材料力學(xué)培訓(xùn)緒論課件

材料力學(xué)StrengthofMaterials2022年12月16日機(jī)械工程學(xué)院材料力學(xué)2022年12月12日機(jī)械工程學(xué)院1第一章

緒論及基本概念第一章2第一章緒論目錄§1-1、材料力學(xué)簡史§1-2、材料力學(xué)的任務(wù)§1-3、變形固體的基本假設(shè)§1-4、外力、內(nèi)力及應(yīng)力的概念§1-5、位移、變形及應(yīng)變的概念§1-6、桿件變形的基本形式第一章緒論目錄§1-1、材料力學(xué)簡史3§1-1、材料力學(xué)簡史傳統(tǒng)具有柱、梁、檁、椽的木制房屋結(jié)構(gòu)古代建筑結(jié)構(gòu)一§1-1、材料力學(xué)簡史傳統(tǒng)具有柱、梁、檁、椽的木制房4古代建筑結(jié)構(gòu)建于遼代（1056年）的山西應(yīng)縣佛宮寺釋迦塔塔高9層共67.31米，用木材7400噸900多年來歷經(jīng)數(shù)次地震不倒，現(xiàn)存唯一木塔古代建筑結(jié)構(gòu)建于遼代（1056年）的山西應(yīng)縣佛宮寺釋迦塔塔高5古代建筑結(jié)構(gòu)建于隋代（605年）的河北趙州橋橋長64.4米，跨徑37.02米，用石2800噸古代建筑結(jié)構(gòu)建于隋代（605年）的河北趙州橋橋長64.4米，61638年伽利略《關(guān)于力學(xué)和局部運(yùn)動的兩門新科學(xué)的對話和數(shù)學(xué)證明》的發(fā)表——標(biāo)志著材料力學(xué)開始形成一門獨(dú)立學(xué)科等強(qiáng)度梁截面形狀空、實(shí)心圓柱抗彎強(qiáng)度比較（1）討論直桿軸向拉伸問題，得到承載能力與橫截面積成正比而與長度無關(guān)的正確結(jié)論；（2）討論梁的彎曲強(qiáng)度問題，他認(rèn)為“空心梁能大大提高強(qiáng)度而無需增加重量”；1638年伽利略《關(guān)于力學(xué)和局部運(yùn)動的兩門新科學(xué)的對話7橋梁結(jié)構(gòu)二橋梁結(jié)構(gòu)二8航空航天航空航天9建筑建筑10大型水利工程設(shè)施大型水利工程設(shè)施11車輛與機(jī)械車輛與機(jī)械12四川彩虹橋坍塌四川彩虹橋坍塌131940年11月，華盛頓州的TacomaNarrows橋（主跨度為853米，懸索橋），由于橋面剛度太差，在45mph風(fēng)速的情形下，產(chǎn)生“GallopingGertie”(馳振）。1940年11月，華盛頓州的TacomaNarrows橋14一、任務(wù)§1-2、材料力學(xué)的任務(wù)材料力學(xué)是研究構(gòu)件承載能力的一門學(xué)科。

承載能力強(qiáng)度（strength)

剛度（stiffness)穩(wěn)定性（stability)一、任務(wù)§1-2、材料力學(xué)的任務(wù)材料力學(xué)是研究構(gòu)件承載能力151、強(qiáng)度（strength)：構(gòu)件抵抗破壞的能力。1、強(qiáng)度（strength)：構(gòu)件抵抗破壞的能力。16材料力學(xué)培訓(xùn)緒論課件17材料力學(xué)培訓(xùn)緒論課件182、剛度

構(gòu)件抵抗變形的能力。(stiffness):2、剛度構(gòu)件抵抗變形的能力。193、穩(wěn)定性（stability)構(gòu)

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力3、穩(wěn)定性（stability)構(gòu)

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20一對矛盾安全用材越少越好經(jīng)濟(jì)設(shè)計(jì)出的結(jié)構(gòu)要有承載能力

