材料力学课件

大连理工大学基础力学教学研究所材料力学MechanicsofMaterials张昭综合实验1号楼523电话：84707608邮箱：[e-mail]：297277243助教：赵磊QQ：526947211手机：[phone]材料力学案例李锋编著科学出版社2011材料力学季顺迎主编科学出版社2013材料力学解题指导马红艳主编科学出版社2014《材料力学》教材及辅导书《材料力学》课程考核方式总学时：64学时考核方式课堂表现4%课下作业8%课程论文8%期中考试10%期末考试：70%答疑时间：每周四下午3:30-4:30地点：力学楼401绪论1.材料力学与工程2.材料力学的地位3.材料力学的任务4.材料力学的研究对象5.材料力学的基本假设6.材料力学的基本概念一、材料力学与工程源于工程用于工程材料力学起源于17世纪，这时的材料力学以木材、石材等为研究主体，因此，有很大的局限性。如伽利略的石梁破坏试验、木材弯曲试验。材料力学分为两个流派：1.斯坦福大学教授铁木辛柯，构成了欧美材料力学课程体系的基础；2.前苏联工科院校的材料力学课程体系，代表人物是列宁格勒铁道学院教授别辽耶夫。铁摩辛柯（StephenP．Timoshenko，1878－1971），出生于乌克兰，去世于德国，190l年毕业于俄国彼得堡交通道路学院。之后他按规定服役一年，于1902年回彼得堡交通道路学院任实验讲师，一年后到彼得堡工学院任讲师。从1903年到1906年，他每年利用夏天的时间去德国哥廷根大学进修，在克莱因、普朗特的指导下进行研究工作。在1907－1921年间先后在基辅、彼得堡与南斯拉夫任教。1922年到美国费城振动专业公司，第二年到匹兹堡威斯汀豪斯电器公司从事力学研究工作。从1928年起他在美国密歇根大学、1936年到斯坦福大学任教。米约高架桥海洋石油钻井平台海洋石油201船托管架战神火箭神舟六号返回舱(由CZ2F发射)神舟X号返回舱计算火箭全长58.3米起飞质量479.8吨。美国土星5CZ2F火箭轴力图(2.2)、剪力图和弯矩图(5.3)垂直载荷工况下的底架中梁中部最大下挠与转向架中心距的比值小于1/1500。纽约世贸中心埃菲尔铁塔北京.国家体育场二、材料力学的地位性质技术基础课地位固体力学的基础工程设计的基础三、材料力学的任务1研究材料在外力作用下破坏的规律；破坏—断裂，塑性变形材料的力学性能试验任务2研究杆件的强度条件，刚度条件，稳定性条件；强度(strength)—材料抵抗破坏的能力；刚度(stiffness)—构件抵抗变形的能力；稳定性(stability)—构件维持原有平衡形式的能力。稳定性问题1940年美国塔柯姆大桥强度问题刚度问题稳定问题强度刚度稳定问题稳定问题强度刚度稳定问题3解决结构设计安全可靠与经济合理、美观的矛盾优化设计任务四、材料力学的研究对象1.构件(member)基本形式曲杆变截面直杆杆件bar等截面直杆构件基本形式构件基本形式板壳块2.材料力学的研究对象轴线axis等截面直杆直杆横截面crosssection形心等截面杆埃菲尔铁塔拉伸压缩FF五、材料力学基本假设1.建立理想弹性体模型的必要性微观上看，材料是不连续、不均匀的，也是各向异性的。灰口铸铁的显微组织球墨铸铁的显微组织普通钢材的显微组织优质钢材的显微组织在宏观上，可以认为材料是连续、均匀的，部分工程材料是各向同性的。2.材料力学基本假设1.连续性假设—材料连续无孔隙continuityassumption2.均匀性假设—材料各处性质相同homogenizationassumption3.各向同性假设—任意方向材料性质相同isotropyassumption4.