材料力學第一章緒論課件

MechanicsofMaterials材料力學主要研究桿件的強度、剛度和穩(wěn)定性等問題，以理論分析為基礎(chǔ)，培養(yǎng)學生將工程實際問題提煉成力學問題（即力學建模），從而進行求解的能力以及實驗技能，發(fā)揮其他課程不可替代的綜合素質(zhì)教育作用，為后續(xù)課程的學習打下堅實的基礎(chǔ)。材料力學研究什么？1/10/2023MechanicsofMaterials材料力學主要研究1MechanicsofMaterials1/10/2023MechanicsofMaterials1/8/20232MechanicsofMaterials1/10/2023MechanicsofMaterials1/8/20233MechanicsofMaterialsroller1/10/2023MechanicsofMaterialsroller1/4MechanicsofMaterials1/10/2023MechanicsofMaterials1/8/20235MechanicsofMaterials理論力學材料力學研究物體機械運動一般規(guī)律的科學——剛體研究構(gòu)件承載能力的一門科學——變形固體1/10/2023MechanicsofMaterials理論力學材料力學6第一章緒論§1-1材料力學的任務(wù)§1-2變形固體的基本假設(shè)§1-3外力及其分類§1-4內(nèi)力、截面法和應(yīng)力的概念§1-5變形與應(yīng)變§1-6桿件變形的基本形式1/10/2023第一章緒論§1-1材料力學的任務(wù)1/8/20237第一章緒論工程結(jié)構(gòu)或機械的各組成部分統(tǒng)稱為構(gòu)件§1-1材料力學的任務(wù)1/10/2023第一章緒論工程結(jié)構(gòu)或機械的各組成部分統(tǒng)稱為構(gòu)件§1-18第一章緒論工程結(jié)構(gòu)或機械結(jié)構(gòu)實例：1/10/2023第一章緒論工程結(jié)構(gòu)或機械結(jié)構(gòu)實例：1/8/20239第一章緒論工程結(jié)構(gòu)或機械結(jié)構(gòu)實例：1/10/2023第一章緒論工程結(jié)構(gòu)或機械結(jié)構(gòu)實例：1/8/202310第一章緒論工程結(jié)構(gòu)或機械結(jié)構(gòu)實例：1/10/2023第一章緒論工程結(jié)構(gòu)或機械結(jié)構(gòu)實例：1/8/202311第一章緒論§1-1材料力學的任務(wù)對構(gòu)件在荷載作用下正常工作的要求Ⅰ.

具有足夠的強度——規(guī)定荷載作用下不應(yīng)破壞。FFaFF鋼筋b1/10/2023第一章緒論§1-1材料力學的任務(wù)對構(gòu)件在荷載作用下正常12第一章緒論§1-1材料力學的任務(wù)美國的Tacoma老橋于1940年11月7日因風力引起的振動而產(chǎn)生斷裂強度問題：1/10/2023第一章緒論§1-1材料力學的任務(wù)美國的Taco13第一章緒論§1-1材料力學的任務(wù)強度問題：垮塌后的彩虹橋1999年1月4日，我國重慶市綦江縣彩虹橋發(fā)生垮塌，造成：

