材料力學(xué)第一章 緒論

1、12本章內(nèi)容本章內(nèi)容:1 材料力學(xué)的任務(wù)與研究對(duì)象材料力學(xué)的任務(wù)與研究對(duì)象2 材料力學(xué)的基本假設(shè)材料力學(xué)的基本假設(shè)3 外力與內(nèi)力外力與內(nèi)力4 正應(yīng)力與切應(yīng)力正應(yīng)力與切應(yīng)力5 正應(yīng)變與切應(yīng)變正應(yīng)變與切應(yīng)變31. 1 材料力學(xué)的任務(wù)與研究對(duì)象材料力學(xué)的任務(wù)與研究對(duì)象本節(jié)內(nèi)容：本節(jié)內(nèi)容：1 基本概念基本概念2 材料力學(xué)的任務(wù)材料力學(xué)的任務(wù) 3 材料力學(xué)的研究對(duì)象材料力學(xué)的研究對(duì)象4 材料力學(xué)與工程問題材料力學(xué)與工程問題4理論力學(xué)理論力學(xué)變形固體變形固體材料力學(xué)屬材料力學(xué)屬固體力學(xué)固體力學(xué)研究研究剛體剛體，研究研究力力與與運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。的關(guān)系。材料力學(xué)材料力學(xué) 研究研究變形體變形體， 研究研究力力與

2、與變形變形的關(guān)系。的關(guān)系。1 基本概念基本概念l 構(gòu)件構(gòu)件: 工程結(jié)構(gòu)或機(jī)械的工程結(jié)構(gòu)或機(jī)械的各組成部分。各組成部分。51 基本概念基本概念構(gòu)件的分類：構(gòu)件的分類：桿；桿；板、殼體；板、殼體；塊體。塊體。構(gòu)件構(gòu)件: 工程結(jié)構(gòu)或機(jī)械的各組成部分。工程結(jié)構(gòu)或機(jī)械的各組成部分。l 對(duì)構(gòu)件的三項(xiàng)對(duì)構(gòu)件的三項(xiàng)基本要求基本要求u 強(qiáng)度強(qiáng)度構(gòu)件應(yīng)具有足夠構(gòu)件應(yīng)具有足夠的的抵抗破壞抵抗破壞的能的能力。力。u 剛度剛度構(gòu)件應(yīng)具有足夠的構(gòu)件應(yīng)具有足夠的抵抗變形抵抗變形的能力。的能力。6u 剛度剛度構(gòu)件應(yīng)具有足夠的構(gòu)件應(yīng)具有足夠的抵抗變形抵抗變形的能力。的能力。u 穩(wěn)定性穩(wěn)定性構(gòu)件應(yīng)具有足夠的構(gòu)件應(yīng)具有足夠的保持其

3、原有平衡狀態(tài)保持其原有平衡狀態(tài)的能力的能力.2 材料力學(xué)的任務(wù)材料力學(xué)的任務(wù)1）研究構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性；）研究構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性；72 材料力學(xué)的任務(wù)材料力學(xué)的任務(wù)1）研究構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性；）研究構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性；2）研究材料的力學(xué)性能；）研究材料的力學(xué)性能；3）為合理解決工程構(gòu)件設(shè)計(jì)中）為合理解決工程構(gòu)件設(shè)計(jì)中安全性安全性與與經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性之間的矛盾提供力學(xué)方面的依據(jù)。之間的矛盾提供力學(xué)方面的依據(jù)。3 材料力學(xué)的研究對(duì)象材料力學(xué)的研究對(duì)象l桿件：一個(gè)方向的尺寸遠(yuǎn)大于其他兩個(gè)方桿件：一個(gè)方向的尺寸遠(yuǎn)大于其他兩個(gè)方 向的尺寸的構(gòu)件。向的尺寸的構(gòu)件。8材料力學(xué)中，主要研究

4、桿件。材料力學(xué)中，主要研究桿件。軸線為直線的桿軸線為直線的桿: 直桿；直桿；軸線為曲線的桿軸線為曲線的桿: 曲桿；曲桿；橫截面的大小形狀橫截面的大小形狀不變的桿：等截面桿；不變的桿：等截面桿；否則否則: 變截面桿。變截面桿。等截面直桿等截面直桿 等直桿。等直桿。94 材料力學(xué)與工程問題材料力學(xué)與工程問題大量的工程問題需要用到材料力學(xué)的大量的工程問題需要用到材料力學(xué)的理論和方法。理論和方法。101112前起落架鎖連桿安裝螺栓前起落架鎖連桿安裝螺栓( (銷子銷子) )發(fā)生斷裂。發(fā)生斷裂。1314承力柱承力柱橋面橋面拉桿拉桿纜索纜索15纜索纜索長度可調(diào)的拉桿長度可調(diào)的拉桿防撞護(hù)欄防撞護(hù)欄161718

