材料力學(xué)A教學(xué)課件：第一章緒 論

1、Page1第一章 緒 論1-1 材料力學(xué)的任務(wù)與研究對(duì)象 1-2 材料力學(xué)的基本假設(shè) 1-3 外力與內(nèi)力 1-4 應(yīng)力 1-5 應(yīng)變 1-6 胡克定律 Page2 材料力學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史 中國(guó)古代有關(guān)材料力學(xué)的應(yīng)用1-1 材料力學(xué)的任務(wù)與研究對(duì)象 試弓定力圖東漢趙州橋隋朝(使用至今）Page3 材料力學(xué)在近代的發(fā)展伽利略像1638年：材料力學(xué)的開端關(guān)于兩種新科學(xué)的對(duì)話開創(chuàng)了用系統(tǒng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)與觀察的方法進(jìn)行研究Page4胡克的彈性實(shí)驗(yàn)裝置1678年：發(fā)現(xiàn)“胡克定律”雅各布.伯努利，馬略特： 得出了有關(guān)梁、柱性能的基礎(chǔ)知識(shí)，并研究了材料的強(qiáng)度性能與其它力學(xué)性能。庫(kù)倫：得到了梁的彎曲正應(yīng)力和圓桿扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的

2、正確結(jié)果Page5(瑞士)歐拉像 主要研究梁的變形：曲線的變分法，推導(dǎo)出受橫向力的懸臂桿的撓度表達(dá)式關(guān)于柱的承載力，討論了壓桿穩(wěn)定問(wèn)題，引入了臨界載荷的概念。 還研究了大變形問(wèn)題、變截面梁的問(wèn)題、具有初始曲率桿的問(wèn)題。Page6(瑞士)約翰.伯努利像(意大利)拉格朗日像提出“虛位移原理”闡述了“虛功原理”Page7(英國(guó))托馬斯.楊像(法國(guó))納維像定義“彈性模量”研究了扭轉(zhuǎn)問(wèn)題、梁的彎曲問(wèn)題、提出了解超靜定問(wèn)題的位移法1826年，第一本材料力學(xué)Page8(法國(guó))泊松像定義“泊松比”(法國(guó))圣維南像研究了扭轉(zhuǎn)和彎曲問(wèn)題，提出了“圣維南原理”Page9(烏克蘭)鐵摩辛柯像建立“鐵摩辛柯梁”模型研究

3、了圓孔附近的應(yīng)力集中問(wèn)題，梁板的彎曲振動(dòng)問(wèn)題，薄壁桿件扭轉(zhuǎn)問(wèn)題，彈性系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題等出版了大量力學(xué)教材：材料力學(xué)， 高等材料力學(xué)， 結(jié)構(gòu)力學(xué)， 板殼理論等20多部Page10 材料力學(xué)在現(xiàn)代的發(fā)展19世紀(jì)中葉，鐵路橋梁工程的發(fā)展，大大推動(dòng)了材料力學(xué)的發(fā)展；當(dāng)時(shí)，材料力學(xué)的主要研究對(duì)象為鋼材；20世紀(jì)，各種新型材料(復(fù)合材料、高分子材料等)廣泛應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)水平、計(jì)算方法不斷提高；材料力學(xué)所涉及的領(lǐng)域更加廣闊，它仍在發(fā)展。Page11美國(guó)“西奧多羅斯?！碧?hào)航母 波音737飛機(jī) Page12長(zhǎng)江三峽工程海洋石油鉆井平臺(tái)Page13叉車汽車Page14第四代戰(zhàn)斗機(jī)RLV天地往返深空探測(cè)器深空、高速、高效

4、率微小尺度先進(jìn)客機(jī)長(zhǎng)航時(shí)飛機(jī)旋翼機(jī)無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)高作戰(zhàn)性能大型、高經(jīng)濟(jì)性動(dòng)能武器地地導(dǎo)彈地空導(dǎo)彈精確打擊MAV現(xiàn)代航空航天高科技包含大量力學(xué)問(wèn)題Page15 北航人的成果與材料力學(xué)的應(yīng)用“北京一號(hào)” ，新中國(guó)第一架輕型旅客機(jī)，1958年首飛成功，是北航師生研制的第一項(xiàng)重大成果。Page16“北京二號(hào)”探空火箭，中國(guó)第一枚高空探空火箭，被譽(yù)為“亞洲第一箭” 58年由北航師生研制成功。Page17北航學(xué)生蟬聯(lián)全國(guó)大學(xué)生力學(xué)競(jìng)賽團(tuán)體第一名。2007北航學(xué)生又獲個(gè)人賽全國(guó)第一名 北航在全國(guó)大學(xué)生力學(xué)（理論力學(xué)和材料力學(xué)）競(jìng)賽贏得的榮譽(yù)Page182006年11月1日，北航14位本科生花費(fèi)一年時(shí)間獨(dú)立研制完

