材料力學(xué)-材料力學(xué)序論

1、理論力學(xué)研究物體（理論力學(xué)研究物體（剛體剛體）的平衡與機(jī)械）的平衡與機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律。運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 材料力學(xué)研究桿件（材料力學(xué)研究桿件（變形體變形體）的承載）的承載能力。能力。1 1、強(qiáng)度強(qiáng)度(strength)(strength)構(gòu)件抵抗破壞的能力。構(gòu)件抵抗破壞的能力。 3 3、穩(wěn)定性、穩(wěn)定性(stability)(stability)構(gòu)件維持原有平衡狀態(tài)的能力。構(gòu)件維持原有平衡狀態(tài)的能力。 剛度：構(gòu)件在載荷作用下，抵抗變形的能力。剛度：構(gòu)件在載荷作用下，抵抗變形的能力。穩(wěn)定性：構(gòu)件在載荷作用下，抵抗失穩(wěn)的能力。穩(wěn)定性：構(gòu)件在載荷作用下，抵抗失穩(wěn)的能力。一、材料力學(xué)的研究對(duì)象一、材料力學(xué)的研究對(duì)象

2、1. 1. 研究對(duì)象：研究對(duì)象：變形固體變形固體2. 2. 變形：物體形狀和尺寸的改變。變形：物體形狀和尺寸的改變。1- -2 可變形固體及其基本假設(shè)可變形固體及其基本假設(shè)正方形正方形正方形正方形體積改變體積改變形狀改變形狀改變正方形正方形體積與形狀改變體積與形狀改變變形變形彈性變形彈性變形塑性變形塑性變形變形固體在外力作用下產(chǎn)生的變形，就其變形性質(zhì)可分為變形固體在外力作用下產(chǎn)生的變形，就其變形性質(zhì)可分為彈性變形與塑性變形。彈性變形與塑性變形。 (1) (1) 彈性變形：指變形體的外力卸去后可消失的變形。彈性變形：指變形體的外力卸去后可消失的變形。(2) (2) 塑性變形：指外力卸去后，變形不

3、能全部消失而留有塑性變形：指外力卸去后，變形不能全部消失而留有 殘余變形。殘余變形。二、變形固體的基本假設(shè)：二、變形固體的基本假設(shè)： 1 1連續(xù)性假設(shè)：指材料內(nèi)部沒有空隙，認(rèn)為物連續(xù)性假設(shè)：指材料內(nèi)部沒有空隙，認(rèn)為物體毫無空隙地充滿其整個(gè)體積內(nèi)，即物體是密實(shí)的。體毫無空隙地充滿其整個(gè)體積內(nèi)，即物體是密實(shí)的。 目的：物體內(nèi)的應(yīng)力、變形等物理量可以表示為各點(diǎn)坐目的：物體內(nèi)的應(yīng)力、變形等物理量可以表示為各點(diǎn)坐標(biāo)的標(biāo)的連續(xù)函數(shù)連續(xù)函數(shù)，從而有利于建立相應(yīng)的，從而有利于建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型。 2 2均勻性假設(shè)：認(rèn)為在固體內(nèi)各點(diǎn)處具有相同均勻性假設(shè)：認(rèn)為在固體內(nèi)各點(diǎn)處具有相同的的力學(xué)性能力學(xué)性能。說

4、明：材料的力學(xué)性能與部位無關(guān)。說明：材料的力學(xué)性能與部位無關(guān)。 3 3各向同性假設(shè)：認(rèn)為固體材料沿不同方向具有各向同性假設(shè)：認(rèn)為固體材料沿不同方向具有相同的力學(xué)性能。（各向同性材料：常用工程材料如相同的力學(xué)性能。（各向同性材料：常用工程材料如鋼、鐵、玻璃以及澆注得很好的混凝土等。）鋼、鐵、玻璃以及澆注得很好的混凝土等。）說明：材料的力學(xué)性能與方向無關(guān)。說明：材料的力學(xué)性能與方向無關(guān)。 4 4小變形條件（假設(shè)）小變形條件（假設(shè)） ( (原始尺寸原理）原始尺寸原理） 認(rèn)為固體受力后的變形比固體的原始尺寸小得多。認(rèn)為固體受力后的變形比固體的原始尺寸小得多。1 1-3 3 外力及其分類外力及其分類 一