5、H 大型水利工程設(shè)施大型水利工程設(shè)施長長江江三三峽峽工工程程19204 材料力學(xué)的研究方法材料力學(xué)的研究方法新理論、新設(shè)計(jì)、新結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)研究或驗(yàn)證。新理論、新設(shè)計(jì)、新結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)研究或驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)方法在材料力學(xué)中占有實(shí)驗(yàn)方法在材料力學(xué)中占有重要地位重要地位。l 。215 材料力學(xué)與理論力學(xué)等課程的關(guān)系材料力學(xué)與理論力學(xué)等課程的關(guān)系l 與理論力學(xué)的關(guān)系與理論力學(xué)的關(guān)系理論力學(xué)中對(duì)理論力學(xué)中對(duì)剛體模型剛體模型得到的原理和方法，得到的原理和方法，對(duì)材料力學(xué)中的對(duì)材料力學(xué)中的變形體變形體是否可用？是否可用？例如：平衡原理與平衡方法；例如：平衡原理與平衡方法；力系的等效與簡化。力系的等效與簡化。理論力學(xué)是材

6、料力學(xué)的基礎(chǔ)。理論力學(xué)是材料力學(xué)的基礎(chǔ)。理論力學(xué)的研究模型是理論力學(xué)的研究模型是剛體剛體；材料力學(xué)的研究模型是材料力學(xué)的研究模型是變形體變形體。l 材料力學(xué)的后續(xù)課程材料力學(xué)的后續(xù)課程22l 材料力學(xué)的后續(xù)課程材料力學(xué)的后續(xù)課程力學(xué)測試，力學(xué)測試， 機(jī)械原理，機(jī)械原理，復(fù)合材料力學(xué)、復(fù)合材料力學(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),疲勞與斷裂力學(xué)等。疲勞與斷裂力學(xué)等。236 教學(xué)要求等事宜教學(xué)要求等事宜材料力學(xué)材料力學(xué)是一門重要的基礎(chǔ)課，要學(xué)好是一門重要的基礎(chǔ)課，要學(xué)好材料力材料力學(xué)學(xué)必須要必須要下一些功夫下一些功夫。n 幾條建議幾條建議：1、 正確理解和掌握正確理解和掌握基本概念基本概念

7、；2、 熟練掌握熟練掌握基本定理和公式基本定理和公式；3、 課后課后及時(shí)看書復(fù)習(xí)及時(shí)看書復(fù)習(xí)，注意，注意歸納總結(jié)歸納總結(jié)；4、 認(rèn)真、及時(shí)地完成課后作業(yè)認(rèn)真、及時(shí)地完成課后作業(yè)；5、 有問題有問題及時(shí)答疑及時(shí)答疑。一定要自己做一定要自己做！24n 作業(yè)要求作業(yè)要求題目可以不抄，但：題目可以不抄，但： 1 1 必須寫明必須寫明 已知已知 ， ，求，求 。 2 2 原題圖原題圖一定要畫出；一定要畫出； 3 3 解題所需的解題所需的受力圖受力圖、內(nèi)力圖內(nèi)力圖等，一定要等，一定要認(rèn)真畫出。認(rèn)真畫出。n 作業(yè)的批改作業(yè)的批改按規(guī)定，批改三分之一的作業(yè)。按規(guī)定，批改三分之一的作業(yè)。每個(gè)人的作業(yè)都批改，批改

8、三分之一左右的每個(gè)人的作業(yè)都批改，批改三分之一左右的題目。題目。25n “缺交作業(yè)缺交作業(yè)”n 答疑安排答疑安排n 成績成績平時(shí)成績平時(shí)成績 占占 30 30 ； 期末考試期末考試 占占 70 70 n 參考書參考書書名均為書名均為“材料力學(xué)材料力學(xué)”1 1 孫訓(xùn)方孫訓(xùn)方 主編；主編；2 2 劉鴻文劉鴻文 主編主編3 3 范欽珊范欽珊 主編主編 （清華大學(xué)），等等。（清華大學(xué)），等等。261. 2 材料力學(xué)的基本假設(shè)材料力學(xué)的基本假設(shè)在材料力學(xué)中，對(duì)變形固體作如下在材料力學(xué)中，對(duì)變形固體作如下假設(shè)假設(shè)：灰口鑄鐵的顯微組織灰口鑄鐵的顯微組織球墨鑄鐵的顯微組織球墨鑄鐵的顯微組織1. 連續(xù)性連續(xù)性假

