材料力學(xué)IIa01-緒論1

MechanicsofMaterials材料力學(xué)第一章緒論Chapter1.Introduction材料力學(xué)—–我們身邊的科學(xué)材料力學(xué)—–我們身邊的科學(xué)材料力學(xué)—–我們身邊的科學(xué)材料力學(xué)—–我們身邊的科學(xué)每時(shí)每刻人類都不得不同受力物體或結(jié)構(gòu)打交道材料力學(xué)能成為一門自然科學(xué)技術(shù)的學(xué)科，是人類文明發(fā)展積累的成果從土房、木屋到鋼鐵塔架、鋼筋混凝土大廈（?。娜肆?、牛馬車到火車、汽車、輪船、飛機(jī)、火箭（行）從打獵用的木棍、竹棒到用蒸汽或用電動(dòng)的機(jī)器（用）——受力問(wèn)題的安全？安全與經(jīng)濟(jì)？

人們生活工作中的一切，無(wú)不涉及受力的問(wèn)題從工程需要上看，材料力學(xué)是必然產(chǎn)物材料力學(xué)—–我們身邊的科學(xué)1.1材料力學(xué)的主要內(nèi)容1.3材料力學(xué)的主要研究對(duì)象1.2材料力學(xué)的基本假定1.4材料力學(xué)的研究方法第一章緒論FFFF1.工程構(gòu)件的力學(xué)分析◆

強(qiáng)度

(strength)構(gòu)件抵抗破壞的能力ab裂紋裂紋材料力學(xué)的結(jié)論1.1材料力學(xué)的主要內(nèi)容材料力學(xué)是研究構(gòu)件在外力作用下變形和破壞規(guī)律的學(xué)科內(nèi)容-目的-任務(wù)安全性或承載能力脆性材料——斷裂塑性材料——過(guò)大塑性變形FwFFwF◆

強(qiáng)度

(strength)構(gòu)件抵抗破壞的能力◆

剛度

(stiffness)構(gòu)件抵抗變形的能力ab材料力學(xué)的結(jié)論工程構(gòu)件的力學(xué)分析1.1材料力學(xué)的主要內(nèi)容◆

強(qiáng)度

(strength)構(gòu)件抵抗破壞的能力◆

剛度

(stiffness)構(gòu)件抵抗變形的能力◆

穩(wěn)定性

(stability)構(gòu)件保持原有平衡形態(tài)的能力平衡不穩(wěn)定轉(zhuǎn)入另一種平衡形式1.工程構(gòu)件的力學(xué)分析1.1材料力學(xué)的主要內(nèi)容

強(qiáng)度

剛度喪失平衡穩(wěn)定性失穩(wěn)或屈曲（buckling）1.工程構(gòu)件的力學(xué)分析1.1材料力學(xué)的主要內(nèi)容保證承載能力并合理解決安全與經(jīng)濟(jì)的矛盾內(nèi)容-目的-任務(wù)◆

強(qiáng)度

(strength)◆

剛度

(stiffness)◆

穩(wěn)定性

(stability)

強(qiáng)度

剛度在保證構(gòu)件滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的要求下，為設(shè)計(jì)既安全又經(jīng)濟(jì)的構(gòu)件提供必要的理論基礎(chǔ)和計(jì)算方法。材料力學(xué)是研究構(gòu)件在外力作用下變形和破壞規(guī)律的學(xué)科安全性或承載能力2.固體力學(xué)的基礎(chǔ)性概念◆

應(yīng)力◆

應(yīng)變◆

本構(gòu)關(guān)系變形體在承受外作用時(shí)內(nèi)部力集度的描述變形體在承受外作用時(shí)內(nèi)部變形的描述變形體中應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系1.工程構(gòu)件的力學(xué)分析1.1材料力學(xué)的主要內(nèi)容