5、、外力的概念一、外力的概念二、外力的分類二、外力的分類1. 1. 按作用方式分按作用方式分外力外力體積力：體積力：是連續(xù)分布于物體內(nèi)部各點(diǎn)的力是連續(xù)分布于物體內(nèi)部各點(diǎn)的力（常用單位（常用單位: : N/mN/m3 3 或或 kN/kN/m m3 3) )表面力：表面力：作用在物體表面上的力作用在物體表面上的力分布力分布力集中力集中力( ( N N 或或 kNkN) )外力外力物體受到其他物體所作用的力。物體受到其他物體所作用的力。包括包括載荷、約束反力載荷、約束反力和和慣性力慣性力。均勻分布均勻分布( ( N/mN/m或或 kN/kN/m)m)非均勻分布非均勻分布2. 2. 按載荷隨時(shí)間變化的

6、情況分按載荷隨時(shí)間變化的情況分外力外力動(dòng)載荷動(dòng)載荷 動(dòng)載荷動(dòng)載荷若物體在動(dòng)載荷作用下，它的某些部分或各部分若物體在動(dòng)載荷作用下，它的某些部分或各部分所引起的所引起的加速度相當(dāng)顯著加速度相當(dāng)顯著。 靜載荷靜載荷在靜載荷作用下，物體各部分在靜載荷作用下，物體各部分不產(chǎn)生加速度不產(chǎn)生加速度或是或是加速度很小可以忽略不計(jì)加速度很小可以忽略不計(jì)，也就是說可以認(rèn)為物體的各部分，也就是說可以認(rèn)為物體的各部分都處于靜力平衡狀態(tài)中。都處于靜力平衡狀態(tài)中。靜載荷靜載荷：快速加載（快速加載（a0a0），或沖擊加載），或沖擊加載緩慢加載（緩慢加載（a0a0）打樁時(shí)汽錘對(duì)樁的作用就是打樁時(shí)汽錘對(duì)樁的作用就是沖擊載荷。沖

7、擊載荷。0FF0FNPyPNFF 0M-aF0MP0aPFM 三、應(yīng)力的概念三、應(yīng)力的概念FFFF兩根受拉桿：材料相同，拉力相同，但截面面積不同。兩根受拉桿：材料相同，拉力相同，但截面面積不同。1.1.應(yīng)力應(yīng)力單位面積的內(nèi)力單位面積的內(nèi)力（指內(nèi)力的密集程度）。（指內(nèi)力的密集程度）。應(yīng)力的基本單位：應(yīng)力的基本單位：PaPa，1Pa=1N1Pa=1Nm m2 2。 常用單位：常用單位：MPaMPa，1MPa1MPa10106 6PaPa。 GPa GPa，1GPa1GPa10109 9Pa Pa 。注意：注意：1MPa=1N1MPa=1Nmmmm2 2。問問: :兩根桿橫截面上的內(nèi)力相等嗎？哪根桿

8、更危險(xiǎn)？?jī)筛鶙U橫截面上的內(nèi)力相等嗎？哪根桿更危險(xiǎn)？A微面積上的微面積上的分布內(nèi)力的合力分布內(nèi)力的合力 F1F2mn 內(nèi)內(nèi)力力分分布布力力F1F2mnCAF mpAF A微面積上的平均應(yīng)力微面積上的平均應(yīng)力 pdAdFAFlimA 0mn截面上截面上C點(diǎn)的點(diǎn)的全應(yīng)力全應(yīng)力( (總應(yīng)力）總應(yīng)力） N T A微面積上的微面積上的分布內(nèi)力的合力分布內(nèi)力的合力 F1F2mnCAF pdAdFAFlimA 0mn截面上截面上C點(diǎn)的點(diǎn)的全應(yīng)力全應(yīng)力( (總應(yīng)力）總應(yīng)力） F1F2mnCp企圖使相鄰的質(zhì)點(diǎn)離開或靠攏企圖使相鄰的質(zhì)點(diǎn)離開或靠攏正應(yīng)力正應(yīng)力 切應(yīng)力（剪應(yīng)力）切應(yīng)力（剪應(yīng)力） 企圖使相鄰的質(zhì)點(diǎn)發(fā)生錯(cuò)

