材料力學機自-第1章緒論

實驗選課通知常溫單軸拉伸實驗、壓縮實驗HE107扭轉、各向異性材料的單軸拉伸實驗

HE104第八周:

彈性常數E、μ的測定、梁的彎曲正應力測定

HE2161、選課

/xuanke/2、選 間

12月6日0：00時——12月13日24：00時截至。3、學生登陸帳號和

均為自己的學號。4、選課截止前一定要再次復查自己的選課結果，若發(fā)現“未滿5人，請重選”的提示信息，說明該時段未滿5人不開課，請務必重新選擇其它時段。5、實驗指導書

/頁面的實驗指導，實驗指導頁面的表格

中有實驗報告可供學生

，請

在實驗前預習相關實驗，實驗課后要認真填寫完整的實驗報告。第四周第六周（二～三）第五周第六周（四～五）材料力學Shanghai

University材料力學第一課課堂學嚴禁抄作業(yè)按時上課，不可保持關機或者靜音上課期間嚴禁飲食、聊天材料力學第一課考試、考核方法期末考試成績

70％平時成績

30％平時作業(yè)（嚴禁抄作業(yè)）實驗課堂練習每次上課之前交作業(yè)，過時不收!：:

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HE206任何時候歡迎來答疑材料力學第一課材料力學第一章

緒論材料力學－第1章緒論為什么要學習材料力學？假設圖中連桿AB分別由以下四種材料制成：粗截面鋼材細鋼絲彈簧橡皮泥設計研究一種結構時，必須考慮具體材料的性質和截面！材料力學－第1章緒論概述材料力學的任務變形固體的性質及基本假定

－理想化模型材料力學的研究對象桿件變形的基本形式基本概念外力與內力應力應變定律

（Hooke’slaw）材料力學－第1章緒論材料力學的任務材料力學－第1章緒論自然和工程實際中各種各樣的結構物和機械（如機床、起重機、建筑物等）都是由許多基本元件組成的（如梁、柱、軸、板、齒輪等）這些基本元件稱為結構的構件或機器的零件材料力學的任務材料力學－第1章緒論結構物、機器安全正常工作的前提是充分認識和了解其材料的力學性能。因此，材料力學是眾多工程學科的基礎整體結構安全的基礎是各個構件、零件應具有足夠的承受荷載（即外力）的能力——簡稱為承載能力材料力學的任務材料力學是研究和分析各種構件承載能力的學科之一在材料力學中，對構件承載能力（力學性能）的研究包含以下三個方面的內容：強度——在載荷作用下構件不致于發(fā)生破壞（斷裂、屈服），即構件抵抗破壞的能力剛度——構件的變形 過工程上允許的范圍，即構件抵抗變形的能力穩(wěn)定性——構件的原有平衡應保持為穩(wěn)定平衡，即構件保持原有平衡狀態(tài)的能力材料力學－第1章緒論材料力學的任務材料力學－第1章緒論材料力學的任務強度－構件受力后不發(fā)生破壞或不產生不可恢復的變形橋橋面梁、的立鋼柱索等、磁帶強度－構件受力后不發(fā)生破壞或不產生不可恢復的變形地震中樁的破壞（斷裂）水庫大壩材料力學－第1章緒論材料力學的任務強度－構件受力后不發(fā)生破壞或不產生不可恢復的變形結構的破壞（屈服）材料力學－第1章緒論材料力學的任務強度－構件受力后不發(fā)生破壞或不產生不可恢復的變形材料力學－第1章緒論材料力學的任務強度－構件受力后不發(fā)生破壞或不產生不可恢復的變形材料力學－第1章緒論材料力學的任務沖擊載荷引起車輛損壞剛度

—

構件的變形

過工程上允許的范圍風載下橋的破壞aDamage

(1940,

USA)——橋梁的風致振動材料力學－第1章緒論材料力學的任務剛度

—

構件的變形

過工程上允許的范圍機械加工用的鉆床的立柱強度不夠：折斷(斷裂)或折彎(塑性變形)；剛度不夠：鉆床立柱即使不發(fā)生斷裂或者折彎，也會產生過大彈性變形（圖中虛線所示為夸大的彈性變形），從而影響鉆孔的精度，甚至產生振動，影響鉆床的在役

。材料力學－第1章緒論材料力學的任務剛度

—

構件的變形

過工程上允許的范圍橋面的剛度材料力學－第1章緒論材料力學的任務剛度

—

構件的變形

過工程上允許的范圍軸的剛度材料力學－第1章緒論材料力學的任務穩(wěn)定性——構件的原有平衡應保持為穩(wěn)定平衡受壓桿件的穩(wěn)定性材料力學－第1章緒論材料力學的任務穩(wěn)定性——構件的原有平衡應保持為穩(wěn)定平衡塔吊中的穩(wěn)定性材料力學－第1章緒論材料力學的任務穩(wěn)定性——構件的原有平衡應保持為穩(wěn)定平衡車高的速穩(wěn)行定駛性的火材料力學－第1章緒論材料力學的任務穩(wěn)定性——構件的原有平衡應保持為穩(wěn)定平衡強度、剛度、穩(wěn)定性問題材料力學－第1章緒論材料力學的任務材料力學－第1章緒論材料力學的任務構件設計安全經濟強度穩(wěn)定性滿足

