第五章材料力學(xué)基本概念PPT課件

1、1第第5章章 材料力學(xué)基本概念材料力學(xué)基本概念第第6章章 桿件的內(nèi)力分析桿件的內(nèi)力分析第第8章章 桿件的應(yīng)力及強(qiáng)度計(jì)算桿件的應(yīng)力及強(qiáng)度計(jì)算第第7章章 截面圖形的幾何性質(zhì)截面圖形的幾何性質(zhì) 第第9章章 桿件的變形與剛度計(jì)算桿件的變形與剛度計(jì)算第1頁(yè)/共42頁(yè)2第第10章章 應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)分析應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)分析第第11章章 強(qiáng)度理論強(qiáng)度理論第第13章章 壓桿的穩(wěn)定性壓桿的穩(wěn)定性(自學(xué)自學(xué))第第12章章 組合變形組合變形(自學(xué)自學(xué)) 第2頁(yè)/共42頁(yè)3第五章 材料力學(xué)基本概念5- -1 材料力學(xué)的任務(wù)5- -2 材料力學(xué)的基本假設(shè)5- -3 外力、內(nèi)力與截面法5- -4 應(yīng)力與應(yīng)變5- -5 桿件變形的

2、基本形式第3頁(yè)/共42頁(yè)45-1 5-1 材料力學(xué)的任務(wù)結(jié)構(gòu)物(機(jī)械)由構(gòu)件(零件)組成。一、基本概念一、基本概念1.1.結(jié)構(gòu)（機(jī)械）和構(gòu)件（零件）結(jié)構(gòu)（機(jī)械）和構(gòu)件（零件） 5-1 5-1 材料力學(xué)的任務(wù)主架、吊臂、操作室、配重。第4頁(yè)/共42頁(yè)5荷載未作用時(shí)荷載去除后荷載作用下F荷載去除后彈性變形彈性變形塑性變形塑性變形 5-1 5-1 材料力學(xué)的任務(wù)2.2.變形變形: :彈性變形和塑性變形第5頁(yè)/共42頁(yè)63.3.構(gòu)件的承載能力構(gòu)件的承載能力 . 具有足夠的強(qiáng)度強(qiáng)度構(gòu)件抵抗破壞的能力。FFaFF鋼 筋b 5-1 5-1 材料力學(xué)的任務(wù)破壞形式：斷裂或者產(chǎn)生明顯的塑性變形第6頁(yè)/共42頁(yè)7

3、 美國(guó)的Tacoma（塔科馬）老橋于1940年11月7日因風(fēng)力引起的振動(dòng)而產(chǎn)生斷裂 5-1 5-1 材料力學(xué)的任務(wù)斷裂破斷裂破壞壞第7頁(yè)/共42頁(yè)8荷載未作用時(shí)第一章 緒論及基本概念 荷載作用下F荷載去除后明顯的塑性變形明顯的塑性變形第8頁(yè)/共42頁(yè)9 . 具有足夠的剛度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(shí)荷載去除后荷載作用下F 5-1 5-1 材料力學(xué)的任務(wù)第9頁(yè)/共42頁(yè)10理想中心壓桿 . 滿足穩(wěn)定性穩(wěn)定性要求對(duì)于理想中心壓桿是指荷載作用下桿件能保持原有形式的平衡。 5-1 5-1 材料力學(xué)的任務(wù)第10頁(yè)/共42頁(yè)11 1.材料力學(xué)的任務(wù)：滿足上述強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性強(qiáng)

4、度、剛度和穩(wěn)定性要求同時(shí)，盡可能選用合適材料和降低材料消耗量，以節(jié)約投資成本。（安全與經(jīng)濟(jì)安全與經(jīng)濟(jì)）。材料力學(xué)包含的兩個(gè)方面理論分析實(shí)驗(yàn)研究測(cè)定材料的力學(xué)性能；解決某些不能全靠理論分析的問題二、材料力學(xué)的任務(wù)二、材料力學(xué)的任務(wù) 5-1 5-1 材料力學(xué)的任務(wù)第11頁(yè)/共42頁(yè)12A4復(fù)印紙?jiān)谧灾刈饔孟庐a(chǎn)生明顯變形折疊后變形明顯減小2.生活實(shí)例 5-1 5-1 材料力學(xué)的任務(wù)第12頁(yè)/共42頁(yè)13自行車的主要受力部件均由薄壁鋼管制成為什么不用實(shí)心的鋼筋做呢? 5-1 5-1 材料力學(xué)的任務(wù)第13頁(yè)/共42頁(yè)145-2 5-2 材料力學(xué)的基本假設(shè) 材料在荷載作用下都會(huì)產(chǎn)生變形尺寸改變和形狀改變可

