材料力第一章續(xù)論及基本概念.

1、1緒緒 論論 及及 基基 本本 概概 念念第一章第一章21- 1材料力學(xué)的任務(wù)材料力學(xué)的任務(wù) 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 建筑物或機(jī)械中承受建筑物或機(jī)械中承受 荷載荷載 而起骨架作用的部分。而起骨架作用的部分。一、研究對(duì)象一、研究對(duì)象荷載荷載（分靜荷載、動(dòng)荷載）（分靜荷載、動(dòng)荷載） 各構(gòu)件在正常工作情各構(gòu)件在正常工作情 況下一般承受的力。況下一般承受的力。構(gòu)件：組成構(gòu)件：組成 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)或或 機(jī)械機(jī)械 的單個(gè)部分的單個(gè)部分二、研究?jī)?nèi)容二、研究?jī)?nèi)容構(gòu)件的構(gòu)件的 強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性 及材料的及材料的力學(xué)性質(zhì)力學(xué)性質(zhì)。 外力外力 荷載和約束力荷載和約束力32. 在荷載作用下構(gòu)件所產(chǎn)生的變形應(yīng)不超過(guò)工程

2、上允許的范圍，在荷載作用下構(gòu)件所產(chǎn)生的變形應(yīng)不超過(guò)工程上允許的范圍， 即要求有足夠的即要求有足夠的 剛度剛度。強(qiáng)度：構(gòu)件抵抗破壞的能力強(qiáng)度：構(gòu)件抵抗破壞的能力1. 在荷載作用下構(gòu)件應(yīng)不致于破壞（斷裂），即應(yīng)具有足夠的在荷載作用下構(gòu)件應(yīng)不致于破壞（斷裂），即應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度強(qiáng)度。 剛度：構(gòu)件抵抗變形的能力剛度：構(gòu)件抵抗變形的能力3. 承受荷載作用時(shí)，構(gòu)件在其原有形狀下的平衡應(yīng)保持為承受荷載作用時(shí)，構(gòu)件在其原有形狀下的平衡應(yīng)保持為穩(wěn)定的平衡穩(wěn)定的平衡， 即要滿足即要滿足 穩(wěn)定性穩(wěn)定性 的要求。的要求。穩(wěn)定性：構(gòu)件維持其原有平衡形式的能力穩(wěn)定性：構(gòu)件維持其原有平衡形式的能力 受一定外力作用的構(gòu)件，要

3、求能正常工作，受一定外力作用的構(gòu)件，要求能正常工作， 一般須滿足以上三方面要求。一般須滿足以上三方面要求。4足夠的強(qiáng)度足夠的強(qiáng)度必須的剛度必須的剛度足夠的穩(wěn)定性足夠的穩(wěn)定性54.75m678910三、研究方法三、研究方法 材料力學(xué)的任務(wù)材料力學(xué)的任務(wù) : 設(shè)計(jì)構(gòu)件時(shí)，在保證滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)構(gòu)件時(shí)，在保證滿足強(qiáng)度、剛度、剛度、穩(wěn)定性的要求的前提下，還必須盡可能合理選用材料和降低穩(wěn)定性的要求的前提下，還必須盡可能合理選用材料和降低材料的消耗量，以節(jié)約資金或減輕構(gòu)件的自重。材料的消耗量，以節(jié)約資金或減輕構(gòu)件的自重。傳統(tǒng)方法：理論方法與實(shí)驗(yàn)方法；傳統(tǒng)方法：理論方法與實(shí)驗(yàn)方法；計(jì)算機(jī)分析方法計(jì)算機(jī)分析方法1