內(nèi)力外力作用引起構(gòu)件內(nèi)部的附加相互作用力的合力－“截面法”構(gòu)件ComponentorMember結(jié)構(gòu)Structure載荷Load變形Deformation——愛(ài)學(xué)會(huì)學(xué)的自覺(jué)性(1)適當(dāng)記筆記(2)先讀書(shū)，后做作業(yè)，按時(shí)交作業(yè)作業(yè)要求：步驟清晰，作圖規(guī)范，書(shū)寫(xiě)工整，解答正確(3)課前要預(yù)習(xí)，上課要帶書(shū)，課堂講授、自學(xué)和提問(wèn)討論及測(cè)驗(yàn)考試相結(jié)合(4)上課要集中精力，認(rèn)真聽(tīng)，積極思考，重點(diǎn)記平時(shí)成績(jī)、作業(yè)、測(cè)驗(yàn)(期中)：30-40%。期末成績(jī)：70-60%

3.材料力學(xué)的學(xué)習(xí)要求2.固體力學(xué)的基礎(chǔ)性概念1.工程構(gòu)件的力學(xué)分析1.1材料力學(xué)的主要內(nèi)容1.2材料力學(xué)的基本假定固體力學(xué)研究，其建立的力學(xué)模型常以“假設(shè)”的形式提出一般在三個(gè)層次上建立模型（力學(xué)建模）物質(zhì)(材料)的構(gòu)成模型物質(zhì)(材料)的本構(gòu)模型結(jié)構(gòu)(構(gòu)件)的計(jì)算模型固體力學(xué)(包括材料力學(xué))建?；凇斑B續(xù)性，均質(zhì)性”假設(shè)基于“各向同性，線彈性”假設(shè)

基于“小變形及理想彈性”假設(shè)

材料性質(zhì)的假定構(gòu)件變形的假定基于“平截面”假設(shè)

1.2材料力學(xué)的基本假定1.關(guān)于材料性質(zhì)的假定◆

連續(xù)性

(continuity)◆

均質(zhì)性

(uniformity)◆

各向同性

(isotropy)1.關(guān)于材料性質(zhì)的假定10–8m考察的尺度量級(jí)：考察的尺度量級(jí)：10–6m10–4m考察的尺度量級(jí)：10–2m考察的尺度量級(jí)：1.2材料力學(xué)的基本假定材料力學(xué)研究的是巨量物質(zhì)微粒的集合的宏觀的力學(xué)行為。材料力學(xué)研究的是巨量物質(zhì)微粒的集合的宏觀力學(xué)行為◆

連續(xù)性

(continuity)◆

均質(zhì)性

(uniformity)◆

連續(xù)性

(continuity)◆

均質(zhì)性

(uniformity)◆

各向同性

(isotropy)1.關(guān)于材料性質(zhì)的假定1.2材料力學(xué)的基本假定纖維增強(qiáng)復(fù)合材料各向異性

(anisotropy)構(gòu)件內(nèi)部力及變形連續(xù),是空間位置坐標(biāo)的連續(xù)函數(shù)微小部分材性→整個(gè)構(gòu)件大尺寸試件材性→構(gòu)件任何微小部分hbLhbLwmax2.關(guān)于構(gòu)件變形的假定

二階微量可以忽略，使問(wèn)題線性化wmax

<h絕大多數(shù)的工程構(gòu)件都工作在小變形狀態(tài)下。小變形假定帶來(lái)的方便疊加原理可應(yīng)用

變形固體及兩種變形彈性變形塑性變形殘余變形永久變形——載荷除去后能自行消失的變形——載荷除去后不能自行消失的變形

小變形假設(shè)“理想彈性假設(shè)”hbLhbLwmax2.關(guān)于變形的假定小變形假定帶來(lái)的方便

變形固體及兩種變形彈性變形塑性變形殘余變形永久變形

線性彈性小變形實(shí)際平衡的構(gòu)形進(jìn)行計(jì)算的構(gòu)形二階微量可以忽略，使問(wèn)題線性化，疊加原理可應(yīng)用可以在未變形的構(gòu)形中進(jìn)行力平衡分析與計(jì)算②①wmax

<h1.

