材料力學發(fā)展簡史

1、材料力學發(fā)展簡史材料力學發(fā)展簡史 A Brief History of Mechanics of Materials 1638年，舉世聞名年，舉世聞名 的意大利數(shù)學家，天文的意大利數(shù)學家，天文 學家，力學家學家，力學家伽里略伽里略 15641642在荷蘭萊登，在荷蘭萊登， 出版了世界上第一本材出版了世界上第一本材 料力學教本料力學教本兩種新的兩種新的 科學科學首先提出了材料首先提出了材料 的力學性質(zhì)和強度計算的力學性質(zhì)和強度計算 的方法。人們認為，材的方法。人們認為，材 料力學作為一門學科，料力學作為一門學科， 就從這里開始。就從這里開始。 但是，任何一門科學都不可能但是，任何一門科學都不可能

2、 是個別人在短期內(nèi)創(chuàng)造出來的是個別人在短期內(nèi)創(chuàng)造出來的, 作為材料力學知識源泉的實踐作為材料力學知識源泉的實踐 活動其實由來已久。幾乎比伽活動其實由來已久。幾乎比伽 里略早一個世紀，文藝復興時里略早一個世紀，文藝復興時 期的意大利美術(shù)大師，力學家，期的意大利美術(shù)大師，力學家， 工程師達工程師達芬奇（芬奇（14521519） 就應(yīng)用虛位移原理的概念研究就應(yīng)用虛位移原理的概念研究 過起重機具上的滑輪和杠桿系過起重機具上的滑輪和杠桿系 統(tǒng)（圖統(tǒng)（圖1.5-4），并做過鐵絲），并做過鐵絲 的拉伸實驗。的拉伸實驗。 圖圖1 達達芬奇的滑輪和杠桿系統(tǒng)芬奇的滑輪和杠桿系統(tǒng) 在我國，有關(guān)材料力學的生產(chǎn)實踐活動

3、更是在我國，有關(guān)材料力學的生產(chǎn)實踐活動更是 源遠流長。早在春秋戰(zhàn)國時代，人們已經(jīng)知道怎源遠流長。早在春秋戰(zhàn)國時代，人們已經(jīng)知道怎 樣建造大型的建筑工程和水利工程。雄偉壯觀的樣建造大型的建筑工程和水利工程。雄偉壯觀的 萬里長城，顯示了中華民族的智慧和魄力。馳名萬里長城，顯示了中華民族的智慧和魄力。馳名 中外的都江堰至今仍造福于川西人民；中外的都江堰至今仍造福于川西人民； 萬里長城萬里長城都江堰水利工程都江堰水利工程 公元卅一年，即公元卅一年，即 東漢建武七年，杜詩東漢建武七年，杜詩 創(chuàng)作了水排，表明人創(chuàng)作了水排，表明人 們已經(jīng)很清楚地知道們已經(jīng)很清楚地知道 如何用拉壓桿、彎曲如何用拉壓桿、彎曲

4、梁、扭轉(zhuǎn)軸等構(gòu)件才梁、扭轉(zhuǎn)軸等構(gòu)件才 能創(chuàng)造出一個完整的能創(chuàng)造出一個完整的 工程結(jié)構(gòu)。工程結(jié)構(gòu)。 杜詩創(chuàng)作的水排杜詩創(chuàng)作的水排 公元公元600年前后，隋大年前后，隋大 業(yè)年間，出色的工匠李春利業(yè)年間，出色的工匠李春利 用石料耐壓不耐拉的特性，用石料耐壓不耐拉的特性， 主持建造了跨長主持建造了跨長37.37米，米， 拱圈矢高為拱圈矢高為7.23米的拱橋，米的拱橋， 跨越河北趙縣的洨河上，稱跨越河北趙縣的洨河上，稱 為安濟橋，俗稱趙州橋。在為安濟橋，俗稱趙州橋。在 國際橋梁史上，它的設(shè)計與國際橋梁史上，它的設(shè)計與 工藝之新為當時世界之冠。工藝之新為當時世界之冠。 主拱上的小拱不僅便于排水，主拱上的

