材料力學(xué)(劉鴻文版)cl1緒論

1、第第5版版 劉鴻文主編劉鴻文主編高等教育出版社高等教育出版社主講教師：胡衛(wèi)華主講教師：胡衛(wèi)華Mechanics of Materials1.紀律紀律 discipline(1)上課：不可以說話 (2)作業(yè)：每周第一次課交，過期不侯,不接受補交.(3)警鐘：缺勤三次免修；作業(yè)三次不交平時成績?yōu)榱悖贿t到三次記曠課一次(4)平時：上課之前請擦黑板2.考核方式及成績組成比例：考核方式及成績組成比例：本課程為考試課程。成績組成:平時占30%(含實驗,作業(yè),考勤等),考試占70%。3.下列情形之一被認為本課程不及格下列情形之一被認為本課程不及格 (1)、實驗課缺席者(因故不能按事先預(yù)定時間做實驗者，應(yīng)與實

2、驗教師聯(lián)系及時補做)； (2)、總評成績在60分以下者。 希望希望你能喜歡我的課；你能喜歡我的課； 希望希望你能勇于回答我的問題；你能勇于回答我的問題； 希望希望你能敢于向我提出問題；你能敢于向我提出問題； 希望希望你能通過我的課程，你能通過我的課程， 培養(yǎng)創(chuàng)新精神，增強能力。培養(yǎng)創(chuàng)新精神，增強能力。從古代的八大奇跡，到現(xiàn)代的各種建筑，從都江堰到三峽工程，從摩天大樓到地下工程，從古樸破舊的趙州橋到多彩多姿的大橋，從海洋平臺到航空航天空間站，從高速列車到機器人，無一不是工程。而在這些工程中,無一不充滿著力學(xué)的知識。力學(xué)與工程緊密結(jié)合。是一門既古老又年輕的學(xué)科，力學(xué)與工程緊密結(jié)合。是一門既古老又年

3、輕的學(xué)科，它對于近、現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進步，有重要的影響。它對于近、現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進步，有重要的影響。在復(fù)合材料，智能結(jié)構(gòu)的研究在復(fù)合材料，智能結(jié)構(gòu)的研究;振動、噪聲控制；穩(wěn)振動、噪聲控制；穩(wěn)定性和可操縱性方面都有不可替代的地位定性和可操縱性方面都有不可替代的地位.力學(xué)與工程力學(xué)與工程羅德港巨人雕像萬里長城亞歷山大燈塔摩索拉斯陵墓力學(xué)與生活教室等建筑物的設(shè)計制造,打籃球,打臺球,踢足球,打乒乓球,放風(fēng)箏,跳傘,飛行表演等無一不充滿著力學(xué)知識.只要我們用心生活,用心觀察,我們將會發(fā)現(xiàn)力學(xué)是多么可愛,生活是多么有趣。第一章第一章 緒論緒論一、材料力學(xué)的發(fā)展簡史一、材料力學(xué)的發(fā)展簡史二、材料力學(xué)的任務(wù)二

4、、材料力學(xué)的任務(wù)三、變形固體的基本假設(shè)三、變形固體的基本假設(shè)四、內(nèi)力、截面法、應(yīng)力、變形與應(yīng)變的概念四、內(nèi)力、截面法、應(yīng)力、變形與應(yīng)變的概念五、桿件變形的基本形式五、桿件變形的基本形式16381638年：年：關(guān)于兩種新科學(xué)的敘述與證明關(guān)于兩種新科學(xué)的敘述與證明伽利略伽利略 GalileiGalilei 1564- 1564-16421642懸臂梁應(yīng)力分布懸臂梁應(yīng)力分布簡支梁受集中載荷的最大彎矩簡支梁受集中載荷的最大彎矩等強度梁截面形狀等強度梁截面形狀空、實心圓柱抗彎強度比較空、實心圓柱抗彎強度比較一一 材料力學(xué)的發(fā)展簡史材料力學(xué)的發(fā)展簡史 伽這些文章的發(fā)表開創(chuàng)了材料力學(xué)的新紀元。這些文章的發(fā)表

5、開創(chuàng)了材料力學(xué)的新紀元。 1717世紀以后，世紀以后，法國科學(xué)家法國科學(xué)家 納維納維 18261826年著年著材料力學(xué)材料力學(xué)法國科學(xué)家法國科學(xué)家 庫侖庫侖（1736173618061806） 通過實驗修正了伽利略的錯誤，提出了最大切通過實驗修正了伽利略的錯誤，提出了最大切應(yīng)力強度理論應(yīng)力強度理論推進了材料力學(xué)的進程。奠定了材料力學(xué)的基礎(chǔ)。推進了材料力學(xué)的進程。奠定了材料力學(xué)的基礎(chǔ)。 從從18世紀起，材料力學(xué)開始沿著科學(xué)理論的方向向前發(fā)展。世紀起，材料力學(xué)開始沿著科學(xué)理論的方向向前發(fā)展。材料力學(xué)作為一門獨立的課程掀開了歷史的篇章。材料力學(xué)作為一門獨立的課程掀開了歷史的篇章。人類歷史有多久，力學(xué)

