材料力學(xué)緒論的課件

1、劉鴻文主編劉鴻文主編( (第第5 5版版) ) 高等教育出版社高等教育出版社一、力學(xué)體系簡介一、力學(xué)體系簡介固體力學(xué)流體力學(xué)一般力學(xué)材料力學(xué)材料力學(xué) 結(jié)構(gòu)力學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué) 彈性力學(xué)彈性力學(xué) 塑性力學(xué)塑性力學(xué) 斷裂力學(xué)斷裂力學(xué) 復(fù)合材料復(fù)合材料力學(xué)力學(xué)二、材料力學(xué)主要二、材料力學(xué)主要研究對象研究對象是是彈性體（變形體）彈性體（變形體）對于彈性體對于彈性體:平衡問題平衡問題變形變形力和變形力和變形涉及到彈性體的失效涉及到彈性體的失效與失效有關(guān)的設(shè)計準(zhǔn)則與失效有關(guān)的設(shè)計準(zhǔn)則理論力學(xué)研究對象：剛體（不變形）理論力學(xué)研究對象：剛體（不變形）三、材料力學(xué)所涉及的內(nèi)容分屬兩個學(xué)科三、材料力學(xué)所涉及的內(nèi)容分屬兩個

2、學(xué)科固體力學(xué)固體力學(xué)材料科學(xué)材料科學(xué)研究物體在外力作用下的研究物體在外力作用下的應(yīng)力應(yīng)力、變形變形和和能量能量，統(tǒng)稱為統(tǒng)稱為應(yīng)力分析應(yīng)力分析又不同于固體力學(xué)，所研究的僅限于又不同于固體力學(xué)，所研究的僅限于桿類構(gòu)件桿類構(gòu)件材料的材料的力學(xué)行為力學(xué)行為，研究材料在，研究材料在外力外力和和溫度溫度作作用下所表現(xiàn)的用下所表現(xiàn)的力學(xué)性能力學(xué)性能和和失效行為失效行為研究僅限于材料的研究僅限于材料的宏觀力學(xué)行為宏觀力學(xué)行為，不涉及材料的微觀機(jī)理不涉及材料的微觀機(jī)理四、材料力學(xué)與各門課程四、材料力學(xué)與各門課程材料力學(xué)是一門很重要的材料力學(xué)是一門很重要的專業(yè)基礎(chǔ)課專業(yè)基礎(chǔ)課。在基礎(chǔ)課和專業(yè)課之間起著在基礎(chǔ)課和專

3、業(yè)課之間起著橋梁橋梁的作用的作用 傳統(tǒng)具有傳統(tǒng)具有柱、梁、檁、椽柱、梁、檁、椽的木制房屋結(jié)構(gòu)的木制房屋結(jié)構(gòu)古代建筑結(jié)構(gòu)古代建筑結(jié)構(gòu)五、材料力學(xué)與工程應(yīng)用五、材料力學(xué)與工程應(yīng)用建于隋代（建于隋代（605605年）的河北趙州橋橋長年）的河北趙州橋橋長64.464.4米，寬米，寬1010米跨徑米跨徑37.0237.02米，用石米，用石28002800噸，至噸，至今完好今完好古代建筑結(jié)構(gòu)古代建筑結(jié)構(gòu)建于遼代（建于遼代（10561056年）的山西應(yīng)縣佛宮寺木塔年）的山西應(yīng)縣佛宮寺木塔塔高塔高9 9層共層共67.3167.31米，用木材米，用木材74007400噸噸900900多年來歷經(jīng)數(shù)次地震不倒，多年

4、來歷經(jīng)數(shù)次地震不倒，現(xiàn)存唯一木塔現(xiàn)存唯一木塔古代建筑結(jié)構(gòu)古代建筑結(jié)構(gòu)材料力學(xué)的地位非常重要材料力學(xué)的地位非常重要第一章第一章 緒論緒論1.1 1.1 材料力學(xué)的任務(wù)材料力學(xué)的任務(wù)1.2 1.2 變形固體的基本假設(shè)變形固體的基本假設(shè)1.3 1.3 外力及其分類外力及其分類1.4 1.4 內(nèi)力、截面法及應(yīng)力的概念內(nèi)力、截面法及應(yīng)力的概念1.5 1.5 變形與應(yīng)變變形與應(yīng)變1.6 1.6 桿件變形的基本形式桿件變形的基本形式1.1 1.1 材料力學(xué)的任務(wù)材料力學(xué)的任務(wù)構(gòu)件構(gòu)件工程結(jié)構(gòu)機(jī)械的各組成部分工程結(jié)構(gòu)機(jī)械的各組成部分黃河橋黃河橋簡易起重機(jī)簡易起重機(jī)變形變形在外力作用下，構(gòu)件的在外力作用下，構(gòu)件