材料力學(xué)的任務(wù)——在滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的要求下，為設(shè)計(jì)既經(jīng)濟(jì)又安全的構(gòu)件，提供必要的理論基礎(chǔ)和計(jì)算方法。1)荷載、材料一定，計(jì)算截面積；2)荷載、截面一定，校核是否安全；3)材料、截面一定，求許可荷載。三種強(qiáng)度計(jì)算：一對矛盾安全用材越少越好經(jīng)濟(jì)設(shè)計(jì)出的結(jié)構(gòu)要有承載能力211、構(gòu)件：組成工程結(jié)構(gòu)或機(jī)械的最小單元。2、構(gòu)件的分類：板(plate)殼(shell)塊體(body)(bar)二、研究對象1、構(gòu)件：組成工程結(jié)構(gòu)或2、構(gòu)件的分類：板(plate)殼(22材料力學(xué)以“梁、桿”為主要研究對象材料力學(xué)以“梁、桿”為主要研究對象23工程中多為梁、桿結(jié)構(gòu)工程中多為梁、桿結(jié)構(gòu)24§1-3、變形固體的基本假設(shè)三

在外力作用下，一切固體都將發(fā)生變形，故稱為變形固體。而構(gòu)件一般均由固體材料制成，故構(gòu)件一般都是變形固體。一、變形固體二、變形固體基本假設(shè)的提出

在研究構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性時(shí)，為抽象出力學(xué)模型，掌握與問題有關(guān)的主要屬性，常略去一些次要屬性，對變形固體做出假設(shè)?！?-3、變形固體的基本假設(shè)三在外力作用下，一切固25（1）連續(xù)性假設(shè)：認(rèn)為組成固體的物質(zhì)不留空隙地充滿了固體的體積。（2）均勻性假設(shè)：認(rèn)為在固體內(nèi)的任何部位，其力學(xué)性能都相同。（3）各向同性假設(shè)：認(rèn)為無論沿任何方向，固體的力學(xué)性能都相同。（1）連續(xù)性假設(shè)：（2）均勻性假設(shè)：（3）各向同性假設(shè)：26（4）小變形假設(shè)ABCFδ1δ2

δ遠(yuǎn)小于構(gòu)件的最小尺寸，所以通過節(jié)點(diǎn)平衡求各桿內(nèi)力時(shí)，把支架的變形略去不計(jì)。計(jì)算得到很大的簡化。（4）小變形假設(shè)ABCFδ1δ2δ遠(yuǎn)小于構(gòu)件的最小尺27§1-4、外力、內(nèi)力及應(yīng)力的概念一、外力：按作用方式體積力:是連續(xù)分布于物體內(nèi)部各點(diǎn)的力。表面力分布力連續(xù)作用于物體表面的力。集中力若外力作用面積遠(yuǎn)小于物體表面的尺寸，可作為作用于一點(diǎn)的集中力。1、概念：指來自構(gòu)件外部的力。按時(shí)間靜載荷：載荷緩慢地由零增加到某一定值，以后保持不變，或變化很不顯著。動載荷：交變載荷：隨時(shí)間作周期性變化的載荷。沖擊載荷：物體的運(yùn)動在瞬時(shí)內(nèi)突然變化引起的載荷。2、分類：§1-4、外力、內(nèi)力及應(yīng)力的概念一、外力：按作用方式體積力28

1、概念：指由外力作用所引起的、物體內(nèi)相鄰部分之間相互作用力（附加內(nèi)力）。2、求內(nèi)力的方法－－截面法（1）切（2）去（3）代（4）平二、內(nèi)力§1-4、外力、內(nèi)力及應(yīng)力的概念1、概念：指由外力作用所引起的、物體內(nèi)相鄰部分之間2、29FSMFFaa§1-4、外力、內(nèi)力及應(yīng)力的概念例：求如下圖所示桿件截面的內(nèi)力。FSMFFaa§1-4、外力、內(nèi)力及應(yīng)力的概念例：求如下圖30應(yīng)力總量P可以分解成:垂直于截面的分量σ－－正應(yīng)力平行于截面的分量τ－－切應(yīng)力三、應(yīng)力：由外力引起的內(nèi)力的集度。（2）一點(diǎn)的應(yīng)力：當(dāng)面積趨于零時(shí)，平均應(yīng)力的大小和方向都將趨于一定極限，得到：（1）平均應(yīng)力:單位面積上內(nèi)力的平均集度。§1-4、外力、內(nèi)力及應(yīng)力的概念應(yīng)力總量P可以分解成:三、應(yīng)力：由外力引起的內(nèi)力的集度31§1-5、位移、變形及應(yīng)變的概念2、變形（deformation）在外力作用下物體形狀和尺寸發(fā)生改變。1、位移（displacement）變形前后物體內(nèi)一點(diǎn)位置的變化。FC’D’E’AA’CDE位移線位移角位移變形線變形角變形§1-5、位移、變形及應(yīng)變的概念2、變形（deformati32§1-5、位移、變形及應(yīng)變的概念FC’D’E’AA’CDE應(yīng)變線應(yīng)變（應(yīng)變）：切（角）應(yīng)變：平均應(yīng)變：每單位線段長度的平均伸長或縮短。即：稱C點(diǎn)沿CD方向的線應(yīng)變。稱C點(diǎn)在平面內(nèi)的切應(yīng)變。3、應(yīng)變

