材料力學(xué)第5版(孫訓(xùn)方編)第一章

1、材料力學(xué)(ci lio l xu)共七十五頁主要(zhyo)參考教材1、孫訓(xùn)方主編. 材料力學(xué)(ci lio l xu)(I).第5版. 高等教育出版社2、劉鴻文主編. 材料力學(xué)I.第4版. 高等教育出版社3、單輝祖主編. 材料力學(xué)I.第2版. 高等教育出版社第一章 緒論及基本概念 共七十五頁材料力學(xué)研究(ynji)什么？ 材料力學(xué)主要研究桿件的強度、剛度和穩(wěn)定性等問題，以理論分析為基礎(chǔ)，將工程實際問題提煉成力學(xué)問題（即力學(xué)建模），從而進(jìn)行求解的能力以及實驗技能，發(fā)揮其他課程不可替代的綜合素質(zhì)教育作用，為后續(xù)(hux)課程的學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。共七十五頁理論(lln)力學(xué)材料力學(xué)(ci lio

2、 l xu)研究物體機械運動一般規(guī)律的科學(xué)剛體研究構(gòu)件承載能力的科學(xué)可變形固體共七十五頁共七十五頁第一章 緒論(xln)及基本概念 1-1 材料力學(xué)(ci lio l xu)的任務(wù)1-2 材料力學(xué)發(fā)展概述1-3 可變形固體的性質(zhì)及其基本假設(shè)1-4 主要研究對象（桿件）的幾何特性1-5 桿件變形的基本形式共七十五頁1-1 課程(kchng)概述材料力學(xué)的任務(wù)一、材料力學(xué)的任務(wù)及研究(ynji)對象 材料力學(xué)是研究 工程材料的力學(xué)行為 及構(gòu)件安全工作設(shè)計理論 的學(xué)科。 工程材料的力學(xué)行為通常理解為材料在受載時所表現(xiàn)出來的有關(guān)破壞、變形的行為。 構(gòu)件安全工作設(shè)計理論是在保證構(gòu)件安全工作的前提下，為構(gòu)

3、件選用合理的材料。設(shè)計科學(xué)、合理的形狀和截面尺寸，使設(shè)計達(dá)到既安全又經(jīng)濟的要求。第一章 緒論及基本概念 共七十五頁荷載：結(jié)構(gòu)物和機械受到的各種( zhn)外力構(gòu)件：組成結(jié)構(gòu)物和機械的單個組成部分第一章 緒論(xln)及基本概念 每一個構(gòu)件均應(yīng)正常工作，才能保證結(jié)構(gòu)物和機械的正常工作。共七十五頁二、對構(gòu)件在荷載作用(zuyng)下正常工作的要求 、具有足夠的強度荷載作用下，構(gòu)件不至于破壞(phui)（斷裂、或失效即產(chǎn)生過大的塑性變形） 、具有足夠的剛度荷載作用下，彈性變形不超過工程允許范圍 、滿足穩(wěn)定性的要求構(gòu)件在其原有形態(tài)下的平衡應(yīng)保持為穩(wěn)定的平衡第一章 緒論及基本概念 共七十五頁 . 具有足

4、夠的強度荷載作用下不斷裂，荷載去除后不產(chǎn)生(chnshng)過大的永久變形(塑性變形)第一章 緒論(xln)及基本概念 FFaFF鋼 筋b橋梁簡圖鋼筋用于承載拉應(yīng)力共七十五頁 美國的Tacoma老橋于1940年11月7日因風(fēng)力引起的振動(zhndng)而產(chǎn)生斷裂第一章 緒論(xln)及基本概念 共七十五頁強度(qingd)問題：垮塌(ku t)后的彩虹橋 1999年1月4日，我國重慶市綦江縣彩虹橋發(fā)生垮塌，造成： 40人死亡； 14人受傷； 直接經(jīng)濟損失631萬元。共七十五頁垮塌(ku t)前的彩虹橋共七十五頁荷載未作用時塑形變形(bin xng)示例第一章 緒論(xln)及基本概念 荷載作用