4、1 1- 2 材料力學(xué)與生產(chǎn)實(shí)踐的關(guān)系材料力學(xué)與生產(chǎn)實(shí)踐的關(guān)系 20世紀(jì)產(chǎn)生的諸多高新技術(shù)，如世紀(jì)產(chǎn)生的諸多高新技術(shù)，如高層建筑高層建筑、大跨度橋梁、大跨度橋梁、海洋平臺(tái)、精密儀器、海洋平臺(tái)、精密儀器、航空航天器航空航天器、機(jī)器人、高速列車以及、機(jī)器人、高速列車以及大型水利工程等許多重要工程更是在力學(xué)指導(dǎo)下得以實(shí)現(xiàn)大型水利工程等許多重要工程更是在力學(xué)指導(dǎo)下得以實(shí)現(xiàn) ，并不斷發(fā)展完善的。并不斷發(fā)展完善的。 20世紀(jì)以前，推動(dòng)近代科學(xué)技術(shù)與社會(huì)進(jìn)步的蒸汽機(jī)、內(nèi)世紀(jì)以前，推動(dòng)近代科學(xué)技術(shù)與社會(huì)進(jìn)步的蒸汽機(jī)、內(nèi) 燃機(jī)、鐵路、橋梁、船舶、兵器等，無(wú)一不是力學(xué)知識(shí)的累積燃機(jī)、鐵路、橋梁、船舶、兵器等，無(wú)一

5、不是力學(xué)知識(shí)的累積、應(yīng)用和完善的基礎(chǔ)上逐漸形成和發(fā)展起來(lái)的。、應(yīng)用和完善的基礎(chǔ)上逐漸形成和發(fā)展起來(lái)的。12 高層建筑高層建筑13 大跨度橋梁大跨度橋梁14航空航天器航空航天器15 除上述工業(yè)部門的工程外，還有一些非工業(yè)工程也都與力學(xué)除上述工業(yè)部門的工程外，還有一些非工業(yè)工程也都與力學(xué) 密切相關(guān)，如體育運(yùn)動(dòng)工程，賽車結(jié)構(gòu)為什么前細(xì)后粗？車輪密切相關(guān)，如體育運(yùn)動(dòng)工程，賽車結(jié)構(gòu)為什么前細(xì)后粗？車輪 也是前小后大？等等。也是前小后大？等等。 另有一些高新技術(shù)，如核反應(yīng)堆工程、電子工程、計(jì)算機(jī)另有一些高新技術(shù)，如核反應(yīng)堆工程、電子工程、計(jì)算機(jī)工程等，雖然是在其他基礎(chǔ)學(xué)科指導(dǎo)下產(chǎn)生和發(fā)展起來(lái)的，但工程等，

6、雖然是在其他基礎(chǔ)學(xué)科指導(dǎo)下產(chǎn)生和發(fā)展起來(lái)的，但都對(duì)力學(xué)提出了各式各樣的、大大小小的問(wèn)題。如核反應(yīng)堆壓都對(duì)力學(xué)提出了各式各樣的、大大小小的問(wèn)題。如核反應(yīng)堆壓力殼在高溫和壓力作用下，其壁厚的設(shè)計(jì)？等等。力殼在高溫和壓力作用下，其壁厚的設(shè)計(jì)？等等。16 展望展望21世紀(jì)，力學(xué)加上不斷進(jìn)步的電子計(jì)算機(jī)世紀(jì)，力學(xué)加上不斷進(jìn)步的電子計(jì)算機(jī) 必將成為工程新設(shè)計(jì)的主要手段。必將成為工程新設(shè)計(jì)的主要手段。 分析一些重大災(zāi)難事件，也不難發(fā)現(xiàn)力學(xué)在工程分析一些重大災(zāi)難事件，也不難發(fā)現(xiàn)力學(xué)在工程設(shè)計(jì)中的重要地位。設(shè)計(jì)中的重要地位。17 著名的海難事件：泰坦尼克號(hào)沉船事件著名的海難事件：泰坦尼克號(hào)沉船事件18 美國(guó)橋塌