5、的尺寸尺寸和和形狀形狀發(fā)生變化發(fā)生變化彈性變形彈性變形塑性變形塑性變形外力解除后可消失的變形外力解除后可消失的變形外力解除后不能消失的變形外力解除后不能消失的變形橡皮筋橡皮筋床板床板用小刀把手割破一個口子用小刀把手割破一個口子汽車的車身汽車的車身口香糖口香糖橡皮泥橡皮泥舉例：舉例：問題問題勻速提升：勻速提升：柔索張力柔索張力T=W(1) 物體重量物體重量W一定時，柔索選一定時，柔索選何種材料何種材料？（材料好的，不易斷的，價格貴材料好的，不易斷的，價格貴）（2）材料確定時，柔索選用多大的）材料確定時，柔索選用多大的橫截面積橫截面積？（粗的好、結(jié)實(shí)、但價格貴粗的好、結(jié)實(shí)、但價格貴）（3）工程現(xiàn)場

6、中，只有一根材料確定、）工程現(xiàn)場中，只有一根材料確定、橫截面直接確定的柔索，那么此結(jié)構(gòu)的橫截面直接確定的柔索，那么此結(jié)構(gòu)的最大起重量最大起重量是多少？是多少？設(shè)計的依據(jù)設(shè)計的依據(jù)（1）保證構(gòu)件在正常的工作時間不能發(fā)生破壞；）保證構(gòu)件在正常的工作時間不能發(fā)生破壞；構(gòu)件具有構(gòu)件具有足夠的強(qiáng)度足夠的強(qiáng)度（不發(fā)生破壞不發(fā)生破壞）如：椅子沒有斷裂；床板沒有折斷如：椅子沒有斷裂；床板沒有折斷（2）變形在允許的范圍內(nèi)，）變形在允許的范圍內(nèi)，具有足夠的剛度具有足夠的剛度（變形在允許的范圍內(nèi)變形在允許的范圍內(nèi)）如：椅子的變形；如：椅子的變形；床的變形等均在允許的范圍內(nèi)；床的變形等均在允許的范圍內(nèi)；在運(yùn)動員重量作

7、用下雙杠橫梁的變形；在運(yùn)動員重量作用下雙杠橫梁的變形；載重卡車作用下橋梁的變形載重卡車作用下橋梁的變形（3）受）受壓力壓力作用的細(xì)長桿，應(yīng)始終維持原有的作用的細(xì)長桿，應(yīng)始終維持原有的直線平衡形態(tài)直線平衡形態(tài)足夠的穩(wěn)定性足夠的穩(wěn)定性（保持原有平衡狀態(tài)的能力保持原有平衡狀態(tài)的能力）如：十字繡的繡花針；自行車打氣筒的活塞桿、如：十字繡的繡花針；自行車打氣筒的活塞桿、穩(wěn)定性穩(wěn)定性主要是針對主要是針對細(xì)長的受壓桿件細(xì)長的受壓桿件而言的而言的又如：舉重運(yùn)動員在物體重量作用下身體必須保持挺直；又如：舉重運(yùn)動員在物體重量作用下身體必須保持挺直；自卸車油缸活塞桿自卸車油缸活塞桿腳手架受壓桿腳手架受壓桿材料力學(xué)的

8、任務(wù)材料力學(xué)的任務(wù)保證構(gòu)件具有保證構(gòu)件具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的前提下合理的的前提下合理的選擇構(gòu)件的選擇構(gòu)件的材料、截面尺寸和形狀、確定系統(tǒng)許可載荷材料、截面尺寸和形狀、確定系統(tǒng)許可載荷儲氣罐儲氣罐車床軸車床軸受壓的細(xì)長桿（如：液壓油缸的活受壓的細(xì)長桿（如：液壓油缸的活爆炸爆炸主要保證其強(qiáng)度主要保證其強(qiáng)度要有足夠的剛度，變形不應(yīng)過大，滿足加工精度要有足夠的剛度，變形不應(yīng)過大，滿足加工精度應(yīng)具有足夠的穩(wěn)定性應(yīng)具有足夠的穩(wěn)定性承載能力承載能力 桿件承受載荷的能力桿件承受載荷的能力強(qiáng)度強(qiáng)度剛度剛度穩(wěn)定性穩(wěn)定性抵抗破壞的能力（不破壞）抵抗破壞的能力（不破壞）抵抗變形的能力（