5、下F荷載去除后共七十五頁塑形變形(bin xng)示例第一章 緒論(xln)及基本概念共七十五頁 . 具有足夠的剛度荷載作用下的彈性變形(bin xng)不超過工程允許范圍。荷載未作用時荷載去除后第一章 緒論(xln)及基本概念 荷載作用下F共七十五頁剛度問題：機械加工用的鉆床的立柱，如果強度不夠，就會折斷(斷裂)或折彎(塑性變形)；如果剛度不夠，鉆床立柱即使不發(fā)生斷裂或者折彎，也會產(chǎn)生過大彈性變形（圖中紅線所示為夸大的彈性變形），從而影響鉆孔的精度，甚至(shnzh)產(chǎn)生振動，影響鉆床的在役壽命。共七十五頁剛度(n d)問題：共七十五頁 . 滿足穩(wěn)定性要求(yoqi)荷載作用下桿件能保持原有

6、形態(tài)的平衡。第一章 緒論(xln)及基本概念 理想中心壓桿共七十五頁共七十五頁 穩(wěn)定性問題：穩(wěn)定(wndng)失效的例子多見于承受軸向壓力的工程構(gòu)件。 翻斗貨車的液壓機構(gòu)中的頂桿，如果承受的壓力過大，或者過于細(xì)長，就有可能(knng)突然由直變彎，發(fā)生穩(wěn)定失效。 壓桿共七十五頁 為了(wi le)完成常規(guī)的工程設(shè)計任務(wù)，需要進(jìn)行以下幾方面的工作： 分析并確定構(gòu)件所受各種外力的大小(dxio)和方向。 研究在外力作用下構(gòu)件的內(nèi)部受力、變形和失效的規(guī)律。 提出保證構(gòu)件具有足夠強度、剛度和穩(wěn)定性的設(shè)計準(zhǔn)則與設(shè)計方法。 材料力學(xué)課程就是講授完成這些工作所必需的基礎(chǔ)知識。 材料力學(xué)的主要內(nèi)容與分析模型

7、同時須盡可能合理選用材料和降低材料消耗量，以節(jié)約投資。共七十五頁材料力學(xué)(ci lio l xu)包含的兩個方面理論(lln)分析實驗研究第一章 緒論及基本概念 研究構(gòu)件在載荷作用下變形及破壞的規(guī)律測定材料的力學(xué)性能；解決某些不能全靠理論分析的問題共七十五頁三、材料力學(xué)課程內(nèi)容及基本(jbn)要求總共9章：1、緒論(xln)及基本概念（2課時） 材料力學(xué)的任務(wù)，可變形固體的基本假設(shè)，桿件變形的基本形式。2、軸向拉伸和壓縮（8+2課時） 截面法，軸力和軸力圖，橫截面上的應(yīng)力，縱向變形，線應(yīng)變，拉壓胡克定律，變形和位移的計算，材料拉伸和壓縮時的力學(xué)性質(zhì)，強度條件，應(yīng)力集中的概念。 實驗一：拉伸、壓

8、縮實驗 第一章 緒論及基本概念 共七十五頁3、扭轉(zhuǎn)(6+2課時） 切應(yīng)變，切應(yīng)變互等定律，剪切胡克定律，扭矩與扭矩圖，圓桿扭轉(zhuǎn)時橫截面上的應(yīng)力及強度(qingd)條件，扭轉(zhuǎn)角和單位長度扭轉(zhuǎn)角，剛度條件，矩形截面桿的扭轉(zhuǎn)。 實驗二：扭轉(zhuǎn)實驗 4、彎曲應(yīng)力（10+2課時） 對稱彎曲的概念，剪力和彎矩的概念，剪力方程和彎矩方程，剪力圖和彎矩圖，平面剛架和曲桿的內(nèi)力圖，梁橫截面上的正應(yīng)力、切應(yīng)力以及對應(yīng)的強度條件。 實驗三：彎曲實驗 上半學(xué)期第一章 緒論(xln)及基本概念 共七十五頁5、梁彎曲時的位移（4課時） 梁的變形和位移，撓度和轉(zhuǎn)角(zhunjio)，梁的撓曲線近似微分方程，用積分法求梁的撓度