7、事件美國(guó)橋塌事件19 1 - 3 可變形固體的性質(zhì)及其基本假設(shè)可變形固體的性質(zhì)及其基本假設(shè)二、二、可變形固體的幾種基本假設(shè)可變形固體的幾種基本假設(shè)一、一、可變形固體：在荷載作用下發(fā)生變形的固體可變形固體：在荷載作用下發(fā)生變形的固體。1. 連續(xù)假設(shè)連續(xù)假設(shè)物體在其整個(gè)體積內(nèi)充滿了物質(zhì)而毫無(wú)空隙，其結(jié)構(gòu)是密實(shí)的。物體在其整個(gè)體積內(nèi)充滿了物質(zhì)而毫無(wú)空隙，其結(jié)構(gòu)是密實(shí)的。物體內(nèi)各點(diǎn)處的力學(xué)性質(zhì)是完全相同的。物體內(nèi)各點(diǎn)處的力學(xué)性質(zhì)是完全相同的。2. 均勻假設(shè)均勻假設(shè)變形變形 尺寸尺寸 的改變和的改變和 形狀形狀 的改變的改變20(1) 變形必須滿足幾何相容條件，即變形后的固體既不引起變形必須滿足幾何相容

8、條件，即變形后的固體既不引起“ 空隙空隙 ”，也不產(chǎn)生，也不產(chǎn)生 “ 擠入擠入”現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 材料在各個(gè)方向的力學(xué)性質(zhì)相同。材料在各個(gè)方向的力學(xué)性質(zhì)相同。3.各向同性假設(shè)各向同性假設(shè)(3) 從物體內(nèi)任意一點(diǎn)處取出的體積單元，其力學(xué)性能都能從物體內(nèi)任意一點(diǎn)處取出的體積單元，其力學(xué)性能都能 代表整個(gè)物體的力學(xué)性能。代表整個(gè)物體的力學(xué)性能。(2) 把某些力學(xué)量看作固體上點(diǎn)的位置連續(xù)函數(shù)時(shí)，可進(jìn)行把某些力學(xué)量看作固體上點(diǎn)的位置連續(xù)函數(shù)時(shí)，可進(jìn)行 極限分析極限分析。21(a)變形后兩部分 相互重疊(b)變形后兩部分 相互分離(c)變形后兩部分 協(xié)調(diào)一致變形前22la+b三、彈性變形和塑性變形三、彈性變形

9、和塑性變形彈性變形：卸除荷載后能完全消失的那一部分變形。彈性變形：卸除荷載后能完全消失的那一部分變形。塑性變形：卸除荷載后不能完全消失而殘留下來(lái)的那部分變形。塑性變形：卸除荷載后不能完全消失而殘留下來(lái)的那部分變形。 l+a+b : 加載后的桿長(zhǎng)加載后的桿長(zhǎng)l+a : 卸載后的桿長(zhǎng)卸載后的桿長(zhǎng)bab ：彈性變形彈性變形a ： 塑性變形塑性變形23構(gòu)件材料的力學(xué)模型構(gòu)件材料的力學(xué)模型連續(xù)、均勻、各向同性的可變形固體，且在大多數(shù)場(chǎng)合下連續(xù)、均勻、各向同性的可變形固體，且在大多數(shù)場(chǎng)合下局限在局限在 彈性變形彈性變形 范圍內(nèi)和范圍內(nèi)和 小變形小變形 條件下進(jìn)行研究。條件下進(jìn)行研究。 小變形小變形： 變形

10、遠(yuǎn)小于構(gòu)件的原始尺寸。變形遠(yuǎn)小于構(gòu)件的原始尺寸。24FBAl小變形下，在考慮靜力平衡，靜力等效等問(wèn)題時(shí)，小變形下，在考慮靜力平衡，靜力等效等問(wèn)題時(shí)，可以將變形略去，按變形前的原始尺寸計(jì)算?？梢詫⒆冃温匀?，按變形前的原始尺寸計(jì)算。FBlll mARANA0, 0AAFlmm0)(AllFm不用不用25CAB答：不能答：不能ABAB 桿產(chǎn)生變形桿產(chǎn)生變形只有只有 AC 段產(chǎn)生變形段產(chǎn)生變形26外力：其他構(gòu)件對(duì)研究對(duì)象的作用力。外力：其他構(gòu)件對(duì)研究對(duì)象的作用力。外力種類：體積力和表面力（簡(jiǎn)稱體力和面力）。外力種類：體積力和表面力（簡(jiǎn)稱體力和面力）。FMq(x)q內(nèi)力和截面法內(nèi)力和截面法 應(yīng)力應(yīng)力 一