9、設(shè)：假設(shè)：認(rèn)為整個(gè)物體所占空間內(nèi)毫無認(rèn)為整個(gè)物體所占空間內(nèi)毫無空隙地充滿物質(zhì)?？障兜爻錆M物質(zhì)。272. 均勻性均勻性假設(shè)：假設(shè)：普通鋼材的顯微組織普通鋼材的顯微組織優(yōu)質(zhì)鋼材的顯微組織優(yōu)質(zhì)鋼材的顯微組織認(rèn)為物體內(nèi)的任何部分，其認(rèn)為物體內(nèi)的任何部分，其力學(xué)性能相同。力學(xué)性能相同。3. 各向同性各向同性假設(shè)：假設(shè)：認(rèn)為物體在各個(gè)不同方向上認(rèn)為物體在各個(gè)不同方向上的力學(xué)性能相同。的力學(xué)性能相同。u 各向異性各向異性283. 各向同性各向同性假設(shè)：認(rèn)為物體內(nèi)在各個(gè)不同方向假設(shè)：認(rèn)為物體內(nèi)在各個(gè)不同方向 上的力學(xué)性能相同。上的力學(xué)性能相同。4.4.小變形小變形假設(shè)：假設(shè)：因此，在因此，在列列平衡方程平衡方

10、程求力時(shí)，可忽略變形，仍求力時(shí)，可忽略變形，仍認(rèn)為認(rèn)為構(gòu)件的變形構(gòu)件的變形極其微小極其微小，比構(gòu)件本身尺寸要小得多比構(gòu)件本身尺寸要小得多。用用變形前變形前的形狀和尺寸。的形狀和尺寸。 原始尺寸原理原始尺寸原理291. 3 外力與內(nèi)力外力與內(nèi)力外力是外部物體對(duì)構(gòu)件的作用力，包括外加載外力是外部物體對(duì)構(gòu)件的作用力，包括外加載荷和約束反力。荷和約束反力。1. 按外力在構(gòu)件表面的分布情況按外力在構(gòu)件表面的分布情況:2. 按外力是否隨時(shí)間變化分為按外力是否隨時(shí)間變化分為：靜載荷靜載荷和和動(dòng)載荷動(dòng)載荷1）分布力：）分布力：2）集中力：）集中力：連續(xù)分布在構(gòu)件表面上某一范圍連續(xù)分布在構(gòu)件表面上某一范圍的力。

11、的力。作用在構(gòu)件上的力可以簡化為作用在構(gòu)件上的力可以簡化為作用于一點(diǎn)處的力。作用于一點(diǎn)處的力。302. 按外力是否隨時(shí)間變化分為：按外力是否隨時(shí)間變化分為：靜載荷靜載荷和和動(dòng)載荷動(dòng)載荷1）靜載荷：）靜載荷：載荷緩慢地由零增加到某一定值載荷緩慢地由零增加到某一定值后，就保持不變或變動(dòng)很不顯著后，就保持不變或變動(dòng)很不顯著的載荷。的載荷。2）動(dòng)載荷：）動(dòng)載荷：動(dòng)載荷又可分為：動(dòng)載荷又可分為：交變載荷交變載荷和和沖擊載荷沖擊載荷。載荷隨時(shí)間而變化。載荷隨時(shí)間而變化。31二二 內(nèi)力與截面法內(nèi)力與截面法1. 內(nèi)力內(nèi)力內(nèi)力內(nèi)力 由于變形引起的物體內(nèi)部的由于變形引起的物體內(nèi)部的附加力附加力。物體受外力作用后，

12、由于變形，其內(nèi)部各點(diǎn)均物體受外力作用后，由于變形，其內(nèi)部各點(diǎn)均會(huì)發(fā)生相對(duì)位移，因而產(chǎn)生相互作用力。會(huì)發(fā)生相對(duì)位移，因而產(chǎn)生相互作用力。322. 截面法截面法為求出內(nèi)力，采用截面法。為求出內(nèi)力，采用截面法。(1)(1)連續(xù)分布力系；連續(xù)分布力系；(2)(2)與外力組成平衡力系。與外力組成平衡力系。33l 內(nèi)力的主矢和主矩內(nèi)力的主矢和主矩以后講內(nèi)力以后講內(nèi)力，就是指內(nèi)力主矢和主矩就是指內(nèi)力主矢和主矩: FR，M。一般是向截面的一般是向截面的形心形心簡化的主矢和主矩。簡化的主矢和主矩。l 內(nèi)力的分量內(nèi)力的分量34主矢主矢主矩主矩xyzNTQyQzMyMzl 內(nèi)力的分量內(nèi)力的分量N 軸力軸力;T 扭矩