6、的歷史就有多久。“力”是人類對自然的省悟。1古代建筑-粗獷豪放絳州大堂2.2.建于唐末（建于唐末（857857年）的山西五臺山佛光寺東大殿年）的山西五臺山佛光寺東大殿建于遼代（建于遼代（10561056年）的山西應(yīng)縣佛宮寺釋迦塔年）的山西應(yīng)縣佛宮寺釋迦塔塔高塔高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，現(xiàn)存唯一木塔多年來歷經(jīng)數(shù)次地震不倒，現(xiàn)存唯一木塔3 3、山西應(yīng)縣木塔、山西應(yīng)縣木塔4都江堰都江堰都江堰安瀾橋安瀾橋的拉繩5 5趙州橋趙州橋橋長64.40米，跨徑37.02米，是當今世界上跨徑最大、建造最早的單孔敞肩型石拱橋。這是

7、世界造橋史的一個創(chuàng)造 。趙州橋經(jīng)歷了10次水災(zāi)，8次戰(zhàn)亂和多次地震，特別是1966年邢臺發(fā)生的7.6級地震，邢臺距這里有40多公里，這里也有四點幾級地震，趙州橋都沒有被破壞 航空航天器航空航天器人類生存的基本要求人類生存的基本要求：安全：安全二 材料力學(xué)的任務(wù)2 、具有足夠的剛度剛度（Stiffness） 3 、具有足夠的穩(wěn)定性穩(wěn)定性（Stability）為了確保結(jié)構(gòu)或機械在外力作用下安全正常工作，對為了確保結(jié)構(gòu)或機械在外力作用下安全正常工作，對零構(gòu)件提出以下要求零構(gòu)件提出以下要求：1 、具有足夠的強度強度（Strength） 1、具有足夠的強度強度Golden Bridge 強度強度（Str

8、ength） ：構(gòu)件抵抗破壞的能力：構(gòu)件抵抗破壞的能力2 2 、具有足夠的、具有足夠的剛度剛度剛度剛度（Stiffness） ：構(gòu)件抵抗變形的能力：構(gòu)件抵抗變形的能力搖臂鉆床的搖臂搖臂鉆床的搖臂3 、具有足夠的 穩(wěn)定性穩(wěn)定性穩(wěn)定性穩(wěn)定性（Stability） ：構(gòu)件維持其原有平衡形式的能力：構(gòu)件維持其原有平衡形式的能力裝載機裝載機2 、具有足夠的剛度剛度（Stiffness） 3 、具有足夠的穩(wěn)定性穩(wěn)定性（Stability）1 、具有足夠的強度強度（Strength） 軸軸 葉輪葉輪 疲勞斷裂破壞疲勞斷裂破壞 轉(zhuǎn)子軸轉(zhuǎn)子軸 疲勞開裂疲勞開裂 疲勞斷裂破壞疲勞斷裂破壞著名的海難事件：泰坦尼克號

9、沉船事件著名的海難事件：泰坦尼克號沉船事件重慶綦江重慶綦江重慶綦江彩虹橋整體垮塌重慶綦江彩虹橋整體垮塌 他們做夢也未想到，如此美麗形態(tài)和名字的橋，在他們腳下消失，就這么短短一座人行過江橋，他們竟走不到對岸重慶綦江彩虹橋整體垮塌重慶綦江彩虹橋整體垮塌 地面鐵條使地面鐵條使輪胎爆裂，輪胎爆裂，碎片侵入發(fā)碎片侵入發(fā)動機。動機。2000年年8月月27日下午日下午3時時20分，臺灣南部高屏大橋斷裂分，臺灣南部高屏大橋斷裂，大橋中間下陷部分長達，大橋中間下陷部分長達100米。米。17輛車墜河，輛車墜河，22人人受傷。受傷。 采沙過度，河面沉降采沙過度，河面沉降10余米，橋墩先斷裂。余米，橋墩先斷裂。200

