材料力學(xué)第01章 緒論(2015-1版)

1、材 料 力 學(xué),Mechanics of Matericals,第1章（目錄）,第1章（目錄）,第一章 緒 論,材料力學(xué),第一章 緒論,1.1 材料力學(xué)的任務(wù),1.1 材料力學(xué)的任務(wù)（目錄）,1.1 材料力學(xué)的任務(wù),一、理論力學(xué)與材料力學(xué)的比較,理論力學(xué) 材料力學(xué),剛體,變形體,外力和運(yùn)動(dòng),內(nèi)力和變形,平衡方程,截面法 + 平衡方程,一、理論力學(xué)與材料力學(xué)的比較,1.1 材料力學(xué)的任務(wù),二、材料力學(xué)的任務(wù),1.三個(gè)名詞,組成機(jī)器或建筑物的部件,構(gòu)件的重量和作用在構(gòu)件上的外力,在載荷作用下構(gòu)件的形狀和尺寸的改變,二、材料力學(xué)的任務(wù)（1三個(gè)名詞）,也稱為形變,1.1 材料力學(xué)的任務(wù),為設(shè)計(jì)既安全又

2、經(jīng)濟(jì)的構(gòu)件提供理論和計(jì)算方法,即：研究構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性問題,2.材料力學(xué)的任務(wù),即：構(gòu)件保持原有平衡形式的能力,構(gòu)件抵抗破壞的能力,構(gòu)件抵抗變形的能力,構(gòu)件抵抗失穩(wěn)的能力,二、材料力學(xué)的任務(wù)（2材料力學(xué)的任務(wù)）,1.1 材料力學(xué)的任務(wù),2000年12月1日下午2:30左右，東莞市厚街鎮(zhèn)赤嶺工業(yè)區(qū)內(nèi)，一幢擅自由一層加至到三層的私人建筑物突然發(fā)生整體倒塌。當(dāng)場(chǎng)上百人被埋，至少8人死亡，32人受傷。,二、材料力學(xué)的任務(wù)（實(shí)例）,1.1 材料力學(xué)的任務(wù),2008年 1月26日湖北咸寧供電公司輸電部員工在110千伏桂犀線38號(hào)鐵塔上破冰搶修,二、材料力學(xué)的任務(wù)（實(shí)例）,1.1 材料力學(xué)的任務(wù),2

3、008年1月31日下午，湖北咸寧學(xué)院籃球場(chǎng)風(fēng)雨棚不堪積雪重壓，發(fā)生坍塌。正在球場(chǎng)內(nèi)打球的11名學(xué)生被砸傷，其中1人經(jīng)搶救無效死亡。,二、材料力學(xué)的任務(wù)（實(shí)例）,1.1 材料力學(xué)的任務(wù),受連日的惡劣天氣影響，位于江西省南昌縣涇口鄉(xiāng)水各村的220千伏南梅I線0075號(hào)高壓鐵塔倒塌。該塔的倒塌給南昌至撫州方向的供電造成較大影響。（2008年2月1日攝）,二、材料力學(xué)的任務(wù)（實(shí)例）,1.1 材料力學(xué)的任務(wù),2008年2月1日，貴州電建二公司工人正在搶修位于龍里縣210國道附近觀音山上垮塌的電網(wǎng)。 由于貴州出現(xiàn)持續(xù)低溫、凝凍天氣，電網(wǎng)線上的覆冰加厚。,二、材料力學(xué)的任務(wù)（實(shí)例）,1.1 材料力學(xué)的任務(wù),

4、二、材料力學(xué)的任務(wù)（實(shí)例）,中新網(wǎng)臺(tái)州2008年8月21日電：,2008年8月21日上午，甬臺(tái)溫鐵路浙江黃巖金寺堂特大橋工程項(xiàng)目38號(hào)墩0號(hào)塊梁板發(fā)生坍塌事故，240多噸的梁板掉落，埋住4人，其中2人死亡。 據(jù)“821”事故情況通報(bào)，現(xiàn)初步查明事故系施工人員擅自拆除翼板部位支撐鋼管時(shí)支架失穩(wěn)導(dǎo)致。,1.1 材料力學(xué)的任務(wù),3.材料力學(xué)的研究方法,提出構(gòu)件的內(nèi)力和變形的理論計(jì)算公式,測(cè)定材料的力學(xué)性能,測(cè)量構(gòu)件的內(nèi)力和變形,檢驗(yàn)理論計(jì)算公式的正確性與誤差,二、材料力學(xué)的任務(wù)（3材料力學(xué)的研究方法）,1.1 材料力學(xué)的任務(wù),三、材料力學(xué)與其它課程的關(guān)系,材料力學(xué)是一門技術(shù)基礎(chǔ)課，,是溝通基礎(chǔ)課與專

