2000年2月，第一版4、材料力学800题.胡增强等编.中国矿业出版社，1994年10月第一版5、材料力学（重点难点及典型题精解）闵行等编西安交通大学出版社，2002年12月第一版参考书目：166、材料力学（常见题型解析及模拟题）刘达主编，西北工业大学出版社7、材料力学解题指导及习题集.清华大学材料力学教研室编.高等教育出版社，1999年6月，第二版8、力学学报.中国力学学会,中国科学院力学研究会主办.力学学报期刊出版社9、力学与实践.中国力学学会,中国科学院力学研究所主办.力学与实践期刊出版社出版10、力学进展.中国科学院力学研究所主办参考书目：（续）17第一章材料力学的基本概念第一节材料力学的基本假设第二节杆件的基本变形第三节外力·内力·截面法第四节应力的概念18第一节材料力学的基本假设一、连续性假设二、均匀性假设三、各向同性假设四、小变形假设19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。201．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变形固体的假设21各向同性与各向异性灰口铸铁的显微组织弹性体模型的理想化均匀连续问题22球墨铸铁的显微组织各向同性与各向异性弹性体模型的理想化均匀连续问题23普通钢材的显微组织各向同性与各向异性弹性体模型的理想化均匀连续问题24优质钢材的显微组织各向同性与各向异性弹性体模型的理想化均匀连续问题25一、拉伸与压缩二、剪切三、扭转四、弯曲第二节杆件的基本变形26受力特征：受一对作用线与杆轴线重合的外力的作用。变形特征：沿杆的轴线方向伸长或缩短。27受力特征：杆件受一对大小相等，指向相反，作用线相距佷近的横向外力的作用。变形特征：杆件的两部分沿外力作用方向发生相对错动，形变为平行四边形。28受力特征：在垂直于杆件轴线的平面内作用一对大小相等，方向相反的外力偶。变形特征：杆件的任意两个横截面发生绕轴线的相对转动。29受力特征：在包含杆轴的纵向平面内作用一对大小相等、方向相反的力偶或在垂直于杆件轴线方向作用横向力。变形特征：相邻横截面将绕垂直于杆轴线的轴发生相对转动，杆件轴线由直线变为曲线。30杆件变形的基本形式MM扭转(c)RRFF弯曲(d)FF拉伸(a)FF压缩(b)FF剪切(e)31一、外力：某一物体受到其它物体所作用的力，称为外力，包括载荷及支座反力。二、内力：它是由外力的作用而引起的附加内力。三、截面法：用截面假想地把构件分成两部分，以显示并确定内力的方法。第三节外力·内力·截面法32截面法求内力可归纳为四个字：截：欲求某一截面的内力，沿该截面将构件假想地截成两部分。取：取其中任意部分为研究对象，而弃去另一部分。代：用作用于截面上的内力，代替弃去部分对留下部分的作用力。平：建立留下部分的平衡条件，确定未知的内力。第三节外力·内力·截面法33按作用方式分第三节外力·内力·截面法表面力体积力分布力集中力分布力集中力外力：按随时间变化分静载荷动载荷交变载荷冲击载荷34第四节应力的概念一、平均应力：二、M点处的内力集度：三、应力的单位：应力的国际单位为N/m2，称为帕斯卡或简称为帕（Pa）1N/m2=1Pa（帕斯卡）1MN/m2=1MPa=106N/m2=106Pa1GPa=1GN/m2=109Pa应力——是单位面积上的内力集度。（和压强不同）ApmPdAdAplimAPP0ΔP(p)αΔN(σ)MΔK(τ)ΔAmm35ANANAddΔΔlim0ΔAAAddKΔKΔlim0Δ垂直于截面的应力称为“正应力”(NormalStress)相切于截面的应力称为“切应力”(ShearingStress)pMσ36对于构件任一点的变形，只有线变形和角变形两种基本变形，分别由线应变和角应变来度量。应变371．线应变线应变——即单位长度上的变形量，无量纲，其物理意义是构件上一点沿某一方向变形量的大小。2．角应变切应变——即一点单元体两棱角直角的改变量，无量纲γ应变38材料力学的任务强度—构件受外力后，抵抗破坏或显著塑性变形的能力。刚度—构件受外力后，抵抗过大的弹性变形的能力。稳定性—构件受压力作用后，保持其原有平衡状态的能力。39材料力学的任务材料力学的任务：1、研究构件的强度、刚度和稳定性；2、研究材料的力学性能。3、合理解决安全与经济之间的矛盾。简言之，材料力学的任务：在安全的前提下，取得最经济的代价。研究对象：变形固体40垮塌后的彩虹桥强度问题工程构件的强度、刚度和稳定问题1999年1月4日，我国重庆市綦江县彩虹桥发生垮塌，造成：40人死亡；14人受伤；直接经济损失631万元。41脚上的力量人体重量为750N3000N3500N4500N6000N12500N工程构件的强度、刚度和稳定问题42刚度问题工程构件的强度、刚度和稳定问题43刚度问题工程构件的强度、刚度和稳定问题44工程构件的强度、刚度和稳定问题稳定问题45工程构件的强度、刚度和稳定问题强度、刚度和稳定问题46工程设计程序静力设计受力分析内力分析应力分析失效分析稳定设计刚度设计强度设计47•小变形的条件是什么？(变形绝对小、还是相对小？）•在下列材料中，哪些不是各向同性？（铸铁、玻璃、松木、铸铜）•下列结论中，只有（）是正确的。(A)材料力学的任务是研究材料的组成分析(B)材料力学的任务是研究各种材料的力学性能(C)材料力学的任务是在既安全又经济的原则下，为设计结构构件提供分析计算的基本理论和方法(D)材料力学的任务是在保证安全的原则下设计结构的构件思考题一48•构件正常工作时应满足的条件是指()(A)构件不发生断裂破坏(B)构件原有形式下的平衡是稳定的(C)构件具有足够的抵抗变形的能力(D)构件具有足够的承载力、刚度和稳定性•根据各向同性假设，下述结论中正确的为()。（1）材料在各个方向变形相同。（2）材料在各方向应力相等。（3）材料在各方向具有相同的强度。（4）材料的弹性常数在各个方向具有相同的值。（A）1，2（B）2，3（C）3，4（D）1，3思考题二49•材料力学中小变形的条件是指（）。（A）构件的变形小（B）构件的变形比其原始尺寸小得多（C）构件没有变形（D）构件的变形可忽略不计•思考题三50下列结论中，哪些是正确的?()（1）杆件变形的基本形式有四种：拉伸（或压缩）、剪切、扭转和弯曲。（2）当杆件产生轴向拉（压）变形时，横截面沿杆轴线发生平移。（3）当圆截面杆产生扭转变形时，横截面绕杆轴线转动。（4）当杆件产生弯曲变形时，横截面上各点均有铅垂方向的位移，同时横截面绕截面的中性轴转动。（A）1（B）2，3（C）1，2，3（D）全对思考题三