工程構(gòu)件的基本類型1.3材料力學(xué)的主要研究對(duì)象1.

工程構(gòu)件的基本類型1.3材料力學(xué)的主要研究對(duì)象機(jī)器中的傳動(dòng)軸直升機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸1.

工程構(gòu)件的基本類型1.3材料力學(xué)的主要研究對(duì)象1.

工程構(gòu)件的基本類型建筑工程中的例子1.3材料力學(xué)的主要研究對(duì)象希臘雅典娜神廟1.3材料力學(xué)的主要研究對(duì)象1.

工程構(gòu)件的基本類型1.3材料力學(xué)的主要研究對(duì)象1.

工程構(gòu)件的基本類型桿

(bar)板

(plate)殼

(shell)體

(body)1.

工程構(gòu)件的基本類型1.3材料力學(xué)的主要研究對(duì)象軸線軸線軸線橫截面軸線橫截面軸線橫截面斜截面等截面直桿變截面直桿等截面曲桿1.3材料力學(xué)的主要研究對(duì)象分段等截面直桿軸向橫向1.

工程構(gòu)件的基本類型2.

材料力學(xué)的主要研究對(duì)象：桿不考慮形狀大小，用與軸線一致的粗實(shí)線表示（簡(jiǎn)化）阻止桿件任意方向的移動(dòng),不阻止桿件繞鉸的轉(zhuǎn)動(dòng)1.3材料力學(xué)的主要研究對(duì)象固定鉸

(fixedpin)阻止桿件豎直移動(dòng),不阻止桿件水平移動(dòng)和繞鉸轉(zhuǎn)動(dòng)。?固定端

(fixedend)阻止桿件任意方向的移動(dòng),阻止桿件繞鉸的轉(zhuǎn)動(dòng)。3.桿件的支承

(support)形式移動(dòng)鉸

(movablepin)不能阻止桿件水平移動(dòng)。其它形式的支承3.桿件的支承

(support)形式1.3材料力學(xué)的主要研究對(duì)象阻止桿件豎直移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng),不能阻止桿件豎直移動(dòng)。阻止桿件水平移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)不能阻止桿件水平移動(dòng)和豎向移動(dòng)。阻止桿件轉(zhuǎn)動(dòng),A其它形式的支承3.桿件的支承

(support)形式1.3材料力學(xué)的主要研究對(duì)象阻止桿件轉(zhuǎn)動(dòng)的支反力偶矩與該處轉(zhuǎn)角A

成正比。線彈簧支承角彈簧支承kwAk阻止桿件豎直移動(dòng)的支反力與該處豎向位移wA

成正比。A按外力作用的方式體積力:是連續(xù)分布于物體內(nèi)部各點(diǎn)的力如物體的自重和慣性力面積力:如油缸內(nèi)壁的壓力，水壩受到的水壓力等均為分布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。如火車輪對(duì)鋼軌的壓力等按外力作用時(shí)間分布力：集中力：靜載：動(dòng)載：緩慢加載（a≈0）快速加載（a≠0），或沖擊加載4.桿件上作用外力1.3材料力學(xué)的主要研究對(duì)象材料力學(xué)分析計(jì)算簡(jiǎn)圖1.3材料力學(xué)的主要研究對(duì)象檁條屋面屋架吊車梁廠房柱基礎(chǔ)qqFFFFFFFFFFF火車輪軸5.

桿件變形的基本形式拉壓(tension&compression)扭轉(zhuǎn)

(torsion)4.

桿件變形的基本形式彎曲(bending)剪切(shearing)組合變形工程構(gòu)件往往會(huì)同時(shí)產(chǎn)生拉或壓、彎曲、扭轉(zhuǎn)等P桿

(bar)軸

(shaft)梁(beam)

柱(column)5.桿件的不同用途和形式懸臂梁(cantilever)簡(jiǎn)支梁(simplebeam)扭轉(zhuǎn)彎曲6.