9、動(dòng)（滑移）企圖使相鄰的質(zhì)點(diǎn)發(fā)生錯(cuò)動(dòng)（滑移） 把把全應(yīng)力全應(yīng)力p沿截面的法向和切沿截面的法向和切向進(jìn)行分解：向進(jìn)行分解：正應(yīng)力正應(yīng)力p cosp sin剪應(yīng)力剪應(yīng)力pp由全應(yīng)力求由全應(yīng)力求正應(yīng)力正應(yīng)力及及剪應(yīng)力剪應(yīng)力 1 1-5 5 桿件的幾何性質(zhì)桿件的幾何性質(zhì) 一、構(gòu)件的分類一、構(gòu)件的分類(1)(1)桿；桿； (2)(2)板；板； (3)(3)殼；殼； （4 4）塊體。）塊體。桿桿長(zhǎng)度尺寸遠(yuǎn)大于同一數(shù)量級(jí)的橫向尺寸的構(gòu)件。長(zhǎng)度尺寸遠(yuǎn)大于同一數(shù)量級(jí)的橫向尺寸的構(gòu)件。桿的軸線桿的軸線桿的各桿的各橫截面形心橫截面形心的連線。的連線。二、桿的幾何特征二、桿的幾何特征桿件兩個(gè)主要幾何因素：軸線軸線橫截面

10、橫截面1)1)按軸線形式桿件分為按軸線形式桿件分為：2)2)按橫截面形式桿件分為：按橫截面形式桿件分為：直桿直桿曲桿曲桿等截面桿等截面桿變截面桿變截面桿材料力學(xué)所研究的主要構(gòu)件：從幾何上多抽象為可可變形固體制成的等直桿。變形固體制成的等直桿。直桿是縱向（長(zhǎng)度）尺寸遠(yuǎn)大直桿是縱向（長(zhǎng)度）尺寸遠(yuǎn)大于橫向尺寸的構(gòu)件（例：梁、柱、軸等）于橫向尺寸的構(gòu)件（例：梁、柱、軸等）三、桿的分類三、桿的分類 1. 1.軸向拉伸（或壓縮）：由大小相等、方向相反、軸向拉伸（或壓縮）：由大小相等、方向相反、作用線與桿軸線重合的一對(duì)力引起的，表現(xiàn)為桿件的作用線與桿軸線重合的一對(duì)力引起的，表現(xiàn)為桿件的長(zhǎng)度發(fā)生伸長(zhǎng)或縮短。長(zhǎng)

11、度發(fā)生伸長(zhǎng)或縮短。FFFF1- 6 桿件變形的基本形式桿件變形的基本形式 2.2.剪切：由大小相等、方向相反、相互平行的力剪切：由大小相等、方向相反、相互平行的力引起的，表現(xiàn)為受剪桿件的兩部分沿外力作用方向發(fā)引起的，表現(xiàn)為受剪桿件的兩部分沿外力作用方向發(fā)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)。生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)。圖1-7-3PP 3. 3.扭轉(zhuǎn)：由大小相等、方向相反、作用面都垂扭轉(zhuǎn)：由大小相等、方向相反、作用面都垂直于桿軸的兩個(gè)力偶引起的，表現(xiàn)為桿件的任意兩直于桿軸的兩個(gè)力偶引起的，表現(xiàn)為桿件的任意兩個(gè)橫截面發(fā)生繞軸線的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。個(gè)橫截面發(fā)生繞軸線的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。圖1-7-4nmnm 4.4.彎曲彎曲 ：由垂直于桿件軸線的橫向力，或作用與：由