9、變形在允許的范圍內(nèi)）抵抗變形的能力（變形在允許的范圍內(nèi)）保持原有的直線平衡的能力保持原有的直線平衡的能力不僅與構(gòu)件的不僅與構(gòu)件的形狀形狀、尺寸尺寸有關(guān)，更與材料的有關(guān)，更與材料的力學(xué)性能力學(xué)性能有關(guān)有關(guān)理論分析理論分析+實(shí)驗(yàn)研究實(shí)驗(yàn)研究60時時 + 10時時工程中滿足強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性的實(shí)例工程中滿足強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性的實(shí)例強(qiáng)度強(qiáng)度+剛度剛度鉆頭：穩(wěn)定性鉆頭：穩(wěn)定性立柱：強(qiáng)度立柱：強(qiáng)度+剛度剛度大型橋梁滿足強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性要求大型橋梁滿足強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性要求斜拉索：強(qiáng)度斜拉索：強(qiáng)度橋梁：強(qiáng)度、剛度橋梁：強(qiáng)度、剛度橋墩：強(qiáng)度、穩(wěn)定性橋墩：強(qiáng)度、穩(wěn)定性談?wù)劯邢耄赫務(wù)劯邢耄?日常生活的各行各業(yè)的

10、零部件均滿足強(qiáng)度、剛度、日常生活的各行各業(yè)的零部件均滿足強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性的要求，系統(tǒng)才能正常運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性的要求，系統(tǒng)才能正常運(yùn)轉(zhuǎn)材料力學(xué)材料力學(xué)的重要性另你震驚了嗎？的重要性另你震驚了嗎？工程中的另一方面的要求工程中的另一方面的要求防止系統(tǒng)超載的安全銷，防止系統(tǒng)超載的安全銷，容易發(fā)生破壞容易發(fā)生破壞2 緩沖彈簧緩沖彈簧彈簧應(yīng)有較大的變形才能很好的減振彈簧應(yīng)有較大的變形才能很好的減振3、蹦床？、蹦床？4、蹦極的柔索？、蹦極的柔索？5、汽車車身在發(fā)生碰撞或者滾翻時的變形？、汽車車身在發(fā)生碰撞或者滾翻時的變形？人類的災(zāi)難人類的災(zāi)難 對工程中不滿足剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性而發(fā)生失效對工程中不滿足剛度、強(qiáng)度、

11、穩(wěn)定性而發(fā)生失效的構(gòu)件給工農(nóng)業(yè)造成巨大的損失，例子不勝枚舉的構(gòu)件給工農(nóng)業(yè)造成巨大的損失，例子不勝枚舉1912年年4月月14日晚日晚12時時30分，由英國開往紐約的分，由英國開往紐約的泰坦尼克泰坦尼克原因原因鉚釘質(zhì)量差，有雜質(zhì)鉚釘質(zhì)量差，有雜質(zhì) 鉚釘材料測試在室溫下進(jìn)行，但大西洋鉚釘材料測試在室溫下進(jìn)行，但大西洋-11度度頭重尾輕，尾部翹起，頭重尾輕，尾部翹起，引起船體從當(dāng)中彎曲斷裂引起船體從當(dāng)中彎曲斷裂泰坦尼克號殘骸泰坦尼克號殘骸原因原因：氣流與橋身共振：氣流與橋身共振汽車起重機(jī)回轉(zhuǎn)臺汽車起重機(jī)回轉(zhuǎn)臺失穩(wěn)，造成結(jié)構(gòu)失效失穩(wěn)，造成結(jié)構(gòu)失效腳手架的坍塌事故腳手架的坍塌事故材料力學(xué)的任務(wù)材料力學(xué)的任