10、7年5月廣東佛山九江大橋被運沙船只撞斷橋墩導(dǎo)致橋面斷裂比薩斜塔全部用白色大理石砌成，塔高54.5米 ，塔身從三層開始傾斜，直到完工還在持續(xù)傾斜 山西應(yīng)縣木塔2轉(zhuǎn)角增設(shè)一柱增加了構(gòu)架的穩(wěn)定性穩(wěn)定性 1八角形，應(yīng)力分布較均勻應(yīng)力分布較均勻；兵器工業(yè)兵器工業(yè) 飛機與導(dǎo)彈飛機與導(dǎo)彈大型橋梁的強度大型橋梁的強度 剛度剛度 穩(wěn)定問題穩(wěn)定問題南京長江大橋大型橋梁的強度大型橋梁的強度 剛度剛度 穩(wěn)定問題穩(wěn)定問題 高層建筑高層建筑 大跨度橋梁大跨度橋梁 海洋石油鉆井平臺海洋石油鉆井平臺機器人技術(shù)機器人技術(shù) 高速列車高速列車 1 - 2 材料力學(xué)與生產(chǎn)實踐的關(guān)系材料力學(xué)與生產(chǎn)實踐的關(guān)系 20世紀以前，推動近代科學(xué)

11、技術(shù)與社會進步的蒸汽機、內(nèi)世紀以前，推動近代科學(xué)技術(shù)與社會進步的蒸汽機、內(nèi) 燃機、鐵路、橋梁、船舶、兵器等，無一不是材料力學(xué)知識的燃機、鐵路、橋梁、船舶、兵器等，無一不是材料力學(xué)知識的累積、應(yīng)用和完善的基礎(chǔ)上逐漸形成和發(fā)展起來的。累積、應(yīng)用和完善的基礎(chǔ)上逐漸形成和發(fā)展起來的。20世紀產(chǎn)生的諸多高新技術(shù)，如世紀產(chǎn)生的諸多高新技術(shù)，如高層建筑高層建筑、大跨度橋梁、大跨度橋梁、海洋平臺、精密儀器、海洋平臺、精密儀器、航空航天器航空航天器、機器人、高速列車以及、機器人、高速列車以及大型水利工程等許多重要工程更是在材料力學(xué)指導(dǎo)下得以實現(xiàn)大型水利工程等許多重要工程更是在材料力學(xué)指導(dǎo)下得以實現(xiàn) ，并不斷發(fā)展

12、完善的。并不斷發(fā)展完善的。 上面提到了術(shù)語和概念上面提到了術(shù)語和概念1、 構(gòu)件構(gòu)件 Component or Member ：工程結(jié)構(gòu)或機械的各：工程結(jié)構(gòu)或機械的各 組成部分組成部分 2、 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) Structure：由構(gòu)件組成的體系，工程結(jié)構(gòu)是工：由構(gòu)件組成的體系，工程結(jié)構(gòu)是工 程實際中采用的結(jié)構(gòu)程實際中采用的結(jié)構(gòu)3、 載荷載荷 Load：構(gòu)件和結(jié)構(gòu)承受的負載或荷重：構(gòu)件和結(jié)構(gòu)承受的負載或荷重 載荷有載荷有 內(nèi)載荷內(nèi)載荷 外載荷外載荷4、 變形變形 Deformation：在載荷的作用下，構(gòu)件的形狀及：在載荷的作用下，構(gòu)件的形狀及 尺寸發(fā)生的變化稱為變形尺寸發(fā)生的變化稱為變形三三 變形固體

13、及其基本假設(shè)變形固體及其基本假設(shè) 變形固體（deformable body） 在外力作用下，一切固體都將發(fā)生變形，故稱在外力作用下，一切固體都將發(fā)生變形，故稱為變形固體，而構(gòu)件一般均由固體材料制成，故構(gòu)為變形固體，而構(gòu)件一般均由固體材料制成，故構(gòu)件一般都是變形固體。件一般都是變形固體?；铱阼T鐵的灰口鑄鐵的 顯微組織顯微組織球墨鑄鐵的球墨鑄鐵的 顯微組織顯微組織普通鋼材的普通鋼材的 顯微組織顯微組織優(yōu)質(zhì)鋼材的優(yōu)質(zhì)鋼材的 顯微組織顯微組織高分子材料高分子材料 微觀結(jié)構(gòu)微觀結(jié)構(gòu)材料沿各不同方向均具有相同的力學(xué)性質(zhì)材料沿各不同方向均具有相同的力學(xué)性質(zhì)。這樣的。這樣的材料稱為材料稱為各向同性材料各向同性