9、和轉(zhuǎn)角(zhunjio)，用疊加法求梁的撓度和轉(zhuǎn)角(zhunjio)，梁的剛度校核。6、簡單的超靜定問題（3課時） 拉壓超靜定問題，裝配應(yīng)力，溫度應(yīng)力，簡單的扭轉(zhuǎn)超靜定問題，簡單超靜定梁。7、應(yīng)力狀態(tài)和強度理論（7課時） 應(yīng)力狀態(tài)的概念，平面應(yīng)力狀態(tài)的分析，主應(yīng)力，三相應(yīng)力圓，廣義胡克定律，強度理論及其相當(dāng)應(yīng)力，莫爾強度理論及其相當(dāng)應(yīng)力。第一章 緒論(xln)及基本概念 共七十五頁8、組合變形及連接部分的計算（6課時） 兩個互相垂直平面內(nèi)彎曲時的正應(yīng)力強度計算和位移計算，平面彎曲的條件，拉伸（壓縮）與彎曲組合時正應(yīng)力強度計算和位移計算（含偏心拉伸與壓縮），扭轉(zhuǎn)與彎曲的組合，連接件的實用計算（普

10、通(ptng)螺栓連接） 實驗四：彎扭組合實驗 9、壓桿穩(wěn)定（4課時） 壓桿穩(wěn)定的概念，歐拉公式及其適用范圍，桿端約束的影響，強度系數(shù)、相當(dāng)長度、柔度，實際壓桿的穩(wěn)定因數(shù)，壓桿的穩(wěn)定計算和合理截面設(shè)計。附錄I（4課時） 截面幾何性質(zhì)：慣性矩、慣性積，移軸公式。第一章 緒論(xln)及基本概念 共七十五頁四、對學(xué)生的能力的培養(yǎng)(piyng)要求 通過材料力學(xué)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)掌握桿件的強度、剛度以及穩(wěn)定性問題的基本概念、基礎(chǔ)知識和一定的分析(fnx)能力，具有比較熟練的計算能力和一定的實驗?zāi)芰Α５谝徽?緒論及基本概念 共七十五頁1-2 材料力學(xué)發(fā)展(fzhn)概述河北趙州橋(石拱橋)隋朝595-

11、605年建，充分利用石料(shlio)的壓縮強度四川安瀾竹索橋(宋代）建充分利用竹材的拉伸強度， 1964年改為鋼纜承托的索橋第一章 緒論及基本概念 材料力學(xué)的發(fā)展與人類的生產(chǎn)實踐密切相關(guān)共七十五頁 材料力學(xué)(ci lio l xu)與工程密切相關(guān) 上海虹橋國際機場 電影緊急(jnj)迫降共七十五頁 前起落架鎖連桿 安裝螺栓(銷子)意外(ywi)斷裂材料力學(xué)(l xu)與工程密切相關(guān) 共七十五頁飛機(fij)起落架共七十五頁飛機(fij)起落架簡圖共七十五頁 我國的長征(chngzhng)火箭家族材料力學(xué)(ci lio l xu)與工程密切相關(guān) 共七十五頁Space Shuttle Disco

12、very 材料力學(xué)(ci lio l xu)與工程密切相關(guān) 共七十五頁和平號空間站材料力學(xué)(ci lio l xu)與工程密切相關(guān) 共七十五頁國際(guj)空間站材料力學(xué)(ci lio l xu)與工程密切相關(guān) 共七十五頁蛟龍(jiolng)號材料力學(xué)(ci lio l xu)與工程密切相關(guān) 共七十五頁奔馳(bnch)加長版S600 共七十五頁 撐高跳女皇(nhung) 伊辛巴耶娃竹 竿金屬桿碳纖維復(fù)合材料玻璃纖維共七十五頁共七十五頁力學(xué)(l xu)是一種文化?；A(chǔ)力學(xué)教育是一種素質(zhì)教育。材料力學(xué)(ci lio l xu)與工程密切相關(guān) 共七十五頁通過科學(xué)實驗(k xu sh yn)建立理論伽

13、利略(G.Galileo)1638年提出計算(j sun)梁強度的公式胡克(R.Hooke)1678年提出胡克定律（物體彈性變形與所受力成正比）第一章 緒論及基本概念 共七十五頁達(dá)芬奇：最早用實驗方法測定材料強度圣維南：圣維南原理(yunl)歐 拉：壓桿穩(wěn)定理論（歐拉公式） 共七十五頁 材料力學(xué)是隨生產(chǎn)的發(fā)展而建立的關(guān)于強度、剛度(n d)和穩(wěn)定性計算的理論。 從生產(chǎn)實踐和科學(xué)實驗中來，并對生產(chǎn)實踐和科學(xué)實驗進(jìn)行指導(dǎo)。生產(chǎn)實踐科學(xué)實驗(k xu sh yn)材料力學(xué)第一章 緒論及基本概念 共七十五頁1-3 可變形固體的性質(zhì)(xngzh)及其基本假設(shè) 材料(cilio)在荷載作用下都會產(chǎn)生變形尺