桿件變形分析的平截面假設(shè)

(planeassumption)拉壓桿件的橫截面在拉壓、扭轉(zhuǎn)或彎曲變形過(guò)程中始終保持是平面，并始終保持與軸線垂直。材料力學(xué)不僅要考慮構(gòu)件整體的平衡，還要考慮局部的平衡。1.4材料力學(xué)解析(理論)研究方法

力系平衡研究構(gòu)件中的各個(gè)力學(xué)要素（包括外力和內(nèi)力；包括力和力偶矩）之間的關(guān)系。構(gòu)件整體平衡時(shí)，它的任意局部也是平衡的。力學(xué)分析力學(xué)分析物理分析力學(xué)分析物理分析幾何分析力學(xué)分析物理分析幾何分析力學(xué)分析物理分析幾何分析力學(xué)分析物理分析幾何分析1.力學(xué)分析分析與討論力的平移定理力學(xué)分析中與理論力學(xué)的聯(lián)系與區(qū)別1.4材料力學(xué)解析(理論)研究方法

?力系的等效LFLFL將梁視為剛體時(shí)兩者等效。將梁視為變形體時(shí)兩者不等效?！筱q對(duì)梁的支反力時(shí)兩者等效?！罅旱膬?nèi)力與變形時(shí)兩者不等效。分析與討論力學(xué)分析中與理論力學(xué)的聯(lián)系與區(qū)別1.4材料力學(xué)解析(理論)研究方法

2.物理分析研究材料的力學(xué)性能，研究構(gòu)件的力學(xué)要素（有時(shí)還包括熱學(xué)要素）與幾何要素之間的關(guān)系。材料的力學(xué)性能影響構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。荷載與變形量之間的關(guān)系溫度變化與應(yīng)力、變形量之間的關(guān)系構(gòu)件內(nèi)部應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系約束與應(yīng)力、變形量之間的關(guān)系材料或構(gòu)件實(shí)驗(yàn)1.4材料力學(xué)解析(理論)研究方法

物質(zhì)重疊裂紋變形協(xié)調(diào)3.幾何分析構(gòu)件內(nèi)部變形應(yīng)該是協(xié)調(diào)的研究構(gòu)件和結(jié)構(gòu)中各幾何要素之間的關(guān)系。構(gòu)件中應(yīng)變和變形量之間的關(guān)系結(jié)構(gòu)中各構(gòu)件變形量之間的關(guān)系協(xié)調(diào)不協(xié)調(diào)不協(xié)調(diào)1.4材料力學(xué)解析(理論)研究方法

變形協(xié)調(diào)3.幾何分析構(gòu)件之間變形應(yīng)該是協(xié)調(diào)的研究構(gòu)件和結(jié)構(gòu)中各幾何要素之間的關(guān)系。構(gòu)件中應(yīng)變和變形量之間的關(guān)系結(jié)構(gòu)中各構(gòu)件變形量之間的關(guān)系協(xié)調(diào)不協(xié)調(diào)不協(xié)調(diào)1.4材料力學(xué)解析(理論)研究方法

力學(xué)分析力學(xué)分析物理分析力學(xué)分析物理分析幾何分析力學(xué)分析物理分析幾何分析力學(xué)分析物理分析幾何分析力學(xué)分析物理分析幾何分析

以三類分析為核心材料力學(xué)乃至應(yīng)用力學(xué)的解析(理論)研究方法

1.4材料力學(xué)解析(理論)研究方法

研究對(duì)象變形固體(桿件)連續(xù)性均勻性各向同性小變形外界因素作用彈性變形塑性變形基本變形組合變形軸向拉(壓)、剪切、扭轉(zhuǎn)、平面彎曲拉(壓)彎、偏心壓(拉)、斜彎曲、彎扭組合任務(wù)內(nèi)容強(qiáng)度，剛度，穩(wěn)定性安全可靠經(jīng)濟(jì)實(shí)用總結(jié)在保證構(gòu)件滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的要求下，為設(shè)計(jì)既安全又經(jīng)濟(jì)的構(gòu)件提供必要的理論基礎(chǔ)和計(jì)算方法。思