剛度要求材料好些截面大些降低成本、節(jié)約材料差些截面小些安全與經濟之間的

:安全經濟力求合理解決選擇材料設計截面恰到好處材料力學－第1章緒論材料力學的任務材料力學的任務：在保證構件安全可靠的前提下，為構件選擇適當的材料確定合理的尺寸、形狀提供必要的理論基礎和計算方法由于構件的強度、剛度和穩(wěn)定性問題的分析都涉及到材料的變形特征。因此，材料力學中的構件都

是變形體，這是材料力學和理論力學的本質區(qū)別材料力學－第1章緒論材料力學的任務P r

produceslarge

deformationP r

after

foldedAppropriate

dimensionsand

configuration材料力學－第1章緒論材料力學的任務設計原則—一般情況下，對于某一具體構件，強度、剛度和穩(wěn)定性這三個方面，只有一個方面是主要的，從而，只需解決這個主要方面的對于某些特殊結構，可能這三個方面都必須詳細研究、設計，以保證結構的正常工作材料力學－第1章緒論材料力學的任務材料力學－第1章緒論變形固體的性質及基本假定－理想化模型材料力學－第1章緒論變形固體的基本假設通常，在荷載作用下，固體的形狀和尺寸都發(fā)生改變，這種現象稱為固體變形，這些材料稱為可變形固體材料力學是研究可變形固體力學行為的學科之一，而理論力學研究的是剛體力學材料力學－第1章緒論變形固體的基本假設剛體與變形體模型材料力學－第1章緒論變形固體的基本假設剛體F′FF′F材料力學－第1章緒論變形固體的基本假設變形體F′FF′F材料力學－第1章緒論變形固體的基本假設實際材料的物質結構是各不相同的金屬——具有晶體結構塑料——具有長鏈分子結構玻璃——由排列規(guī)則的硅原子和氧原子組成微觀上，它們的共同特征為物質結構都具有不同程度的孔隙可能含有雜質等缺陷材料力學－第1章緒論變形固體的基本假設灰口鑄鐵的顯微組織球墨鑄鐵的顯微組織材料力學－第1章緒論變形固體的基本假設普通鋼材的顯微組織優(yōu)質鋼材的顯微組織材料力學－第1章緒論變形固體的基本假設不同成分的納米復合陶瓷的顯微組織材料力學－第1章緒論變形固體的基本假設高分子材料微觀結構材料力學－第1章緒論變形固體的基本假設變形固體的三個主要基本假定連續(xù)性假定均勻性假定各向同性假定材料力學－第1章緒論變形固體的基本假設連續(xù)性假定——假設物體在其整

積內充滿物質，毫無孔隙，其結構是密實的微觀不連續(xù)宏觀連續(xù)材料力學－第1章緒論變形固體的基本假設均勻性假定——假設物體內任意部分的單元體具有相同的力學性質–

在統(tǒng)計平均的意義下，認為物體各個部分的力學性質是相同的微觀不均勻宏觀均勻材料力學－第1章緒論變形固體的基本假設各向同性假定——假設物質材料沿各個方向的力學性質相同對于某些材料（如金屬），就其微粒（單個晶粒）而言，其力學性質是有方向的在微粒排列是隨機的條件下，按統(tǒng)計平均的觀點，材料中取出的單元體在各個方向呈現相同的力學性質現實世界中，存在著大量非各向同性（即各向異性）的材料，如木材、巖石、還氧樹脂碳纖維等材料力學－第1章緒論變形固體的基本假設在工程中，除特定的目的和用途，一般情況下，構件的變形都限制在彈性范圍內，因此，常用的另一假定為彈性假設彈性和塑性變形物體在外荷載作用下發(fā)生變形，當外荷載卸除后，如果材料能恢復其原有的形狀，這種變形稱為彈性變形，否則稱為塑性變形材料力學－第1章緒論變形固體的基本假設彈性變形（可恢復性）海綿瀝青塑性變形(不可恢復性）材料力學－第1章緒論變形固體的基本假設構件的變形分為兩類：彈性變形——外力解除后可恢復的變形塑性變形（殘余變形）——外力解除后不能恢復的變形材料在彈性變形范圍內不存在塑性變形材料在發(fā)生塑性變形時，通常含有彈性變形P施加荷載Δ材料力學－第1章緒論變形固體的基本假設一段直鋼絲的彎曲彈性塑性

p材料力學－第1章緒論變形固體的基本假設除上述基本假設外，材料力學分析中常用的另一個假定為——小變形假設如果構件的變形與其形狀尺寸相比是很小的，則稱這類變形稱為小變形–在這類變形中，構件的位移（小位移）和應變都很小。因此，可在未變形的構形中計算靜力平衡問題，從而簡化問題的分析材料力學－第1章緒論變形固體的基本假設例如：兩鉸接直桿的拉伸例如：梁的彎曲F