5、變形固體可變形固體。. 連續(xù)性假設(shè)無(wú)空隙、密實(shí)連續(xù)。一、可變形固體一、可變形固體二、對(duì)可變形固體的基本假設(shè)二、對(duì)可變形固體的基本假設(shè) 5-2 5-2 材料力學(xué)的基本假設(shè)第14頁(yè)/共42頁(yè)15 . 均勻性假設(shè)各點(diǎn)處材料的力學(xué)性能力學(xué)性能相同。 . 各向同性假設(shè)一點(diǎn)處材料沿各個(gè)方向的力學(xué)性能相同。 . 小變形假設(shè)構(gòu)件在承受荷載作用時(shí)，其變形與構(gòu)件的原始尺寸相比很小，有時(shí)甚至可以略去不計(jì)。 5-2 5-2 材料力學(xué)的基本假設(shè)第15頁(yè)/共42頁(yè)165-3 5-3 外力、內(nèi)力與截面法2.作用過程靜載荷：載荷不隨時(shí)間變化;動(dòng)載荷：載荷隨時(shí)間變化。1.作用方式表面力：集中力、分布力（線分布、面分布、體分布）

6、;體積力：自重、慣性力。一、外力一、外力1. 1. 作用在構(gòu)件上的作用在構(gòu)件上的載荷載荷和和約束力約束力統(tǒng)稱為統(tǒng)稱為外力外力。2. 2. 外力的分類外力的分類 5-3 5-3 外力、內(nèi)力與截面法第16頁(yè)/共42頁(yè)17二、內(nèi)力二、內(nèi)力因?yàn)楦鼽c(diǎn)之間原來(lái)存在著相互作用力，使桿件保持著一定的形狀。由于外力的作用，各點(diǎn)的位置發(fā)生相對(duì)變化，相互作用力也要發(fā)生相應(yīng)的變化。這種因外力作用而引起的桿件各點(diǎn)間產(chǎn)生相對(duì)位移的力稱為附加內(nèi)附加內(nèi)力力，即材料力學(xué)要研究的內(nèi)力。1. 1. 內(nèi)力的概念內(nèi)力的概念2. 2. 內(nèi)力的特點(diǎn)內(nèi)力的特點(diǎn)內(nèi)力隨著外力的產(chǎn)生而產(chǎn)生，內(nèi)力成對(duì)出現(xiàn)，且等直反向，并作用在構(gòu)件的兩個(gè)不同部分兩個(gè)

7、不同部分上。 5-3 5-3 外力、內(nèi)力與截面法第17頁(yè)/共42頁(yè)18三、截面法三、截面法：截、取、代、平截、取、代、平 5-3 5-3 外力、內(nèi)力與截面法MFCC點(diǎn)通常取截面形心截面形心第18頁(yè)/共42頁(yè)19空間一般問題內(nèi)力分量有6個(gè)。軸力：FN；扭矩：T；剪力： Fsy , Fsz ；彎矩：My, Mz ；xyzyMTzMszFsyFNF空間一般問題內(nèi)力分量有幾個(gè)？ 5-3 5-3 外力、內(nèi)力與截面法MFCC第19頁(yè)/共42頁(yè)20答答：3個(gè)。軸力：FN；剪力： FS；彎矩：M 5-3 5-3 外力、內(nèi)力與截面法平面一般問題內(nèi)力分量有幾個(gè)？第20頁(yè)/共42頁(yè)21直桿 曲桿主要幾何因素： 橫截

8、面、軸線等截面桿和變截面桿四、桿件的幾何特性四、桿件的幾何特性 5-3 5-3 外力、內(nèi)力與截面法第21頁(yè)/共42頁(yè)225-4 5-4 應(yīng)力與應(yīng)變一、應(yīng)力一、應(yīng)力FAFpmdAdFAFppAmA00limlimAp 正應(yīng)力:切應(yīng)力:平均應(yīng)力:mp全應(yīng)力:pA 5-4 5-4 應(yīng)力與應(yīng)變：受力構(gòu)件上某一截面某一截面上某一點(diǎn)某一點(diǎn)的內(nèi)力集度。A第22頁(yè)/共42頁(yè)231.應(yīng)力是受力構(gòu)件上某一截面上某一點(diǎn)處定義的；2.應(yīng)力是矢量：正應(yīng)力以拉為正，壓為負(fù)；切應(yīng)力以對(duì)所取研究對(duì)象內(nèi)任一點(diǎn)產(chǎn)生順時(shí)針矩為正，反之為負(fù)。3.應(yīng)力的量綱及單位量綱：21TML 5-4 5-4 應(yīng)力與應(yīng)變Ap 第23頁(yè)/共42頁(yè)24