5、成的“北航1號(hào)”探空火箭成功升空。這是首枚由中國(guó)大學(xué)生獨(dú)立制作的探空火箭。飛設(shè)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)參加的科研項(xiàng)目M22小型無(wú)人直升機(jī)研制Page19認(rèn)識(shí)知識(shí)繼承與創(chuàng)新的辯證關(guān)系If I have seen further it is by standing on the shoulders of Giants. Bernard（法)牛頓的名言出自12世紀(jì)法國(guó)哲學(xué)家Bernard：如果我看得更遠(yuǎn)一些，那是因?yàn)槲艺驹谇拜吘奕说谋郯蛏?。Page20強(qiáng)度：構(gòu)件抵抗破壞的能力strength 材料力學(xué)的任務(wù)：細(xì)繩粗繩強(qiáng)度問(wèn)題重慶彩虹橋 Page21剛度：構(gòu)件抵抗變形的能力stiffness截面合理設(shè)計(jì)示例埃菲

6、爾鐵塔鐵塔承受風(fēng)載的計(jì)算簡(jiǎn)圖鐵塔變形示意圖Page 22Page23穩(wěn)定性：構(gòu)件保持原有平衡形式的能力鉛筆不倒翁stability細(xì)長(zhǎng)桿PTacoma 海峽大橋1940年破壞原有平衡形式的破壞穩(wěn)定性問(wèn)題Page24Tacoma 海峽新橋Tacoma 海峽大橋1940年破壞Page25毀壞的高壓電線塔穩(wěn)定性問(wèn)題Page26穩(wěn)定性問(wèn)題南京電視臺(tái)腳手架失穩(wěn)單輝祖：材料力學(xué)27失效：廣義破壞，包括斷裂與失穩(wěn)等構(gòu)件安全工作基本條件： 構(gòu)件應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度、剛度與穩(wěn)定性，以保證在規(guī)定的使用條件下，不破壞、不過(guò)大變形與不失穩(wěn)。Page28 材料力學(xué)的任務(wù) 研究構(gòu)件在外力作用下的變形、受力與破壞的規(guī)律，為合理

7、設(shè)計(jì)構(gòu)件提供強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性分析的基本理論與方法。Page29 材料力學(xué)的研究對(duì)象體(body)板(plate)桿(bar/rod)Page30橫截面與軸線相正交；軸線通過(guò)橫截面的形心桿件的幾何要素：橫截面與軸線 桿件種類：直桿與曲桿, 等截面桿與變截面桿Page31板件：薄片狀構(gòu)件中面：厚度平分面板：中面為平面之板件殼：中面為曲面之板件板件薄壁圓筒：圓柱形薄壁殼Page32 材力的主要研究對(duì)象是桿，以及由桿組成的簡(jiǎn)單桿系， 同時(shí)也研究一些形狀與受力均比較簡(jiǎn)單的板與殼。Page33 材料力學(xué)研究材料的宏觀力學(xué)行為關(guān)于材料的基本假設(shè)： 連續(xù)性假設(shè)：認(rèn)為材料無(wú)空隙地充滿于整個(gè)構(gòu)件。 力學(xué)量可以用

8、坐標(biāo)的連續(xù)函數(shù)表示。 均勻性假設(shè)：構(gòu)件內(nèi)每一處的力學(xué)性能相同。 通過(guò)試樣得到的材料性能可用于構(gòu)件的任何部位。 各向同性假設(shè)：構(gòu)件某一處材料沿各個(gè)方向的力 學(xué)性能均相同1-2 材料力學(xué)的基本假設(shè) Page34思考：金屬材料在宏觀、細(xì)觀和微觀是否連續(xù)、均勻與各向同性？鐵碳合金（0.2C%）宏觀：連續(xù)，均勻，各向同性；細(xì)觀：非連續(xù)（微缺陷、微孔洞等）；，非均勻（微夾雜、晶界等）；各向異性（晶粒方位）；微觀：分子原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的非連續(xù)，非均勻，各向異性。Page35鑄鐵模具材料隨放大倍數(shù)增加的細(xì)觀圖像Page36思考：舉例對(duì)比均勻與非均勻、各向同性與各向異性的概念。AxyB均勻性：宏觀A、B 兩點(diǎn)性質(zhì)材