5、業(yè)課的橋梁。,即：以數(shù)學(xué)和理論力學(xué)為基礎(chǔ)，,是其它技術(shù)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的基礎(chǔ)。,力學(xué)既是一門基礎(chǔ)學(xué)科，又是一門應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科。,三、材料力學(xué)與其它課程的關(guān)系（1）,1.1 材料力學(xué)的任務(wù),三、材料力學(xué)與其它課程的關(guān)系,材料力學(xué)是一門與工程實(shí)際緊密結(jié)合的變形固體力學(xué)入門的技術(shù)基礎(chǔ)課，它的研究內(nèi)容屬于兩個(gè)學(xué)科。第一個(gè)學(xué)科是固體力學(xué)，即研究構(gòu)件在外力和溫度作用下的應(yīng)力和變形，稱為應(yīng)力分析。第二個(gè)學(xué)科是材料科學(xué)中的材料的力學(xué)行為，即研究材料在外力和溫度作用下的變形性能和失效行為，稱為力學(xué)性能研究。 材料力學(xué)是在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，為工程中的構(gòu)件設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)和方法，以保證所設(shè)計(jì)的構(gòu)件具有足夠的強(qiáng)度、剛度和

6、穩(wěn)定性。,三、材料力學(xué)與其它課程的關(guān)系（內(nèi)容）,1.1 材料力學(xué)的任務(wù),三、材料力學(xué)與其它課程的關(guān)系,如前所述，材料力學(xué)是研究材料在載荷作用下所表現(xiàn)出的變形與破壞的性質(zhì)以及構(gòu)件抵抗變形、破壞、失穩(wěn)能力的一門學(xué)科。,三、材料力學(xué)與其它課程的關(guān)系（要求）,構(gòu)件抵抗破壞、變形、失穩(wěn)的能力是與材料有關(guān)的。,為什么這門課程稱為材料力學(xué)？,1.1 材料力學(xué)的任務(wù),三、材料力學(xué)與其它課程的關(guān)系,三、材料力學(xué)與其它課程的關(guān)系（要求）,2.不同的材料在同樣的受力情況下的變形是不同的、 所能承受的最大載荷也是不同的(如：鐵絲與橡皮 筋)。,1.同一種材料在不同的受力(如受拉和受扭)情況下的 破壞形式是不同的(如：

7、粉筆)；,例如：,1.1 材料力學(xué)的任務(wù),三、材料力學(xué)與其它課程的關(guān)系,三、材料力學(xué)與其它課程的關(guān)系（要求）,工程實(shí)際問題的解決方法(過程): 實(shí)際問題力學(xué)模型數(shù)學(xué)模型求解,在材料力學(xué)課程的教學(xué)過程中，主要： 1.教授學(xué)生求解構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性等力學(xué)問題的技能； 2.培養(yǎng)學(xué)生將工程實(shí)際問題提煉成力學(xué)問題(即力學(xué)建模)的能力。, 工程師創(chuàng)新, 力學(xué)家創(chuàng)新, 數(shù)學(xué)家創(chuàng)新,第一章 緒論,1.2 變形固體的基本假設(shè),1.2 變形固體的基本假設(shè)（目錄）,1.2 變形固體的基本假設(shè),一、變形固體的概念,物質(zhì)常見的三種狀態(tài)：固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài),變形固體,在載荷的作用下發(fā)生變形的固體,一、變形固體的概念,

8、也稱為可變形固體,只有固體(固態(tài)物質(zhì))可以用作構(gòu)件的材料,二、變形固體的兩種變形,又稱為殘余變形或永久變形,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,1.2 變形固體的基本假設(shè),二、變形固體的兩種變形,是材料本身的一種特性，是指物體在外力作用下發(fā)生變形，當(dāng)外力除去后物體能恢復(fù)原來大小和形狀的性質(zhì)。,也是材料本身的一種特性，是指物體在外力下產(chǎn)生永久變形而不破壞的能力。,二、變形固體的兩種變形,1.2 變形固體的基本假設(shè),對(duì)于給定的材料，當(dāng)載荷小于某一數(shù)值時(shí)，所產(chǎn)生的變形是彈性變形；當(dāng)載荷超過某一數(shù)值時(shí)，所產(chǎn)生的變形是彈性變形加上塑性變形。,二、變形固體的兩種變形,三、變形固體

9、的基本假設(shè),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整個(gè)體積,即：認(rèn)為固體的性質(zhì)是連續(xù)的,1.2 變形固體的基本假設(shè),三、變形固體的基本假設(shè)（1. 連續(xù)性假設(shè)）,三、變形固體的基本假設(shè),1.連續(xù)性假設(shè)認(rèn)為固體的性質(zhì)是連續(xù)的,2.均勻性假設(shè),認(rèn)為在固體內(nèi)各處的材料(力學(xué)性能)相同,即：認(rèn)為固體的性質(zhì)不隨坐標(biāo)變化,1.2 變形固體的基本假設(shè),三、變形固體的基本假設(shè)（2. 均勻性假設(shè)）,三、變形固體的基本假設(shè),1.連續(xù)性假設(shè)認(rèn)為固體的性質(zhì)是連續(xù)的,2.均勻性假設(shè)認(rèn)為固體的性質(zhì)不隨坐標(biāo)變化,3.各向同性假設(shè),1.2 變形固體的基本假設(shè),三、變形固體的基本假設(shè)（3. 各向同性性假設(shè)）,固