40人死亡；

14人受傷；直接經(jīng)濟損失631萬元。1/10/2023第一章緒論§1-1材料力學的任務(wù)強度問題：垮塌后的彩虹14第一章緒論§1-1材料力學的任務(wù)對構(gòu)件在荷載作用下正常工作的要求Ⅱ.具有足夠的剛度——荷載作用下的彈性變形不超過工程允許范圍。荷載未作用時荷載去除后荷載作用下F1/10/2023第一章緒論§1-1材料力學的任務(wù)對構(gòu)件在荷載作用下正常15第一章緒論§1-1材料力學的任務(wù)彈性變形：1/10/2023第一章緒論§1-1材料力學的任務(wù)彈性變形：1/8/2016第一章緒論§1-1材料力學的任務(wù)剛度問題：1/10/2023第一章緒論§1-1材料力學的任務(wù)剛度問題：1/8/2017第一章緒論§1-1材料力學的任務(wù)剛度問題：1/10/2023第一章緒論§1-1材料力學的任務(wù)剛度問題：1/8/2018第一章緒論§1-1材料力學的任務(wù)對構(gòu)件在荷載作用下正常工作的要求Ⅲ.滿足穩(wěn)定性要求——荷載作用下桿件能保持原有形態(tài)的平衡。1/10/2023第一章緒論§1-1材料力學的任務(wù)對構(gòu)件在荷載作用下正常19第一章緒論§1-1材料力學的任務(wù)穩(wěn)定性問題：1/10/2023第一章緒論§1-1材料力學的任務(wù)穩(wěn)定性問題：1/8/220第一章緒論§1-1材料力學的任務(wù)穩(wěn)定性問題：1/10/2023第一章緒論§1-1材料力學的任務(wù)穩(wěn)定性問題：1/8/221在滿足上述強度、剛度和穩(wěn)定性要求的同時，須盡可能合理選用材料和降低材料消耗量，以節(jié)約投資。第一章緒論材料力學包含的兩個方面理論分析實驗研究測定材料的力學性能；解決某些不能全靠理論分析的問題1/10/2023在滿足上述強度、剛度和穩(wěn)定性要求的同時，須盡可22第一章緒論對可變形固體的基本假設(shè)：§1-2變形固體的基本假設(shè)Ⅰ.連續(xù)性假設(shè)——物質(zhì)不留空隙地充滿了整個固體。（可用微積分數(shù)學工具，力學量是坐標連續(xù)函數(shù)。）

Ⅱ.均勻性假設(shè)——固體內(nèi)各點處材料的力學性能相同。（晶粒在統(tǒng)計意義上是平均的）。

Ⅲ.各向同性假設(shè)——固體內(nèi)各點沿各方向的力學性質(zhì)完全相同。（這樣的材料稱為各向同性材料；沿各方向的力學性質(zhì)不同的材料稱為各向異性材料。）1/10/2023第一章緒論對可變形固體的基本假設(shè)：§1-2變形固體的基23第一章緒論外力按作用方式分：體積力：

重力、慣性力；表面力：水壓力、面接觸的力；§1-3外力及其分類1/10/2023第一章緒論外力按作用方式分：§1-3外力及其分24第一章緒論§1-3外力及其分類鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的自重是主要載荷1/10/2023第一章緒論§1-3外力及其分類鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的自重是主25第一章緒論§1-3外力及其分類水閘的水壓力是表面力，為分布載荷1/10/2023第一章緒論§1-3外力及其分類水閘的水壓力是表面力，為26第一章緒論外力按分布面積分：分布力：體積力、表面力；集中力：火車車輪對鋼軌、支座等?！?-3外力及其分類1/10/2023第一章緒論外力按分布面積分：§1-3外力及其分27第一章緒論外力按隨時間變化分：靜載荷：自重，變化相對較慢；動載荷：交變載荷、沖擊；§1-3外力及其分類1/10/2023第一章緒論外力按隨時間變化分：§1-3外力及其28第一章緒論§1-4內(nèi)力、截面法和應(yīng)力的概念內(nèi)力：受外力作用引起的相互作用；材料力學中的內(nèi)力：物體內(nèi)部各部分之間因外力而引起的附加相互作用力，即“附加內(nèi)力”；內(nèi)力隨外力的增加而加大，隨外力的撤除而消失。1/10/2023第一章緒論§1-4內(nèi)力、截面法和應(yīng)力的概念內(nèi)力：受外力29第一章緒論§1-4內(nèi)力、截面法和應(yīng)力的概念主矢主矩xyzFNTFsyFszMyMz內(nèi)力：軸向分量:力：軸力FN力矩：扭矩T橫向分量:力：剪力Fsy、FSZ力矩：彎矩My、Mz1/10/2023第一章緒論§1-4內(nèi)力、截面法和應(yīng)力的概念主矢主矩xy30第一章緒論§1-4內(nèi)力、截面法和應(yīng)力的概念截面法的求解步驟：截開代替平衡1/10/2023第一章緒論§1-4內(nèi)力、截面法和應(yīng)力的概念截面法的求解31§1-4內(nèi)力、截面法和應(yīng)力的概念例1-4-1：在載荷F作用下的懸臂梁如圖所示，試確定截面m—m上的內(nèi)力。第一章緒論FSMFFaamm1/10/2023§1-4內(nèi)力、截面法和應(yīng)力的概念例1-4-1：在載荷F作用32第一章緒論§1-4內(nèi)力、截面法和應(yīng)力的概念例1-4-2：鉆床如圖所示，在載荷P作用下，試確定截面m—m上的內(nèi)力。1/10/2023第一章緒論§1-4內(nèi)力、截面法和應(yīng)力的概念例1-4-233第一章緒論∴POFNM1/10/2023第一章緒論∴POFNM1/8/202334第一章緒論§1-4內(nèi)力、截面法和應(yīng)力的概念應(yīng)力：內(nèi)力系在某點的內(nèi)力集度，反映內(nèi)力系在該點的強弱。FNAC1/10/2023第一章緒論§1-4內(nèi)力、截面法和應(yīng)力的概念應(yīng)力：內(nèi)力系35第一章緒論§1-4內(nèi)力、截面法和應(yīng)力的概念應(yīng)力p可分解：正應(yīng)力——；