9、料相同；各向異性：x、y方向性質(zhì)不同。Page37一、外力表面力：氣體、液體壓力，接觸壓力體積力：重力，慣性力。分布力集中力靜載荷：不隨時(shí)間改變或變化較慢。動(dòng)載荷：隨時(shí)間顯著變化或使構(gòu)件各質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生 明顯加速度。1-3 外力與內(nèi)力 作用方式 作用時(shí)間Page38 內(nèi)力的求法：截面法內(nèi)力：構(gòu)件內(nèi)部相連各部分之間有相互作用力。二、內(nèi)力與截面法1111Page39FN作用線垂直于所切橫截面并通過(guò)其形心的內(nèi)力分量軸力FSy, FSz作用線位于所切橫截面的內(nèi)力分量剪力Mx矢量垂直于所切橫截面的內(nèi)力偶矩分量扭矩My, Mz 矢量位于所切橫截面的內(nèi)力偶矩分量彎矩內(nèi)力分量Page40 截面法求內(nèi)力的步驟1、用假

10、想截面將桿件切開，得到分離體；2、對(duì)分離體建立平衡方程，求得內(nèi)力。平衡方程：Page411、截面法求內(nèi)力的本質(zhì)是利用平衡方程，與材料屬性，構(gòu)件形狀無(wú)關(guān)；2、內(nèi)力與所處截面有關(guān)，不同的截面，內(nèi)力不同；3、內(nèi)力是作用在切開截面上的連續(xù)分布力，我們利用平衡方程求出的是內(nèi)力的合力或合力矩。 注意：例：求下面兩種情況下，1-1截面上的內(nèi)力。1各向異性材料FFF1F11Page42一、正應(yīng)力與切應(yīng)力1-4 應(yīng)力K點(diǎn)的應(yīng)力： F2F1KDFFS正應(yīng)力：切應(yīng)力：平均應(yīng)力：APage43 應(yīng)力特點(diǎn)1. 應(yīng)力是矢量2. 同一橫截面上，不同點(diǎn)處的應(yīng)力一般不同3. 過(guò)同一點(diǎn)，不同方位截面上的應(yīng)力一般不同 應(yīng)力單位（P

11、aPascal 帕）（MMega 兆）Page44單向受力純剪切 一點(diǎn)處的應(yīng)力狀態(tài)分析方法：取微體二、 單向應(yīng)力、純剪切與切應(yīng)力互等定理僅在微體一對(duì)相互平行的截面上存在正應(yīng)力微體互垂截面上僅存在切應(yīng)力Page45yxz11，dxdydz22，切應(yīng)力互等定理：在微體的互垂截面上，垂直于截面交線的切應(yīng)力數(shù)值相等，方向均指向或離開交線。截面上存在正應(yīng)力時(shí)，互等定理仍成立（請(qǐng)自證）Page46例：求a, b, c面上的切應(yīng)力，并標(biāo)明方向。abc450450Page4747解：1.問(wèn)題分析例 矩形截面桿,正應(yīng)力沿截面高度線性分布,沿寬度均勻分布,st,max=sc,max,求橫截面上的內(nèi)力。 切應(yīng)力t

12、= 0 正應(yīng)力s 分布對(duì) y 軸對(duì)稱 軸力 FN = ? 彎矩 Mz = ?零值內(nèi)力元素 剪力FSy0，F(xiàn)Sz0，扭矩 T0 彎矩 My0Page482.內(nèi)力計(jì)算Page49棱邊長(zhǎng)度改變abb棱邊夾角改變abb1-5 應(yīng)變Page50棱邊長(zhǎng)度改變abbab線段的平均正應(yīng)變a點(diǎn)沿ab方向的正應(yīng)變直角bac的改變量直角bac的切應(yīng)變棱邊夾角改變ccab正應(yīng)變特點(diǎn): 正應(yīng)變是無(wú)量綱量 過(guò)同一點(diǎn)，不同方位的正應(yīng)變一般不同切應(yīng)變?yōu)闊o(wú)量綱量 切應(yīng)變單位為 radPage51思考：某構(gòu)件A點(diǎn)處的 BAC=600,構(gòu)件受力后變成59.50, A點(diǎn)的切應(yīng)變g = 600- 59.50=0.50,是否正確？60059.50ACCBBPage52例:求水平與