材料力學－第1章緒論材料力學的研究對象材料力學－第1章緒論材料力學的研究對象工程中的構件，形狀多種多樣，按照其幾何特征，一般可分為桿件和板件桿件—指其一個方向的尺寸遠大于其它兩個方向尺寸的構件l桿件的形狀和尺寸由其軸線與橫截面確定軸線是指通過橫截面形心的線段橫截面是指與桿件軸線方向垂直的截面軸線橫截面dd

l桿件材料力學－第1章緒論材料力學的研究對象桿件的分類等截面直桿直桿變截面直桿等截面曲桿曲桿變截面曲桿材料力學－第1章緒論材料力學的研究對象材料力學研究的主要對象為桿件，即一維結構，并且，通常研究等截面直桿材料力學－第1章緒論材料力學的研究對象另外，材料力學也研究簡單殼體，如

缸的氣缸、薄壁鍋爐的筒體，這類結構稱之為薄壁

結構材料力學－第1章緒論桿件變形的基本形式可以證明，對于小變形、線彈性的材料，其一般變形可由如下四種基本變形形式組合而成拉伸、壓縮變形剪切變形扭轉變形彎曲變形材料力學－第1章緒論桿件變形的基本形式問題：材料的變形千變萬化，如何簡單的描述？材料力學－第1章緒論桿件變形的基本形式拉伸或壓縮（tension

or

compression）—以軸向伸長和縮短為主要特征的變形形式材料力學－第1章緒論桿件變形的基本形式剪切(shearing)在平行于桿橫截面的兩個相距很近的平面內，方向相對地作用著兩個橫向力，當這兩個力相互錯動并保持二者之間的距離不變時，桿件將產生剪切變形。材料力學－第1章緒論桿件變形的基本形式扭轉(torsion)—以橫截面繞軸線作相對轉動為主要特征的變形形式變形前位置TT變形后位置材料力學－第1章緒論桿件變形的基本形式彎曲(bending)—以軸線變彎為主要特征的變形形式材料力學－第1章緒論2.基本概念外力與內力應力應變胡（虎）克定律

（Hooke’slaw）材料力學－第1章緒論外力和內力材料力學－第1章緒論外力和內力外力—其他構件和物體作用在所研究對象上的力表面力體積力分布力集中力靜載荷動載荷按作用方式按分布情況隨時間變化？材料力學－第1章緒論外力和內力內力：構件

相連部分之間的相互作用力由于內力是物體

的力，只有將物體假想地截開，并將其顯示地 來，才能確定內力的大小及其方向材料力學－第1章緒論外力和內力內力

—

由于外力作用，構件

相連部分之間的相互作用力外力平衡

Fx

0,

Fy

0,

Fz

0

Mx

0,

M

y

0,

Mz

0外力與內力平衡

F

F

0,

M

M

0材料力學－第1章緒論外力和內力幾種內力？FFFN軸力

—

作用線垂直所切橫截面并通過形心的內力分量（與桿件軸線重合）zzM

FSSF

MSMzF剪力

—

作用線位于所切橫截面的內力分量彎矩

—

矢量位于所切橫截面的內力偶矩分量扭矩

—

矢量沿軸線的內力偶矩分量將桿件假想的切開以顯示內力，根據平衡由外力確定內力的方法，稱為截面法。MxM

xMxM

FSFzMx材料力學－第1章緒論外力和內力Cxyz內矢和內矩的分解yRFMNCFSzx

xFSy

FMM

yMzz三個內三個內矢：矩：1個為軸力，2個為剪力1個為扭矩，2個為彎矩材料力學－第1章緒論外力和內力例1：圖示桿件，兩端承受載荷F

作用，試分析橫截面m-m上的內力。FmmF

a

Fx

0

M

0mF

aFN

FNm

Mz

FMz

FaFmm?材料力學－第1章緒論外力和內力端承受集中力F，試分析橫截例2：圖示懸臂梁，面m-m上的內力分量。mFmla先分析截面右端桿件mFQ

mM再分析截面左端桿件Q

F

,M

F

(l

a)mm

QM材料力學－第1章緒論應力材料力學－第1章緒論應力A應力—內力的分布集度F當A

趨近于0時，該點處平均應力的極限值：p

lim

FA0

A稱為該點的應力或總應力。應力：描述某一點處單位面積上力的大小，單位為N/m2常用的應力單位有：MPa,GPap正應力，沿截面法向的應力分量切應力，沿截面切向的應力分量正應力、切應力的單位相同x

x材料力學－第1章緒論應力一點處應力狀態(tài)的表示y

y

x

x單向應力狀態(tài)

純剪切材料力學