9、二、應(yīng)變二、應(yīng)變單位長(zhǎng)度的伸長(zhǎng)量或縮短量。 帕(Pa)、千帕(kPa) 、 兆帕(MPa) 、吉帕(GPa)單位：1kPa=103 Pa1MPa=106 Pa1GPa=109 Pa線（正）應(yīng)變:切（角、剪）應(yīng)變:直角的改變量。1Pa=1N/m2 5-4 5-4 應(yīng)力與應(yīng)變( (無(wú)量綱無(wú)量綱) )第24頁(yè)/共42頁(yè)25oxyzoyxuxzwzvy變形前xyzuxvywzxuxyvyzwz方向的平均線應(yīng)變?yōu)镺點(diǎn)沿稱xxdxduxuxxxx00limlimdydvyvyyyy00limlimdzdwzwzzzz00limlim變形后單位長(zhǎng)度的伸長(zhǎng)量或縮短量稱為線應(yīng)變。線應(yīng)變（正應(yīng)變）: 5-4 5-

10、4 應(yīng)力與應(yīng)變方向的線應(yīng)變?yōu)镺點(diǎn)沿稱xx第25頁(yè)/共42頁(yè)26oxyz 切應(yīng)變（剪應(yīng)變、角應(yīng)變）:直角的改變量稱為切應(yīng)變。線應(yīng)變只與正應(yīng)力有關(guān)，與切應(yīng)力無(wú)關(guān)；切應(yīng)變只與切應(yīng)力有關(guān)，與正應(yīng)力無(wú)關(guān)。 5-4 5-4 應(yīng)力與應(yīng)變o第26頁(yè)/共42頁(yè)27三、簡(jiǎn)單的應(yīng)力三、簡(jiǎn)單的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系（物理關(guān)系）應(yīng)變關(guān)系（物理關(guān)系） E：材料的彈性模量G：材料的剪切彈性模量E:PG:P:,pp材料的比例極限 5-4 5-4 應(yīng)力與應(yīng)變第27頁(yè)/共42頁(yè)285-5 5-5 桿件變形的基本形式一一. 軸向拉伸或軸向壓縮軸向拉伸或軸向壓縮 5-5 5-5 桿件變形的基本形式第28頁(yè)/共42頁(yè)29二二. 剪切剪切AB 5

11、-5 5-5 桿件變形的基本形式第29頁(yè)/共42頁(yè)30三三. 扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn) 5-5 5-5 桿件變形的基本形式第30頁(yè)/共42頁(yè)31四四. 彎曲彎曲 F1=F2時(shí)(從而亦有FA=FB)車軸的AB部分不受剪切純彎曲純彎曲。 而車軸的外伸部分既受彎又受剪橫力彎曲橫力彎曲 5-5 5-5 桿件變形的基本形式第31頁(yè)/共42頁(yè)32 工程中常用構(gòu)件在荷載作用下，大多為幾種基本變形形式的組合組合變組合變形形。煙囪(壓縮+橫力彎曲)齒輪傳動(dòng)軸(扭轉(zhuǎn)+水平面內(nèi)橫力彎曲+豎直面內(nèi)橫力彎曲)廠房吊車立柱(壓縮+純彎曲) 5-5 5-5 桿件變形的基本形式第32頁(yè)/共42頁(yè)331.1.梁的典型形式梁的典型形式簡(jiǎn)支梁簡(jiǎn)支

12、梁外外伸伸梁梁懸臂梁懸臂梁2.2.載荷簡(jiǎn)化載荷簡(jiǎn)化集中力集中力Pm 集集中中力力偶偶分分布布載載荷荷)(xq五、梁的分類及載荷形式五、梁的分類及載荷形式 5-5 5-5 桿件變形的基本形式第33頁(yè)/共42頁(yè)34例題例題5-5-15-5-1、求圖示結(jié)構(gòu)中11和22截面的內(nèi)力，并在 分離體上畫出內(nèi)力的方向。2 2Fa112aa2aDGABE0245sin4, 002aFaFMB1.求2-2截面的內(nèi)力045sin3, 0021aFaFMMC2.求1-1截面的內(nèi)力045cos, 0021FFFNx045cos, 0021FFFFSyFa11a2aDBEBxFByF2FF11a2aDE2F1SFC1NF