切應(yīng)力——。p應(yīng)力單位：牛/米2（N/m2），稱為帕斯卡或簡稱帕（Pa）。通常使用的是兆帕，即MPa（1MPa=106Pa)1/10/2023第一章緒論§1-4內(nèi)力、截面法和應(yīng)力的概念應(yīng)力p可分解36第一章緒論§1-5變形和應(yīng)變xyMM’DxMLNM’L’N’Dx+s1/10/2023第一章緒論§1-5變形和應(yīng)變xyMM’DxML37第一章緒論線應(yīng)變與角應(yīng)變DxMLNM’L’N’Dx+s1/10/2023第一章緒論線應(yīng)變與角應(yīng)變DxMLNM’L’N’Dx+38例1-5-1:求ab邊的平均應(yīng)變和ab、ad兩邊夾角的變化250200adcba’0.025g第一章緒論1/10/2023例1-5-1:求ab邊的平均應(yīng)變和ab、ad兩邊夾角的變化39第一章緒論250200adcba’0.025g1/10/2023第一章緒論250200adcba’0.025g1/8/240小變形假設(shè)ABCFδ1δ2δ遠小于構(gòu)件的最小尺寸，在研究構(gòu)件的平衡和運動時按變形前的原始尺寸進行計算，以保證問題在幾何上是線性的。這樣，計算得到了很大的簡化。第一章緒論1/10/2023小變形假設(shè)ABCFδ1δ2δ遠小于構(gòu)件的最小尺寸，在41P第一章緒論FN1FN2P1/10/2023P第一章緒論FN1FN2P1/8/202342§1-6桿件變形的基本形式構(gòu)件的分類：桿件、板殼*、塊體*桿件：直桿：折桿：曲桿：等截面直桿、變截面直桿等截面折桿、變截面折桿*等截面曲桿、變截面曲桿*第一章緒論第一章緒論1/10/2023§1-6桿件變形的基本形式構(gòu)件的分類：桿件、板殼*、43桿件——縱向尺寸（長度）遠比橫向尺寸大得多的構(gòu)件。直桿——軸線為直線的桿曲桿——軸線為曲線的桿等截面直桿——橫截面的形狀和大小不變的直桿第一章緒論§1-6桿件變形的基本形式1/10/2023桿件——縱向尺寸（長度）遠比橫向尺寸大得多的構(gòu)件。直桿——軸44板和殼：構(gòu)件一個方向的尺寸（厚度）遠小于其它兩個方向的尺寸。塊件：三個方向（長、寬、高）的尺寸相差不多的構(gòu)件