（strain)度量構(gòu)件一點(diǎn)處的變形程度?！?-5、位移、變形及應(yīng)變的概念FC’D’E’AA’CDE應(yīng)33§1-6、桿件變形的基本形式六一、桿件及其分類：1、概念：長度遠(yuǎn)大于橫截面尺寸的構(gòu)件，稱為桿件，簡稱為桿。它是工程中最基本的構(gòu)件。桿件直桿：曲桿：軸線為直線的桿。軸線為曲線的桿。橫截面大小和形狀不變的直桿。等直桿：2、分類：§1-6、桿件變形的基本形式六一、桿件及其分類：1、概念：長34拉壓變形（1）拉伸或壓縮二、桿件的基本變形：實(shí)例：起吊重物的鋼索、活塞桿等。特點(diǎn)：由大小相等、方向相反、作用線與桿件軸線重合的一對力引起的；表現(xiàn)：桿件的長度發(fā)生伸長或縮短。拉壓變形（1）拉伸或壓縮二、桿件的基本變形：實(shí)例：起吊重物的35剪切變形（2）剪切實(shí)例：常用的聯(lián)接件，如鍵、銷釘、螺栓等。

特點(diǎn)：由大小相等、方向相反、相互平行的力引起的；表現(xiàn)：受剪桿件的兩部分沿外力作用方向發(fā)生相對錯動。剪切變形（2）剪切實(shí)例：常用的聯(lián)接件，如鍵、銷釘、螺栓等。36扭轉(zhuǎn)變形（3）扭轉(zhuǎn)實(shí)例：汽車的傳動軸、電機(jī)和水輪機(jī)的主軸等。

特點(diǎn)：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)：桿件的任意兩個(gè)橫截面發(fā)生繞軸線的相對轉(zhuǎn)動。扭轉(zhuǎn)變形（3）扭轉(zhuǎn)實(shí)例：汽車的傳動軸、電機(jī)和水輪機(jī)的主軸等。37彎曲變形（4）彎曲特點(diǎn)：由垂直于桿件軸線的橫向力，或由作用于包含桿軸的縱向平面內(nèi)的一對大小相等、方向相反的力偶引起的；實(shí)例：橋式起重機(jī)的大梁、各種心軸以及刀架等。

表現(xiàn)：桿件軸線由直線變?yōu)榍€。彎曲變形（4）彎曲特點(diǎn)：由垂直于桿件軸線的橫向力，或由作用于38

實(shí)際構(gòu)件受力情況是多種多樣的：

組合變形：構(gòu)件同時(shí)發(fā)生兩種或兩種以上的基本變形。

考慮主要外力作用，歸到基本變形幾種力都不能忽略，歸到組合變形

39小結(jié)（1）概念：構(gòu)件、強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、外力、內(nèi)力、應(yīng)力、應(yīng)變等（2）材料力學(xué)的任務(wù)：（3）變形固體的四個(gè)基本假設(shè)：

連續(xù)性；均勻性；各向同性假設(shè)和小變形假設(shè)（4）桿件的基本變形：

拉壓、剪切、扭轉(zhuǎn)、彎曲小結(jié)（1）概念：構(gòu)件、強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、外力、內(nèi)力、40材料力學(xué)StrengthofMaterials2022年12月16日機(jī)械工程學(xué)院材料力學(xué)2022年12月12日機(jī)械工程學(xué)院41第一章