11、一. .外力和內(nèi)力外力和內(nèi)力27F1F3F2FnF1F3FnF2內(nèi)力和截面法內(nèi)力和截面法 應(yīng)力應(yīng)力 內(nèi)力：由于外力作用，構(gòu)件各質(zhì)點(diǎn)間的相對(duì)位置發(fā)生變化，內(nèi)力：由于外力作用，構(gòu)件各質(zhì)點(diǎn)間的相對(duì)位置發(fā)生變化，而產(chǎn)生的附加內(nèi)力。（內(nèi)力是由于外力引起的）而產(chǎn)生的附加內(nèi)力。（內(nèi)力是由于外力引起的）假想截面假想截面28截面法求內(nèi)力截面法求內(nèi)力截面法是材料力學(xué)中研究?jī)?nèi)力的一個(gè)基本方法。截面法是材料力學(xué)中研究?jī)?nèi)力的一個(gè)基本方法。求圖中任一截面求圖中任一截面 mm 內(nèi)力的步驟：內(nèi)力的步驟：(1) (1) 在求內(nèi)力的截面處，將構(gòu)件在求內(nèi)力的截面處，將構(gòu)件假想切開(kāi)假想切開(kāi)成兩部分成兩部分mm29mm(2) (2)

12、留下一部分，棄去一部分留下一部分，棄去一部分 ，并以，并以內(nèi)力代替內(nèi)力代替棄去部分棄去部分對(duì)留下部分的作用。對(duì)留下部分的作用。mmmm截面法求內(nèi)力截面法求內(nèi)力(3) (3) 建立靜力平衡方程由已知力求未知力。建立靜力平衡方程由已知力求未知力。30 用假想截面從所要求的截面處將桿截為兩部分 考察其中任意一部分的平衡 由平衡方程求得橫截面的內(nèi)力分量，000CyxMFFCFsy31FRFNFsMMBMxFN軸力：產(chǎn)生軸向的伸長(zhǎng)或縮短變形；軸力：產(chǎn)生軸向的伸長(zhǎng)或縮短變形；Fs剪力：產(chǎn)生剪切變形；剪力：產(chǎn)生剪切變形；Mx扭矩：產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形；扭矩：產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形；MB（ My或或Mz) ) 彎矩彎矩: :產(chǎn)

13、生彎曲變形。產(chǎn)生彎曲變形。32 在一定條件下，桿件所有內(nèi)力分量作用的效果，可以視為各個(gè)內(nèi)力分量單獨(dú)作用效果的疊加。通?？蓺w結(jié)為三組平面內(nèi)內(nèi)力分量與外力：FP1 FP2FRMMzMyMxFs yFs zFNFs 33桿件橫截面上的應(yīng)力34桿件橫截面上的應(yīng)力35桿件橫截面上的應(yīng)力正應(yīng)力與切應(yīng)力定義 yxzAFAlimN0 AFAlims0 AFsyFszFNFRF1F236桿件橫截面上的應(yīng)力應(yīng)力與內(nèi)力分量之間的關(guān)系F1F2yxzdAxMyFN Mzxyxz37 正應(yīng)變與切應(yīng)變 正應(yīng)變與切應(yīng)變定義正應(yīng)變是單位長(zhǎng)度的線變形量？xu+duxxdxxu 線變形對(duì)于正應(yīng)力作用下的微元，沿著正應(yīng)力方向?qū)a(chǎn)生伸

14、長(zhǎng)和縮短，這種變形稱為線變形。 38 正應(yīng)變與切應(yīng)變定義 角變形對(duì)于切應(yīng)力作用下的微元，兩邊夾角的改變。 符號(hào)規(guī)定：拉應(yīng)力與拉應(yīng)變?yōu)檎?壓應(yīng)力與壓應(yīng)變?yōu)樨?fù)。 正應(yīng)變與切應(yīng)變39 線彈性材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 胡克定律EExxxx,GG,OxxOE 彈性模量G 切變模量40 1 - 4 材料力學(xué)研究對(duì)象的幾何特征材料力學(xué)研究對(duì)象的幾何特征一一. 構(gòu)件的分類構(gòu)件的分類構(gòu)件大致可以歸納為四的分類：構(gòu)件大致可以歸納為四的分類：桿，板，殼桿，板，殼 和和 塊體塊體。桿有兩個(gè)主要的幾何特征：桿有兩個(gè)主要的幾何特征：1.縱向尺寸（長(zhǎng)度）遠(yuǎn)比橫向尺寸大得多的構(gòu)件稱為縱向尺寸（長(zhǎng)度）遠(yuǎn)比橫向尺寸大得多的構(gòu)件稱為