第一章緒論§1-6桿件變形的基本形式1/10/2023板和殼：構(gòu)件一個方向的尺寸（厚度）遠小于其它兩個方向的尺寸。45第一章緒論1、拉伸或壓縮實例1/10/2023第一章緒論1、拉伸或壓縮實例1/8/2023461、軸向拉伸或壓縮受力特征變形特征第一章緒論1/10/20231、軸向拉伸或壓縮受力特征第一章緒論1/8/2023472、剪切實例第一章緒論1/10/20232、剪切實例第一章緒論1/8/2023482、剪切第一章緒論受力特征變形特征1/10/20232、剪切第一章緒論受力特征1/8/2023493、扭轉(zhuǎn)實例第一章緒論1/10/20233、扭轉(zhuǎn)實例第一章緒論1/8/2023503、扭轉(zhuǎn)第一章緒論受力特征變形特征1/10/20233、扭轉(zhuǎn)第一章緒論受力特征1/8/2023514、彎曲實例第一章緒論1/10/20234、彎曲實例第一章緒論1/8/2023524、彎曲第一章緒論受力特征變形特征1/10/20234、彎曲第一章緒論受力特征1/8/202353Anyquestion?第一章緒論1/10/2023Anyquestion?第一章緒論1/8/202354剛體靜力學中關(guān)于平衡的理論和方法能否應(yīng)用于材料力學？上述兩種情形下對彈性桿的平衡和變形將會產(chǎn)生什么影響？第一章緒論討論1/10/2023剛體靜力學中關(guān)于平衡的理論和方法能否應(yīng)用于材料力學？上55祝大家學習愉快!第一章緒論1/10/2023祝大家學習愉快!第一章緒論1/8/202356MechanicsofMaterials材料力學主要研究桿件的強度、剛度和穩(wěn)定性等問題，以理論分析為基礎(chǔ)，培養(yǎng)學生將工程實際問題提煉成力學問題（即力學建模），從而進行求解的能力以及實驗技能，發(fā)揮其他課程不可替代的綜合素質(zhì)教育作用，為后續(xù)課程的學習打下堅實的基礎(chǔ)。材料力學研究什么？1/10/2023MechanicsofMaterials材料力學主要研究57MechanicsofMaterials1/10/2023MechanicsofMaterials1/8/202358MechanicsofMaterials1/10/2023MechanicsofMaterials1/8/202359MechanicsofMaterialsroller1/10/2023MechanicsofMaterialsroller1/60MechanicsofMaterials1/10/2023MechanicsofMaterials1/8/202361MechanicsofMaterials理論力學材料力學研究物體機械運動一般規(guī)律的科學——剛體研究構(gòu)件承載能力的一門科學——變形固體1/10/2023MechanicsofMaterials理論力學材料力學62第一章緒論§1-1材料力學的任務(wù)§1-2變形固體的基本假設(shè)§1-3外力及其分類§1-4內(nèi)力、截面法和應(yīng)力的概念§1-5變形與應(yīng)變§1-6桿件變形的基本形式1/10/2023第一章緒論§1-1材料力學的任務(wù)1/8/202363第一章緒論工程結(jié)構(gòu)或機械的各組成部分統(tǒng)稱為構(gòu)件§1-1材料力學的任務(wù)1/10/2023第一章緒論工程結(jié)構(gòu)或機械的各組成部分統(tǒng)稱為構(gòu)件§1-164第一章緒論工程結(jié)構(gòu)或機械結(jié)構(gòu)實例：1/10/2023第一章緒論工程結(jié)構(gòu)或機械結(jié)構(gòu)實例：1/8/202365第一章緒論工程結(jié)構(gòu)或機械結(jié)構(gòu)實例：1/10/2023第一章緒論工程結(jié)構(gòu)或機械結(jié)構(gòu)實例：1/8/202366第一章緒論工程結(jié)構(gòu)或機械結(jié)構(gòu)實例：1/10/2023第一章緒論工程結(jié)構(gòu)或機械結(jié)構(gòu)實例：1/8/202367第一章緒論§1-1材料力學的任務(wù)對構(gòu)件在荷載作用下正常工作的要求Ⅰ.