緒論及基本概念第一章42第一章緒論目錄§1-1、材料力學(xué)簡史§1-2、材料力學(xué)的任務(wù)§1-3、變形固體的基本假設(shè)§1-4、外力、內(nèi)力及應(yīng)力的概念§1-5、位移、變形及應(yīng)變的概念§1-6、桿件變形的基本形式第一章緒論目錄§1-1、材料力學(xué)簡史43§1-1、材料力學(xué)簡史傳統(tǒng)具有柱、梁、檁、椽的木制房屋結(jié)構(gòu)古代建筑結(jié)構(gòu)一§1-1、材料力學(xué)簡史傳統(tǒng)具有柱、梁、檁、椽的木制房44古代建筑結(jié)構(gòu)建于遼代（1056年）的山西應(yīng)縣佛宮寺釋迦塔塔高9層共67.31米，用木材7400噸900多年來歷經(jīng)數(shù)次地震不倒，現(xiàn)存唯一木塔古代建筑結(jié)構(gòu)建于遼代（1056年）的山西應(yīng)縣佛宮寺釋迦塔塔高45古代建筑結(jié)構(gòu)建于隋代（605年）的河北趙州橋橋長64.4米，跨徑37.02米，用石2800噸古代建筑結(jié)構(gòu)建于隋代（605年）的河北趙州橋橋長64.4米，461638年伽利略《關(guān)于力學(xué)和局部運(yùn)動的兩門新科學(xué)的對話和數(shù)學(xué)證明》的發(fā)表——標(biāo)志著材料力學(xué)開始形成一門獨(dú)立學(xué)科等強(qiáng)度梁截面形狀空、實(shí)心圓柱抗彎強(qiáng)度比較（1）討論直桿軸向拉伸問題，得到承載能力與橫截面積成正比而與長度無關(guān)的正確結(jié)論；（2）討論梁的彎曲強(qiáng)度問題，他認(rèn)為“空心梁能大大提高強(qiáng)度而無需增加重量”；1638年伽利略《關(guān)于力學(xué)和局部運(yùn)動的兩門新科學(xué)的對話47橋梁結(jié)構(gòu)二橋梁結(jié)構(gòu)二48航空航天航空航天49建筑建筑50大型水利工程設(shè)施大型水利工程設(shè)施51車輛與機(jī)械車輛與機(jī)械52四川彩虹橋坍塌四川彩虹橋坍塌531940年11月，華盛頓州的TacomaNarrows橋（主跨度為853米，懸索橋），由于橋面剛度太差，在45mph風(fēng)速的情形下，產(chǎn)生“GallopingGertie”(馳振）。1940年11月，華盛頓州的TacomaNarrows橋54一、任務(wù)§1-2、材料力學(xué)的任務(wù)材料力學(xué)是研究構(gòu)件承載能力的一門學(xué)科。

承載能力強(qiáng)度（strength)

剛度（stiffness)穩(wěn)定性（stability)一、任務(wù)§1-2、材料力學(xué)的任務(wù)材料力學(xué)是研究構(gòu)件承載能力551、強(qiáng)度（strength)：構(gòu)件抵抗破壞的能力。1、強(qiáng)度（strength)：構(gòu)件抵抗破壞的能力。56材料力學(xué)培訓(xùn)緒論課件57材料力學(xué)培訓(xùn)緒論課件582、剛度

構(gòu)件抵抗變形的能力。(stiffness):2、剛度構(gòu)件抵抗變形的能力。593、穩(wěn)定性（stability)構(gòu)

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力3、穩(wěn)定性（stability)構(gòu)

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60一對矛盾安全用材越少越好經(jīng)濟(jì)設(shè)計(jì)出的結(jié)構(gòu)要有承載能力

材料力學(xué)的任務(wù)——在滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的要求下，為設(shè)計(jì)既經(jīng)濟(jì)又安全的構(gòu)件，提供必要的理論基礎(chǔ)和計(jì)算方法。1)荷載、材料一定，計(jì)算截面積；2)荷載、截面一定，校核是否安全；3)材料、截面一定，求許可荷載。三種強(qiáng)度計(jì)算：一對矛盾安全用材越少越好經(jīng)濟(jì)設(shè)計(jì)出的結(jié)構(gòu)要有承載能力611、構(gòu)件：組成工程結(jié)構(gòu)或機(jī)械的最小單元。2、構(gòu)件的分類：板(plate)殼(shell)塊體(body)(bar)二、研究對象1、構(gòu)件：組成工程結(jié)構(gòu)或2、構(gòu)件的分類：板(plate)殼(62材料力學(xué)以“梁、桿”為主要研究對象材料力學(xué)以“梁、桿”為主要研究對象63工程中多為梁、桿結(jié)構(gòu)工程中多為梁、桿結(jié)構(gòu)64§1-3、變形固體的基本假設(shè)三

在外力作用下，一切固體都將發(fā)生變形，故稱為變形固體。而構(gòu)件一般均由固體材料制成，故構(gòu)件一般都是變形固體。一、變形固體二、變形固體基本假設(shè)的提出