13、1M解得：FFFaMFFFFSN22,22111解：解：第五章完第五章完 5-5 5-5 桿件變形的基本形式第34頁(yè)/共42頁(yè)35作業(yè)：P351 5-5 5-5 桿件變形的基本形式思考：P364 第35頁(yè)/共42頁(yè)36趙州橋 世界上現(xiàn)存最早、跨度最大的空腹式單孔圓弧拱石橋。位于中國(guó)河北省趙縣，跨洨水。原名安濟(jì)橋，俗稱大石橋。隋開皇十五年至大業(yè)元年(595(595605605年) )由匠人李春修建。凈跨 37.02 m37.02 m，矢高7.237.23 m m，橋面寬9 9 m m。拱由2828券( (窄拱) )并列組成。大拱券上兩端各建有兩個(gè)小拱( (凈跨分別為2.852.85 m m和3.

14、813.81 m)m)，以減輕橋身自重和增大泄洪面積。由于橋位良好、基底應(yīng)力適宜，千余年來(lái)雖經(jīng)多次洪水和地震，橋身基本完好。該橋構(gòu)思精巧，造型穩(wěn)重，是世界橋梁史上的杰作。19611961年定為中國(guó)全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位。第36頁(yè)/共42頁(yè)37安瀾索橋 安瀾索橋是國(guó)家重點(diǎn)文物保護(hù)單位，相傳始建于李冰建都江堰的戰(zhàn)國(guó)末期，宋代時(shí)重建。歷史上這座橋曾毀壞過幾次，當(dāng)時(shí)的政府均馬上加以重修。這座橋原為一座竹索橋，現(xiàn)已改建成鋼索橋，只是表面進(jìn)行了仿竹木處理。全橋有九墩八孔，長(zhǎng)340340 m,m,寬1.4 m1.4 m ，高1313 m m。第37頁(yè)/共42頁(yè)38胡克（Hooke Robert,1635170

15、3年) 胡克16351635年出生于英格蘭懷特島清水村,1653,1653年到牛津大學(xué)作工讀生。 16551655年成為玻意耳的助手，由于他的實(shí)驗(yàn)才能，16621662年被任命為皇家學(xué)會(huì)的實(shí)驗(yàn)主持人，16631663年獲碩士學(xué)位，同年被選為皇家學(xué)會(huì)正式會(huì)員，又兼任了學(xué)會(huì)陳列室管理員和圖書管理員。16651665年任格雷姆學(xué)院幾何學(xué)教授，1667166716831683年任學(xué)會(huì)秘書并負(fù)責(zé)出版會(huì)刊。17031703年在倫敦逝世。 17 17世紀(jì)英國(guó)優(yōu)秀的物理學(xué)家和天文學(xué)家。他的成就是多方面的。在光學(xué)和引力研究方面僅次于牛頓，而作為科學(xué)儀器的發(fā)明者和設(shè)計(jì)者，在當(dāng)時(shí)是無(wú)與倫比的。第38頁(yè)/共42頁(yè)39

16、 1665 1665年，胡克提出了光的波動(dòng)學(xué)說，將光振動(dòng)的傳播同水波的傳播相比較。16721672年，他進(jìn)一步指出，光振動(dòng)可以垂直于光傳播的方向，他還研究了云母片的顏色，確認(rèn)光現(xiàn)象隨著云母片厚度的變化而變化。 胡克根據(jù)彈簧實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，于16781678年得出了胡克定律，即在比例極限內(nèi)，彈性物體的應(yīng)力與應(yīng)變成正比。 1674 1674年，胡克根據(jù)修正的慣性原理，以及離開太陽(yáng)的離心力同向著太陽(yáng)的吸引力之間的平衡，提出了行星運(yùn)動(dòng)的理論。 胡克的主要著作有顯微檢測(cè)法、哲學(xué)實(shí)驗(yàn)與觀察等。第39頁(yè)/共42頁(yè)40伽利略（Galileo Galilei,1564Galileo Galilei,156416421642年) ) 意大利物理學(xué)家、天文學(xué)家。生于意大利北部佛羅倫薩一個(gè)貴族的家庭。15811581年入比薩大學(xué)學(xué)醫(yī)。主張研究自然