具有足夠的強度——規(guī)定荷載作用下不應(yīng)破壞。FFaFF鋼筋b1/10/2023第一章緒論§1-1材料力學的任務(wù)對構(gòu)件在荷載作用下正常68第一章緒論§1-1材料力學的任務(wù)美國的Tacoma老橋于1940年11月7日因風力引起的振動而產(chǎn)生斷裂強度問題：1/10/2023第一章緒論§1-1材料力學的任務(wù)美國的Taco69第一章緒論§1-1材料力學的任務(wù)強度問題：垮塌后的彩虹橋1999年1月4日，我國重慶市綦江縣彩虹橋發(fā)生垮塌，造成：

40人死亡；

14人受傷；直接經(jīng)濟損失631萬元。1/10/2023第一章緒論§1-1材料力學的任務(wù)強度問題：垮塌后的彩虹70第一章緒論§1-1材料力學的任務(wù)對構(gòu)件在荷載作用下正常工作的要求Ⅱ.具有足夠的剛度——荷載作用下的彈性變形不超過工程允許范圍。荷載未作用時荷載去除后荷載作用下F1/10/2023第一章緒論§1-1材料力學的任務(wù)對構(gòu)件在荷載作用下正常71第一章緒論§1-1材料力學的任務(wù)彈性變形：1/10/2023第一章緒論§1-1材料力學的任務(wù)彈性變形：1/8/2072第一章緒論§1-1材料力學的任務(wù)剛度問題：1/10/2023第一章緒論§1-1材料力學的任務(wù)剛度問題：1/8/2073第一章緒論§1-1材料力學的任務(wù)剛度問題：1/10/2023第一章緒論§1-1材料力學的任務(wù)剛度問題：1/8/2074第一章緒論§1-1材料力學的任務(wù)對構(gòu)件在荷載作用下正常工作的要求Ⅲ.滿足穩(wěn)定性要求——荷載作用下桿件能保持原有形態(tài)的平衡。1/10/2023第一章緒論§1-1材料力學的任務(wù)對構(gòu)件在荷載作用下正常75第一章緒論§1-1材料力學的任務(wù)穩(wěn)定性問題：1/10/2023第一章緒論§1-1材料力學的任務(wù)穩(wěn)定性問題：1/8/276第一章緒論§1-1材料力學的任務(wù)穩(wěn)定性問題：1/10/2023第一章緒論§1-1材料力學的任務(wù)穩(wěn)定性問題：1/8/277在滿足上述強度、剛度和穩(wěn)定性要求的同時，須盡可能合理選用材料和降低材料消耗量，以節(jié)約投資。第一章緒論材料力學包含的兩個方面理論分析實驗研究測定材料的力學性能；解決某些不能全靠理論分析的問題1/10/2023在滿足上述強度、剛度和穩(wěn)定性要求的同時，須盡可78第一章緒論對可變形固體的基本假設(shè)：§1-2變形固體的基本假設(shè)Ⅰ.連續(xù)性假設(shè)——物質(zhì)不留空隙地充滿了整個固體。（可用微積分數(shù)學工具，力學量是坐標連續(xù)函數(shù)。）

Ⅱ.均勻性假設(shè)——固體內(nèi)各點處材料的力學性能相同。（晶粒在統(tǒng)計意義上是平均的）。

Ⅲ.各向同性假設(shè)——固體內(nèi)各點沿各方向的力學性質(zhì)完全相同。（這樣的材料稱為各向同性材料；沿各方向的力學性質(zhì)不同的材料稱為各向異性材料。）1/10/2023第一章緒論對可變形固體的基本假設(shè)：§1-2變形固體的基79第一章緒論外力按作用方式分：體積力：