5、小拱不僅便于排水， 而且表明工匠李春對節(jié)省材而且表明工匠李春對節(jié)省材 料，減輕自身重量的效應(yīng)已料，減輕自身重量的效應(yīng)已 有清楚的認識。有清楚的認識。 趙州橋趙州橋 1056年用純木結(jié)構(gòu)建造的山西應(yīng)縣木塔年用純木結(jié)構(gòu)建造的山西應(yīng)縣木塔 巧奪天工的梁柱結(jié)構(gòu)巧奪天工的梁柱結(jié)構(gòu)這是北京天壇的這是北京天壇的 祈年殿和殿頂祈年殿和殿頂 北京天壇祈年殿和殿頂北京天壇祈年殿和殿頂 中國古代人民在建筑史上的輝煌成就，不但中國古代人民在建筑史上的輝煌成就，不但 說明我們的祖先在建筑構(gòu)造學方面有豐富的知識，說明我們的祖先在建筑構(gòu)造學方面有豐富的知識， 而且有構(gòu)件強度計算方面的大量經(jīng)驗總結(jié)。而且有構(gòu)件強度計算方面的大

6、量經(jīng)驗總結(jié)?！盃I營 造法式造法式”撰寫于公元撰寫于公元1103年，北宋崇武二年，是年，北宋崇武二年，是 建筑學家李誡的名著，書中完整的總結(jié)了建筑設(shè)建筑學家李誡的名著，書中完整的總結(jié)了建筑設(shè) 計、結(jié)構(gòu)、用料和施工的計、結(jié)構(gòu)、用料和施工的“規(guī)范規(guī)范”。全書分五個。全書分五個 部分，共部分，共36卷，卷，357篇，篇，3555條，文圖并茂，洋條，文圖并茂，洋 洋大觀。書中對構(gòu)件尺寸做了十分詳細的規(guī)定，洋大觀。書中對構(gòu)件尺寸做了十分詳細的規(guī)定， 給出許多經(jīng)驗公式，其中寫到給出許多經(jīng)驗公式，其中寫到“凡梁之大小各隨凡梁之大小各隨 其廣分為三分，以二分為厚其廣分為三分，以二分為厚”。意思是房梁要從。意思是

7、房梁要從 園木中截取高與寬之比為園木中截取高與寬之比為3比比2的矩形最合理。這的矩形最合理。這 與材料力學分析的結(jié)論基本吻合。與材料力學分析的結(jié)論基本吻合。 營造法式營造法式 17世紀后期到世紀后期到19世紀初，是世紀初，是 這門學科發(fā)展的極盛時期，英國這門學科發(fā)展的極盛時期，英國 科學家科學家虎克虎克在在1678年發(fā)表了他年發(fā)表了他 的重要物理定律，即人們熟悉的的重要物理定律，即人們熟悉的 虎克定律。此圖所示為虎克實驗虎克定律。此圖所示為虎克實驗 用裝置，虎克發(fā)現(xiàn)，桿或彈簧在用裝置，虎克發(fā)現(xiàn)，桿或彈簧在 拉力作用下，伸長拉力作用下，伸長DL與拉力與拉力P成成 正比。正比。 胡克實驗用裝置胡克

8、實驗用裝置 17世紀馬里沃特（世紀馬里沃特（Mariotte 16201680）作）作 了木材的拉伸實驗，并已開始研究梁的彎曲實驗。了木材的拉伸實驗，并已開始研究梁的彎曲實驗。 馬里沃特的實驗馬里沃特的實驗 此后法國的科學家泊松；法國的力學家圣維此后法國的科學家泊松；法國的力學家圣維 南；以及法國的力學家工程師納維埃等等都對彎南；以及法國的力學家工程師納維埃等等都對彎 曲理論、扭轉(zhuǎn)理論、穩(wěn)定理論以及材料實驗作出曲理論、扭轉(zhuǎn)理論、穩(wěn)定理論以及材料實驗作出 卓越的貢獻，豐富、發(fā)展和完善了材料力學這門卓越的貢獻，豐富、發(fā)展和完善了材料力學這門 學科，他們對科學的獻身精神為后人所敬仰。這學科，他們對科