在研究構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性時(shí)，為抽象出力學(xué)模型，掌握與問題有關(guān)的主要屬性，常略去一些次要屬性，對變形固體做出假設(shè)?！?-3、變形固體的基本假設(shè)三在外力作用下，一切固65（1）連續(xù)性假設(shè)：認(rèn)為組成固體的物質(zhì)不留空隙地充滿了固體的體積。（2）均勻性假設(shè)：認(rèn)為在固體內(nèi)的任何部位，其力學(xué)性能都相同。（3）各向同性假設(shè)：認(rèn)為無論沿任何方向，固體的力學(xué)性能都相同。（1）連續(xù)性假設(shè)：（2）均勻性假設(shè)：（3）各向同性假設(shè)：66（4）小變形假設(shè)ABCFδ1δ2

δ遠(yuǎn)小于構(gòu)件的最小尺寸，所以通過節(jié)點(diǎn)平衡求各桿內(nèi)力時(shí)，把支架的變形略去不計(jì)。計(jì)算得到很大的簡化。（4）小變形假設(shè)ABCFδ1δ2δ遠(yuǎn)小于構(gòu)件的最小尺67§1-4、外力、內(nèi)力及應(yīng)力的概念一、外力：按作用方式體積力:是連續(xù)分布于物體內(nèi)部各點(diǎn)的力。表面力分布力連續(xù)作用于物體表面的力。集中力若外力作用面積遠(yuǎn)小于物體表面的尺寸，可作為作用于一點(diǎn)的集中力。1、概念：指來自構(gòu)件外部的力。按時(shí)間靜載荷：載荷緩慢地由零增加到某一定值，以后保持不變，或變化很不顯著。動載荷：交變載荷：隨時(shí)間作周期性變化的載荷。沖擊載荷：物體的運(yùn)動在瞬時(shí)內(nèi)突然變化引起的載荷。2、分類：§1-4、外力、內(nèi)力及應(yīng)力的概念一、外力：按作用方式體積力68

1、概念：指由外力作用所引起的、物體內(nèi)相鄰部分之間相互作用力（附加內(nèi)力）。2、求內(nèi)力的方法－－截面法（1）切（2）去（3）代（4）平二、內(nèi)力§1-4、外力、內(nèi)力及應(yīng)力的概念1、概念：指由外力作用所引起的、物體內(nèi)相鄰部分之間2、69FSMFFaa§1-4、外力、內(nèi)力及應(yīng)力的概念例：求如下圖所示桿件截面的內(nèi)力。FSMFFaa§1-4、外力、內(nèi)力及應(yīng)力的概念例：求如下圖70應(yīng)力總量P可以分解成:垂直于截面的分量σ－－正應(yīng)力平行于截面的分量τ－－切應(yīng)力三、應(yīng)力：由外力引起的內(nèi)力的集度。（2）一點(diǎn)的應(yīng)力：當(dāng)面積趨于零時(shí)，平均應(yīng)力的大小和方向都將趨于一定極限，得到：（1）平均應(yīng)力:單位面積上內(nèi)力的平均集度?！?-4、外力、內(nèi)力及應(yīng)力的概念應(yīng)力總量P可以分解成:三、應(yīng)力：由外力引起的內(nèi)力的集度71§1-5、位移、變形及應(yīng)變的概念2、變形（deformation）在外力作用下物體形狀和尺寸發(fā)生改變。1、位移（displacement）變形前后物體內(nèi)一點(diǎn)位置的變化。FC’D’E’AA’CDE位移線位移角位移變形線變形角變形§1-5、位移、變形及應(yīng)變的概念2、變形（deformati72§1-5、位移、變形及應(yīng)變的概念FC’D’E’AA’CDE應(yīng)變線應(yīng)變（應(yīng)變）：切（角）應(yīng)變：平均應(yīng)變：每單位線段長度的平均伸長或縮短。即：稱C點(diǎn)沿CD方向的線應(yīng)變。稱C點(diǎn)在平面內(nèi)的切應(yīng)變。3、應(yīng)變

（strain)度量構(gòu)件一點(diǎn)處的變形程度。§1-5、位移、變形及應(yīng)變的概念FC’D’E’AA’CDE應(yīng)73§1-6、桿件變形的基本形式六一、桿件及其分類：1、概念：長度遠(yuǎn)大于橫截面尺寸的構(gòu)件，稱為桿件，簡稱為桿。它是工程中最基本的構(gòu)件。桿件直桿：曲桿：軸線為直線的桿。軸線為曲線的桿。橫截面大小和形狀不變的直桿。等直桿：