小变形假设—变形量远小于构件尺寸便于用变形前的尺寸和几何形状进行计算§1.4外力一、集中力FFFAA单位N或kN外力二、分布力单位N/m或kN/mq线分布力q合力l大小F=分布图面积ql作用线---过分布图形心外力分布力q线分布力q均布力非均布力q(x)x外力分布力p面分布力p=γzzp=γz单位Pa1Pa=1N/m2蓄水池外力面分布力p压力容器p外力三、力偶m集中力偶mmm分布力偶单位N·m单位N·m/m§1.5内力截面法一、内力internalforce2.附加内力—外力引起，连续分布1.固有内力使物体平衡F1F2F3F4F1F2F3F4F1F2假想截面分布内力F3F43.内力—通常指横截面上附加内力向截面形心简化所得主矢和主矩在三个坐标轴方向的分量。（共六个）F1F2内力主矩内力主矢内力分量（简称内力）zxyFQzFNFQyFRzxyMMzTMy二、截面法methedofsection—求内力的基本方法假想一个平面将构件分开，将舍弃部分对剩余部分的作用代之以内力，通过求剩余部分的局部平衡来得到未知内力的数值。F1F2假想截面F3F4例题：mm0.5a0.5aaqqa2qa000OyxMFF求m-m截面内力解：给定一个坐标系，如图所示。由平衡方程，有O0.5aqqa2qaxyFNMFQO000000zyxzyxMMMFFF022002aqaqaaqaMqaFqaFNQ0MqaFqaFNQ1.概念应力—分布内力在一点的集度§1.6应力stressF1F2工程构件，大多数情形下，内力并非均匀分布，通常“破坏”或“失效”往往从内力集度最大处开始，因此，有必要区别并定义应力概念。应力就是单位面积上的内力切应力t——位于截面内的应力称为切应力正应力s——垂直于截面的应力称为正应力normalstress单位：Pa,1Pa=1N/㎡常用单位：MPa,1MPa=106Pa（剪应力）shearstress2.正应力和切应力F1F2ΔAΔFQΔFNAFAN0limsAFAQ0limtFR注意事项1.讲应力应注意讲是哪一点的应力；2.讲一点应力，应讲是哪一个截面上的应力;3.讲一点应力，通常应同时考虑正应力σ和切应力τ.§1.7位移变形应变一、位移displacement线位移——一点空间位置的改变单位：m,mm角位移——一面方位的改变单位：rad二、变形deformation尺寸改变形状改变变形引起位移三、应变strain线应变(linearstrain)ε——一点在某方向上尺寸改变程度的描述。切应变(shearingstrain)γ——过一点两互相垂直截面的角度改变。τβα直角改变量xuxddσσxxdxdxxsxsτγ=α+βuu+du微元体element注释线应变ε——与点的位置有关；与x的方向有关；伸长变形为正；无量纲。切应变γ——与点的位置有关；与垂直两边的方位有关；无量纲。§1.8杆件变形的基本形式1.轴向拉伸和压缩axialtensionorcompression拉伸压缩2.剪切shearFF3.扭转torsion联轴器轴4.平面弯曲planebending结论与讨论1.材料力学研究杆件的强度、刚度、稳定性问题，因此其研究对象为变形体，不再是刚体。应注意适用于刚体的概念、原理和方法，用于变形体时是否适用，如静力等效等。2.内力是附加内力的主矢分量和主矩分量，它由外力引起，与变形有关，应满足平衡方程。3.计算内力的基本方法为截面法，其原理为局部平衡，应逐步习惯用截面法计算内力。4.应力是强度计算的基本参数，应注意两种应力（σ和τ）的点的概念，面的概念，注意其单位的规范写法（MPa)。5.构件受力发生变形，卸载后消失的变形称为弹性变形，不能消失的称为塑性变形，一般构件只允许发生弹性变形。6.应变是描述变形的基本参数，应注意两种应变（ε和）点的概念，方向的概念，他们都是无量纲量。7.解决强度问题和刚度问题分两步走，第一步解决四种基本模型的应力和变形计算，第二步解决复杂状态的强度和变形计算问题。作业1-11-21-51-6