15、桿桿。軸線軸線 _ 所有橫截面形心的連線所有橫截面形心的連線橫截面橫截面 _垂直于桿件長(zhǎng)度的截面垂直于桿件長(zhǎng)度的截面41等直桿等直桿 等截面的直桿（材料力學(xué)研究的主要對(duì)象）等截面的直桿（材料力學(xué)研究的主要對(duì)象）直桿直桿 軸線為直線的桿件軸線為直線的桿件曲桿曲桿 軸線為曲線的桿件軸線為曲線的桿件等截面桿等截面桿 各橫截面尺寸不變的桿各橫截面尺寸不變的桿橫截面橫截面軸線軸線形心形心42中面為平面的構(gòu)件稱為中面為平面的構(gòu)件稱為 板板（平板）（平板）中面為曲面的構(gòu)件稱為中面為曲面的構(gòu)件稱為 殼殼（曲板）（曲板）板板殼殼2.如果構(gòu)件一個(gè)方向的尺寸厚度遠(yuǎn)小于其它兩個(gè)方向的尺寸，如果構(gòu)件一個(gè)方向的尺寸厚度遠(yuǎn)

16、小于其它兩個(gè)方向的尺寸， 平分板這種構(gòu)件的面稱為平分板這種構(gòu)件的面稱為 中面中面433. 三個(gè)方向尺寸差不多的構(gòu)件（同量級(jí)）稱為塊體三個(gè)方向尺寸差不多的構(gòu)件（同量級(jí)）稱為塊體板板殼殼塊體塊體441-5 桿件變形的基本形式 當(dāng)桿件兩端承受沿軸線方向的拉力或壓力載荷時(shí)，桿件將產(chǎn)生軸向伸長(zhǎng)或壓縮變形。451-5 桿件變形的基本形式 在平行于桿橫截面的兩個(gè)相距很近的平面內(nèi)，方向相對(duì)地作用著兩個(gè)橫向力，當(dāng)這兩個(gè)力相互錯(cuò)動(dòng)并保持二者之間的距離不變時(shí)，桿件將產(chǎn)生剪切變形 。461-5 桿件變形的基本形式 當(dāng)作用在桿件上的力組成作用在垂直于桿軸平面內(nèi)的力偶Me時(shí)，桿件將產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，即桿件的橫截面繞其軸相互轉(zhuǎn)

17、動(dòng) 。471-5 桿件變形的基本形式 當(dāng)外加力偶M或外力作用于桿件的縱向平面內(nèi)時(shí)，桿件將發(fā)生彎曲變形，其軸線將變成曲線。 481-5 桿件變形的基本形式 由基本受力形式中的兩種或兩種以上所共同形成的受力與變形形式即為組合受力與變形 。 49 結(jié)論與討論50 結(jié)論與討論 請(qǐng)判斷下列簡(jiǎn)化在什么情形下是正確的，什么情形下是不正確的：51 結(jié)論與討論 請(qǐng)判斷下列簡(jiǎn)化在什么情形下是正確的，什么情形下是不正確的：52入門入門數(shù)學(xué)數(shù)學(xué)物理學(xué)物理學(xué)理論力學(xué)理論力學(xué)其他其他建筑材料建筑材料建筑結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)力學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)彈性力學(xué)彈性力學(xué)機(jī)械零件機(jī)械零件機(jī)械原理機(jī)械原理其他其他材料力學(xué)材料力學(xué)53 材料力學(xué)是一門很重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，他與機(jī)械、土建、材料力學(xué)是一門很重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，他與機(jī)械、土建