13、扭矩;Qy, Qz 剪力剪力;My, Mz 彎矩彎矩 。35l 截面法的步驟截面法的步驟沿截面假想地截開，留下一部分作為研究對(duì)沿截面假想地截開，留下一部分作為研究對(duì)象，棄去另一部分；象，棄去另一部分；用作用于截面上的內(nèi)力代替棄去部分對(duì)留下部用作用于截面上的內(nèi)力代替棄去部分對(duì)留下部分的作用；分的作用；對(duì)留下部分，列平衡方程求出內(nèi)力。對(duì)留下部分，列平衡方程求出內(nèi)力。36l 幾點(diǎn)說明幾點(diǎn)說明對(duì)留下部分，列平衡方程求出內(nèi)力。對(duì)留下部分，列平衡方程求出內(nèi)力。u可任取一部分為研究對(duì)象；可任取一部分為研究對(duì)象； u截面通常是指截面通常是指橫截面橫截面；u 用平衡條件求內(nèi)力時(shí)，可以作力系等效；用平衡條件求內(nèi)力

14、時(shí)，可以作力系等效；u 內(nèi)力的方向可以假設(shè)。內(nèi)力的方向可以假設(shè)。 37例例 1 鉆床鉆床 書例書例(1. 1)已知已知：P。求求： 截面截面m-m上的內(nèi)力。上的內(nèi)力。解：解：用用截面截面m-m將將鉆床截為兩部分，鉆床截為兩部分，取上半部分為研究對(duì)象，取上半部分為研究對(duì)象，受力如圖。受力如圖。列平衡方程列平衡方程:0X0Q0YPN 0)(FOM0MPaPaM NQM38為了表示內(nèi)力在一點(diǎn)處的強(qiáng)度，引入為了表示內(nèi)力在一點(diǎn)處的強(qiáng)度，引入內(nèi)力分布內(nèi)力分布集度集度, ,即即應(yīng)力應(yīng)力的概念。的概念。 avFpAs sa0limAFpA k FA C點(diǎn)的點(diǎn)的k應(yīng)力是應(yīng)力是矢量矢量。 正應(yīng)力正應(yīng)力； 剪應(yīng)力剪

15、應(yīng)力。t tpasinp atcosp1. 4 正應(yīng)力與切應(yīng)力正應(yīng)力與切應(yīng)力39 p k點(diǎn)的點(diǎn)的全全應(yīng)力應(yīng)力。應(yīng)力是應(yīng)力是矢量矢量。s s 正應(yīng)力正應(yīng)力；t t 剪應(yīng)力剪應(yīng)力。s sakt tp應(yīng)力的單位：應(yīng)力的單位：N/m2，Pa (帕斯卡)MPa ,GPaPa,10MPa16Pa10GPa19工程單位：工程單位：2kg/cm換算關(guān)系：換算關(guān)系：MPa10.kg/cm12401. 5 正應(yīng)變與切應(yīng)變正應(yīng)變與切應(yīng)變1. 位移位移1)1)剛性位移：剛性位移：2)2)變形位移變形位移MM取一微正六面體，取一微正六面體，兩種基本變形：兩種基本變形： 單元體單元體。線段線段長度的變化長度的變化, ,

16、線變形線變形。線段間線段間夾角的變化夾角的變化， 角變形角變形。如右圖如右圖MMkabkab(a)(b)412. 應(yīng)變應(yīng)變?yōu)榱硕攘繛榱硕攘孔冃蔚某潭茸冃蔚某潭龋霊?yīng)變的概念。，引入應(yīng)變的概念。變形前長為：變形前長為： s變形后長為：變形后長為： s + u沿沿x方向的變形為：方向的變形為： uka棱邊方向的棱邊方向的平均應(yīng)變平均應(yīng)變：avusl 正應(yīng)變（線應(yīng)變）正應(yīng)變（線應(yīng)變）k點(diǎn)沿ka棱邊方向的棱邊方向的平均應(yīng)變平均應(yīng)變：0limsus 42l 剪應(yīng)變（切應(yīng)變）剪應(yīng)變（切應(yīng)變）切應(yīng)變切應(yīng)變: 變形前互相變形前互相垂直垂直的兩條直線，變形后的兩條直線，變形后用用表示，單位為表示，單位為rad其其直角的改變量直角