14、材料。用一個參數(shù)描寫各點在各。用一個參數(shù)描寫各點在各個方向上的某種力學(xué)性能。個方向上的某種力學(xué)性能。物體整個體積內(nèi)都毫無空隙地充滿著物質(zhì)物體整個體積內(nèi)都毫無空隙地充滿著物質(zhì)，是均勻是均勻、連續(xù)的連續(xù)的，且任何部分都具有相同的性質(zhì)且任何部分都具有相同的性質(zhì)。根據(jù)這一根據(jù)這一假定，物體內(nèi)的受力、變形等力學(xué)量可以表示為各假定，物體內(nèi)的受力、變形等力學(xué)量可以表示為各點坐標的連續(xù)函數(shù)，從而有利于建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模點坐標的連續(xù)函數(shù)，從而有利于建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。型。homogenization and continuity assumptionB BC CA AP P121.在研究平衡問題時，不考慮構(gòu)件變形

15、對力作用的影響 2.在討論構(gòu)件變形時，允許用垂線代替圓弧。 使得問題變成線性問題 遠小于構(gòu)件的最小尺寸，遠小于構(gòu)件的最小尺寸，所以通過節(jié)點平衡求各桿所以通過節(jié)點平衡求各桿內(nèi)力時，把支架的變形略內(nèi)力時，把支架的變形略去不計。計算得到很大的去不計。計算得到很大的簡化。簡化。 均勻連續(xù)介質(zhì)、各向同性材料的小變形問題均勻連續(xù)介質(zhì)、各向同性材料的小變形問題。四四外力：外力：按按外外力力作作用用的的方方式式體積力體積力: :是連續(xù)分布于物體內(nèi)部各點的力是連續(xù)分布于物體內(nèi)部各點的力如物體的自重和慣性力如物體的自重和慣性力面積力面積力: :如油缸內(nèi)壁的壓力，水壩受如油缸內(nèi)壁的壓力，水壩受到的水壓力等均為分布力

16、到的水壓力等均為分布力若外力作用面積遠小于物體表若外力作用面積遠小于物體表面的尺寸，可作為作用于一點面的尺寸，可作為作用于一點的集中力。如火車輪對鋼軌的的集中力。如火車輪對鋼軌的壓力等壓力等按按時時間間分布力：分布力：集中力：集中力：靜載：靜載：（static load）動載：動載：（dynamic load）緩慢加載（緩慢加載（a0a0）快速加載（快速加載（a0a0），或沖擊加載），或沖擊加載四、外力及其分類四、外力及其分類 ：1.內(nèi)力內(nèi)力（internal force）由于外部原因（載荷、溫度變化等）引起的同一物體不同部分由于外部原因（載荷、溫度變化等）引起的同一物體不同部分之間相互作用力

17、的改變量受力構(gòu)件內(nèi)相鄰兩部分間的相互作用之間相互作用力的改變量受力構(gòu)件內(nèi)相鄰兩部分間的相互作用力，稱為內(nèi)力。力，稱為內(nèi)力。 內(nèi)力完全由外力引起，并隨著外力改變而改變； 這個力若超過了材料所能承受的極限值，桿件就要在 m-m 面處斷裂； 內(nèi)力反映了材料對外力有抗力，并傳遞外力。 1） 內(nèi)力的概念構(gòu)件因受力作用而變形，其內(nèi)部各部分（各點）之間因相構(gòu)件因受力作用而變形，其內(nèi)部各部分（各點）之間因相對位置改變而引起的相互作用力。對位置改變而引起的相互作用力。五、內(nèi)力五、內(nèi)力、截面法截面法及應(yīng)力的概念及應(yīng)力的概念2.2.求內(nèi)力的方法截面法求內(nèi)力的方法截面法1 1、切、切2 2、拋、拋3 3、代、代4 4

18、、平、平mm1F2F5F4F3F1F2F5F4F3FP PP Pm mm mm mm mP PP PmmmmF FS SM MF FF FaaFaMFFS、(Normal Stress)(Shearing Stress) 。：dAdPAPpAlim0應(yīng)力的國際單位為應(yīng)力的國際單位為Pa 1N/mPa 1N/m2 2= 1Pa= 1Pa（帕斯卡）（帕斯卡） 1MPa = 10 1MPa = 106 6Pa 1GPa = 10Pa 1GPa = 109 9PaPa五五F FC CD DE E位移位移線位移線位移角位移角位移變形變形線變形線變形角變形角變形A AA AECDDCECDDCC CD DE EAA 4 4、變形及應(yīng)變變形及應(yīng)變。dsdususlim0002limNMLMLMN：。：n2、構(gòu)件分類、構(gòu)件分類桿件板殼快體構(gòu)件的分類：構(gòu)件的分類：桿件、板殼桿件、板殼* *、塊體、塊體* *六、六、構(gòu)件的分類構(gòu)件的分類 桿件的基本變形桿件的基本變形六六桿件：桿件：直桿：直桿：折桿：折桿：曲桿：曲桿：等截面直桿、變截面直桿等截面直桿、變截面直桿等截面折桿、變截面折桿等截面折桿、變截面折桿* *等截面曲桿、