10、體的各個(gè)方向有不同的力學(xué)性能的性質(zhì),1.2 變形固體的基本假設(shè),三、變形固體的基本假設(shè)（各向同性與各向異性）,固體的各個(gè)方向有相同的力學(xué)性能的性質(zhì),三、變形固體的基本假設(shè),1.連續(xù)性假設(shè)認(rèn)為固體的性質(zhì)是連續(xù)的,2.均勻性假設(shè)認(rèn)為固體的性質(zhì)不隨坐標(biāo)變化,3.各向同性假設(shè),認(rèn)為在固體各個(gè)方向的力學(xué)性能相同,即：認(rèn)為固體的性質(zhì)不隨方向變化,1.2 變形固體的基本假設(shè),三、變形固體的基本假設(shè)（3. 各向同性性假設(shè)）,三、變形固體的基本假設(shè),1.連續(xù)性假設(shè)認(rèn)為固體的性質(zhì)是連續(xù)的,2.均勻性假設(shè)認(rèn)為固體的性質(zhì)不隨坐標(biāo)變化,3.各向同性假設(shè)認(rèn)為固體的性質(zhì)不隨方向變化,1.2 變形固體的基本假設(shè),三、變形固體

11、的基本假設(shè)（3個(gè)假設(shè)）,四、變形的假設(shè),小變形假設(shè),小變形,與構(gòu)件的原始尺寸相比甚小的變形,1.2 變形固體的基本假設(shè),三、變形固體的基本假設(shè)（4.小變形假設(shè)）,認(rèn)為構(gòu)件的變形是微小的,總之，材料力學(xué)是把構(gòu)件看作是連續(xù)的、均勻的 和各向同性的變形固體，研究構(gòu)件在小變形情況下、 彈性范圍內(nèi)的內(nèi)力和變形。,1.2 變形固體的基本假設(shè),三、變形固體的基本假設(shè)（總結(jié)）,第一章 緒論,1.3 桿件變形的基本形式,1.3 桿件變形的基本形式（目錄）,1.3 桿件變形的基本形式,一、材料力學(xué)的研究對(duì)象,1.工程中的構(gòu)件,桿,板,殼,塊,一、材料力學(xué)的研究對(duì)象（1.工程中的構(gòu)件）,2.材料力學(xué)的研究對(duì)象,桿,

12、材料力學(xué)的研究對(duì)象是桿件,長度遠(yuǎn)大于其它兩個(gè)橫向尺寸的構(gòu)件,，簡(jiǎn)稱為桿,1.3 桿件變形的基本形式,一、材料力學(xué)的研究對(duì)象（2.材料力學(xué)的研究對(duì)象）,(1)桿的兩個(gè)主要幾何因素,垂直于桿長度方向的截面,各橫截面形心的連線,1.3 桿件變形的基本形式,一、材料力學(xué)的研究對(duì)象（桿的兩個(gè)主要幾何因素）,橫截面與軸線之間的關(guān)系：,相互垂直,(2)桿的分類,b.按軸線的形式分為：,a.按橫截面的形式分為：,本課程主要研究的桿件：,等直桿,橫截面沿軸線不變的桿,橫截面沿軸線變化的桿,軸線為直線的桿,軸線為曲線的桿,橫截面沿軸線不變的直桿,1.3 桿件變形的基本形式,一、材料力學(xué)的研究對(duì)象（桿的分類）,1.

13、3 桿件變形的基本形式,一、材料力學(xué)的研究對(duì)象（2.材料力學(xué)的研究對(duì)象）,可見，材料力學(xué)是研究最簡(jiǎn)單的固體力學(xué)問題： 最簡(jiǎn)單的材料：連續(xù)的、均勻的、各向同性的材料 最簡(jiǎn)單的變形：彈性小變形 最簡(jiǎn)單的構(gòu)件：等直桿 但是，材料力學(xué)的研究方法可用于研究一些復(fù)雜的固體力學(xué)問題。,二、桿件的四種基本變形形式,1.軸向拉伸或壓縮,1.3 桿件變形的基本形式,二、桿件的四種基本變形形式（1.軸向拉伸或壓縮）,2.剪切,1.3 桿件變形的基本形式,二、桿件的四種基本變形形式（2.剪切）,3.扭轉(zhuǎn),即：,1.3 桿件變形的基本形式,二、桿件的四種基本變形形式（3.扭轉(zhuǎn)）,4.彎曲,即：,1.3 桿件變形的基本形式,二、桿件的四種基本變形形式（4.彎曲）,或：,不管桿件的受