12、務(wù)阿基米德“給我一個支點(diǎn)我就能把地球翹起”杠桿原理：1.2 1.2 變形固體的基本假設(shè)變形固體的基本假設(shè)理論力學(xué)研究對象理論力學(xué)研究對象剛剛 體體材料力學(xué)的材料力學(xué)的研究對象研究對象：變形體變形體注意：注意：討論討論請判斷下列簡化在什么情況請判斷下列簡化在什么情況下是正確的，什么情況下不下是正確的，什么情況下不正確？正確？變形固體變形固體在外力作用下，一切在外力作用下，一切固體固體都將發(fā)生變形，故成為都將發(fā)生變形，故成為變形固體變形固體，而而構(gòu)件構(gòu)件一般有固體材料制成，故構(gòu)件一般都是一般有固體材料制成，故構(gòu)件一般都是變形固體變形固體由于固體有多方面的屬性，研究的角度不同，側(cè)重的角度由于固體有多

13、方面的屬性，研究的角度不同，側(cè)重的角度也不一樣。研究構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性時，為了抽象也不一樣。研究構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性時，為了抽象出力學(xué)模型，掌握與問題有關(guān)的屬性，略去次要的屬性，出力學(xué)模型，掌握與問題有關(guān)的屬性，略去次要的屬性，做以下幾點(diǎn)假設(shè)做以下幾點(diǎn)假設(shè)：1 1、連續(xù)性假設(shè)：、連續(xù)性假設(shè)：目錄目錄球墨鑄鐵的顯微組織球墨鑄鐵的顯微組織認(rèn)為整個物體體積內(nèi)毫無空隙地充滿物質(zhì)認(rèn)為整個物體體積內(nèi)毫無空隙地充滿物質(zhì)實(shí)際上組成固體的粒子之間存在間隙并不實(shí)際上組成固體的粒子之間存在間隙并不連續(xù)，但這些間隙與構(gòu)件的尺寸相比及其連續(xù)，但這些間隙與構(gòu)件的尺寸相比及其微小，故略去不計微小，故略去不計微觀不

14、連續(xù)微觀不連續(xù)宏觀連續(xù)宏觀連續(xù)引入無窮小概念，可以進(jìn)行極限、引入無窮小概念，可以進(jìn)行極限、積分、微分的運(yùn)算積分、微分的運(yùn)算2 2、均勻性假設(shè)：、均勻性假設(shè)：普通鋼材的顯微組織普通鋼材的顯微組織認(rèn)為物體內(nèi)的任何部分，其力學(xué)性能相同認(rèn)為物體內(nèi)的任何部分，其力學(xué)性能相同力學(xué)性質(zhì)：固體在外力的作用下表現(xiàn)出力學(xué)性質(zhì)：固體在外力的作用下表現(xiàn)出變形變形與與破壞破壞方面的性質(zhì)方面的性質(zhì)微觀不均勻，微觀不均勻，宏觀均勻宏觀均勻3 3、各向同性假設(shè)：、各向同性假設(shè)：在物體內(nèi)各個不同方向力學(xué)性能相同在物體內(nèi)各個不同方向力學(xué)性能相同灰口鑄鐵的纖維組織灰口鑄鐵的纖維組織單個晶體成結(jié)晶各向異性單個晶體成結(jié)晶各向異性形成金

15、屬時，呈隨機(jī)取向形成金屬時，呈隨機(jī)取向在宏觀上表現(xiàn)為各向同性在宏觀上表現(xiàn)為各向同性微觀各向異性微觀各向異性宏觀各向同性宏觀各向同性各向異性各向異性沿不同的方向力學(xué)性能不同沿不同的方向力學(xué)性能不同微觀各向異性，宏觀各向異性微觀各向異性，宏觀各向異性各向異性各向異性A AB BC CF F124 4、小變形與線彈性、小變形與線彈性變形量變形量遠(yuǎn)小于構(gòu)件的最小尺寸遠(yuǎn)小于構(gòu)件的最小尺寸研究靜力平衡時忽略變形研究靜力平衡時忽略變形原始尺寸原理原始尺寸原理變形分析是略去高次項(xiàng)變形分析是略去高次項(xiàng)線性化處理線性化處理問題問題?1 1、外力、外力：某一物體受到其它物體對它的作用力，包括載荷、約束反力某一物體受

16、到其它物體對它的作用力，包括載荷、約束反力2、外力按作用方式分為：、外力按作用方式分為： 表面力、體積力表面力、體積力4 4、表面力：、表面力：是作用與物體表面的力；是作用與物體表面的力；3 3、體積力：、體積力：連續(xù)分布于物體內(nèi)部各點(diǎn)的力。連續(xù)分布于物體內(nèi)部各點(diǎn)的力。如：如：5、面力的分類：、面力的分類： 集中力、分布力集中力、分布力重力和慣性力重力和慣性力如：如：對椅子的壓力，對床板的壓力對椅子的壓力，對床板的壓力6、集中力：、集中力：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。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。7、分布力：、分布力：如：如：對