重力、慣性力；表面力：水壓力、面接觸的力；§1-3外力及其分類1/10/2023第一章緒論外力按作用方式分：§1-3外力及其分80第一章緒論§1-3外力及其分類鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的自重是主要載荷1/10/2023第一章緒論§1-3外力及其分類鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的自重是主81第一章緒論§1-3外力及其分類水閘的水壓力是表面力，為分布載荷1/10/2023第一章緒論§1-3外力及其分類水閘的水壓力是表面力，為82第一章緒論外力按分布面積分：分布力：體積力、表面力；集中力：火車車輪對鋼軌、支座等?！?-3外力及其分類1/10/2023第一章緒論外力按分布面積分：§1-3外力及其分83第一章緒論外力按隨時間變化分：靜載荷：自重，變化相對較慢；動載荷：交變載荷、沖擊；§1-3外力及其分類1/10/2023第一章緒論外力按隨時間變化分：§1-3外力及其84第一章緒論§1-4內(nèi)力、截面法和應(yīng)力的概念內(nèi)力：受外力作用引起的相互作用；材料力學中的內(nèi)力：物體內(nèi)部各部分之間因外力而引起的附加相互作用力，即“附加內(nèi)力”；內(nèi)力隨外力的增加而加大，隨外力的撤除而消失。1/10/2023第一章緒論§1-4內(nèi)力、截面法和應(yīng)力的概念內(nèi)力：受外力85第一章緒論§1-4內(nèi)力、截面法和應(yīng)力的概念主矢主矩xyzFNTFsyFszMyMz內(nèi)力：軸向分量:力：軸力FN力矩：扭矩T橫向分量:力：剪力Fsy、FSZ力矩：彎矩My、Mz1/10/2023第一章緒論§1-4內(nèi)力、截面法和應(yīng)力的概念主矢主矩xy86第一章緒論§1-4內(nèi)力、截面法和應(yīng)力的概念截面法的求解步驟：截開代替平衡1/10/2023第一章緒論§1-4內(nèi)力、截面法和應(yīng)力的概念截面法的求解87§1-4內(nèi)力、截面法和應(yīng)力的概念例1-4-1：在載荷F作用下的懸臂梁如圖所示，試確定截面m—m上的內(nèi)力。第一章緒論FSMFFaamm1/10/2023§1-4內(nèi)力、截面法和應(yīng)力的概念例1-4-1：在載荷F作用88第一章緒論§1-4內(nèi)力、截面法和應(yīng)力的概念例1-4-2：鉆床如圖所示，在載荷P作用下，試確定截面m—m上的內(nèi)力。1/10/2023第一章緒論§1-4內(nèi)力、截面法和應(yīng)力的概念例1-4-289第一章緒論∴POFNM1/10/2023第一章緒論∴POFNM1/8/202390第一章緒論§1-4內(nèi)力、截面法和應(yīng)力的概念應(yīng)力：內(nèi)力系在某點的內(nèi)力集度，反映內(nèi)力系在該點的強弱。FNAC1/10/2023第一章緒論§1-4內(nèi)力、截面法和應(yīng)力的概念應(yīng)力：內(nèi)力系91第一章緒論§1-4內(nèi)力、截面法和應(yīng)力的概念應(yīng)力p可分解：正應(yīng)力——；

切應(yīng)力——。p應(yīng)力單位：牛/米2（N/m2），稱為帕斯卡或簡稱帕（Pa）。通常使用的是兆帕，即MPa（1MPa=106Pa)1/10/2023第一章緒論§1-4內(nèi)力、截面法和應(yīng)力的概念應(yīng)力p可分解92第一章緒論§1-5變形和應(yīng)變xyMM’DxMLNM’L’N’Dx+s1/10/2023第一章緒論§1-5變形和應(yīng)變xyMM’DxML93第一章緒論線應(yīng)變與角應(yīng)變DxMLNM’L’N’Dx+s1/10/2023第一章緒論線應(yīng)變與角應(yīng)變DxMLNM’L’N’Dx+94例1-5-1:求ab邊的平均應(yīng)變和ab、ad兩邊夾角的變化250200adcba’0.025g第一章緒論1/10/2023例1-5-1:求ab邊的平均應(yīng)變和ab、ad兩邊夾角的變化95第一章緒論250200adcba’0.025g1/10/2023第一章緒論250200adcba’0.025g1/8/296小變形假設(shè)ABCFδ1δ2δ遠小于構(gòu)件的最小尺寸，在研究構(gòu)件的平衡和運動時按變形前的原始尺寸進行計算，以保證問題在幾何上是線性的。這樣，計算得到了很大的簡化。第一章緒論1/10/2023小變形假設(shè)ABCFδ1δ2δ遠小于構(gòu)件的最小尺寸，在97P第一章緒論FN1FN2P1/10/2023P第一章緒論FN1FN2P1/8/202398§1-6