9、學的獻身精神為后人所敬仰。這 里特別提出瑞士的數(shù)學家、力學家歐拉，里特別提出瑞士的數(shù)學家、力學家歐拉，16歲取歲取 得碩士學位，他的一生對數(shù)學、剛體力學以及材得碩士學位，他的一生對數(shù)學、剛體力學以及材 料力學中的彈性線、穩(wěn)定理論等都有重大貢獻，料力學中的彈性線、穩(wěn)定理論等都有重大貢獻， 是是18世紀著述最多的科學家，晚年雙目失明，由世紀著述最多的科學家，晚年雙目失明，由 助手筆錄完成了助手筆錄完成了400多篇論文。多篇論文。 泊松泊松圣維南圣維南納維埃納維埃 歐拉歐拉 歐拉研究的彈性線歐拉研究的彈性線 十九世紀初的鑄鐵壓縮實驗十九世紀初的鑄鐵壓縮實驗 19世紀到世紀到20世紀以來，鐵路、橋梁的

10、發(fā)展以世紀以來，鐵路、橋梁的發(fā)展以 及鋼鐵和其他新材料的出現(xiàn)，向力學工作者提出及鋼鐵和其他新材料的出現(xiàn)，向力學工作者提出 了更廣泛更深入的研究課題，使得力學的分工越了更廣泛更深入的研究課題，使得力學的分工越 來越細，出現(xiàn)了更多的以材料力學、結(jié)構(gòu)力學、來越細，出現(xiàn)了更多的以材料力學、結(jié)構(gòu)力學、 彈性力學和塑性力學為基礎(chǔ)的固體力學分支，例彈性力學和塑性力學為基礎(chǔ)的固體力學分支，例 如計算力學，斷裂力學，疲勞，粘彈性力學，散如計算力學，斷裂力學，疲勞，粘彈性力學，散 體力學，復合材料力學，實驗固體力學等等。而體力學，復合材料力學，實驗固體力學等等。而 這些學科的發(fā)展反過來促進了宇宙飛行，石油勘這些學

11、科的發(fā)展反過來促進了宇宙飛行，石油勘 探，噴氣技術(shù)，大型水利工程等的一系列力學問探，噴氣技術(shù)，大型水利工程等的一系列力學問 題的解決。題的解決。 固體力學分支圖固體力學分支圖 中華人民共和國國家標準：學科分類與代碼中華人民共和國國家標準：學科分類與代碼 與此同時，造就了一批知名的力學家。有與此同時，造就了一批知名的力學家。有 英國力學家瑞利；德國的工程師、教授莫爾；英國力學家瑞利；德國的工程師、教授莫爾； 俄國的儒拉夫斯基；瑞士的物理學家里茲以及俄國的儒拉夫斯基；瑞士的物理學家里茲以及 美籍俄羅斯力學家、教授鐵木生柯等等。鐵木美籍俄羅斯力學家、教授鐵木生柯等等。鐵木 生柯的一生編著了生柯的一生編著了材料力學材料力學、結(jié)構(gòu)力結(jié)構(gòu)力 學學、彈性穩(wěn)定理論彈性穩(wěn)定理論、工程中的振動問工程中的振動問 題題和和材料力學發(fā)展史材料力學發(fā)展史等二十多種書籍，等二十多種書籍， 均可列為力學名著。均可列為力學名著。 莫爾創(chuàng)造的莫爾圓莫爾創(chuàng)造的莫爾圓 鐵木生柯教授的專著鐵木生柯教授的專著 還有對流體力學和塑性殼體理論作出重大貢獻還有對流體力學和塑性殼體理論作出重大貢獻 的近代力學奠基人卡門；我國著名的科學家和力的近代力學奠基人卡門；我國著名的科學家和力 學家錢學森；偉大的地質(zhì)學家、地質(zhì)力學的開創(chuàng)