17、椅子的壓力，對床板的壓力對椅子的壓力，對床板的壓力手抓雙杠的力，繡花針、腳對地面的力手抓雙杠的力，繡花針、腳對地面的力連續(xù)分布于物體表面上的力。連續(xù)分布于物體表面上的力。如：如：8 8、按外力與時間的關(guān)系分類：、按外力與時間的關(guān)系分類：靜載荷、動載荷靜載荷、動載荷9 9、靜載荷：、靜載荷：載荷緩慢地由零增加到最終值載荷緩慢地由零增加到最終值1010、動載荷、動載荷如：如：載荷隨時間而變化。載荷隨時間而變化。11、交變載荷：、交變載荷： 隨時間作周期性變化的載荷隨時間作周期性變化的載荷如：如：自行車車胎上的某一點(diǎn)自行車車胎上的某一點(diǎn)1212、沖擊載荷：、沖擊載荷： 物體的運(yùn)動在瞬間突然發(fā)生變化所

18、引起的動載荷物體的運(yùn)動在瞬間突然發(fā)生變化所引起的動載荷如：重力如：重力打鐵、打架時揮動拳頭、夯地基打鐵、打架時揮動拳頭、夯地基1.3 1.3 外力及其分類外力及其分類1.4 1.4 內(nèi)力、截面法和應(yīng)力的概念內(nèi)力、截面法和應(yīng)力的概念一、內(nèi)力一、內(nèi)力物體受外力作用而變形，內(nèi)部各部分之間因相對位置物體受外力作用而變形，內(nèi)部各部分之間因相對位置改變而引起的相互作用（附加內(nèi)力），稱為改變而引起的相互作用（附加內(nèi)力），稱為附加內(nèi)力附加內(nèi)力，簡稱簡稱內(nèi)力內(nèi)力二、求內(nèi)力的方法二、求內(nèi)力的方法截面法截面法截面法截面法截、取、代、平截、取、代、平（1）分二留一（截、?。┓侄粢唬ń亍⑷。┘傧氲难厍髢?nèi)力的截面將構(gòu)件

19、分成兩部分，取其中一部分為假想的沿求內(nèi)力的截面將構(gòu)件分成兩部分，取其中一部分為研究對象研究對象（2）內(nèi)力代棄）內(nèi)力代棄截面形心：主矢、主矩截面形心：主矢、主矩分解分解代代（3）內(nèi)外平衡、求內(nèi)力）內(nèi)外平衡、求內(nèi)力 平平保留部分求平衡保留部分求平衡空間一般力系空間一般力系平衡方程：平衡方程：例例1:求求m-m面上的內(nèi)力面上的內(nèi)力（1）分二留一）分二留一（2）內(nèi)力代棄）內(nèi)力代棄（3）內(nèi)外平衡、求內(nèi)力）內(nèi)外平衡、求內(nèi)力三、應(yīng)力三、應(yīng)力內(nèi)力大，構(gòu)件一定破壞嗎？內(nèi)力大，構(gòu)件一定破壞嗎？使命使命分布在截面內(nèi)一點(diǎn)的密集程度分布在截面內(nèi)一點(diǎn)的密集程度1、平均應(yīng)力、平均應(yīng)力2、一點(diǎn)的應(yīng)力（全應(yīng)力）：、一點(diǎn)的應(yīng)力（全應(yīng)力）：3、一點(diǎn)的正應(yīng)力、切應(yīng)力、一點(diǎn)的正應(yīng)力、切應(yīng)力正應(yīng)力正應(yīng)力切應(yīng)力切應(yīng)力故：故：應(yīng)力應(yīng)力是指是指一點(diǎn)的應(yīng)力一點(diǎn)的應(yīng)力，而某一點(diǎn)的應(yīng)力有兩個分量，而某一點(diǎn)的應(yīng)力有兩個分量，分別是分別是和；而而 與截面垂直，與截面垂直， 與截面相切與截面相切4、應(yīng)力單位、應(yīng)力單位國際單位制國際單位制工程單位制工程單位制1.5 1.5 變形與應(yīng)變變形與應(yīng)變一一. .變形變形桿件受力后，桿件受力后，形狀形狀和和尺寸尺寸