14、寸改變和形狀改變可變形固體。對可變形固體的基本假設(shè)： 、連續(xù)性假設(shè) 、均勻性假設(shè) 、各向同性假設(shè) 、小變形假設(shè)第一章 緒論及基本概念 共七十五頁. 連續(xù)性假設(shè)(jish)無空隙、密實連續(xù)。(1) 從受力構(gòu)件內(nèi)任意(rny)取出的體積單元內(nèi)均不含空隙； (2) 變形必須滿足幾何相容條件，變形后的固體內(nèi)既無“空隙”，亦不產(chǎn)生“擠入”現(xiàn)象。 可用微積分?jǐn)?shù)學(xué)工具進(jìn)行研究據(jù)此：共七十五頁 . 均勻性假設(shè)各點處材料的力學(xué)性能相同。物體內(nèi)任意(rny)一點出取出的體積單元，其力學(xué)性能都能代表整個物體。第一章 緒論(xln)及基本概念 共七十五頁球墨鑄鐵的 顯微組織 微觀不連續(xù)(linx) ，宏觀連續(xù)(lin

15、x) 。共七十五頁普通鋼材的 顯微組織 微觀不連續(xù)(linx) ，宏觀連續(xù)(linx) 。共七十五頁高分子材料 微觀(wigun)結(jié)構(gòu)共七十五頁第一章 緒論(xln)及基本概念 .各向同性假設(shè)材料沿各個方向的力學(xué)性能相同（這樣(zhyng)的材料稱為各向同性材料；沿各方向的力學(xué)性質(zhì)不同的材料稱為各向異性材料。）共七十五頁 小變形假設(shè)構(gòu)件在承受荷載作用時，其變形與構(gòu)件的原始尺寸相比甚小，甚至可以略去不計（分析壓桿穩(wěn)定時除外）。在研究構(gòu)件的平衡(pnghng)、受力和變形時，可按構(gòu)件原始尺寸進(jìn)行計算。共七十五頁構(gòu)件(gujin)的分類：桿件、板殼*、塊體*1-4 桿件的幾何(j h)特性桿件：構(gòu)件

16、一個方向的尺寸（長度）遠(yuǎn)大于其它兩個方向的尺寸。 板和殼：構(gòu)件一個方向的尺寸（厚度）遠(yuǎn)小于其它兩個方向的尺寸。塊件：三個方向（長、寬、高）的尺寸相差不多的構(gòu)件 共七十五頁共七十五頁按軸線(zhu xin)分：直桿、曲桿主要幾何因素(yn s)：橫截面、軸線按橫截面分：等截面桿和變截面桿第一章 緒論及基本概念 桿 件材料力學(xué)主要研究等截面直桿共七十五頁1-5 桿件變形的基本(jbn)形式1、軸向拉伸或軸向壓縮(y su)2、剪切3、扭轉(zhuǎn)4、彎曲第一章 緒論及基本概念 共七十五頁1、拉伸(l shn)或壓縮實例共七十五頁軸向拉伸(l shn)或壓縮受力特征(tzhng)變形特征共七十五頁2、剪切實

17、例(shl)共七十五頁共七十五頁剪切受力特征(tzhng)變形特征共七十五頁3、扭轉(zhuǎn)(nizhun)實例共七十五頁扭轉(zhuǎn)(nizhun)受力特征(tzhng)變形特征共七十五頁4、彎曲(wnq)實例共七十五頁彎曲(wnq)受力特征(tzhng)變形特征共七十五頁 工程中常用構(gòu)件(gujin)在荷載作用下，大多為幾種基本變形形式的組合組合變形。煙囪(壓縮+橫力彎曲)齒輪傳動軸(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)第一章 完第一章 緒論(xln)及基本概念 共七十五頁主要內(nèi)容： 一、對構(gòu)件在荷載作用下正常工作的要求：剛度、強度、穩(wěn)定性。 彈性變形與塑性變形的定義與區(qū)

18、別。 二、可變形固體的基本假設(shè)：連續(xù)性、均勻性、各向同性，以及(yj)小變形假設(shè)。 三、桿件變形的基本形式：軸向拉伸或壓縮、剪切、扭轉(zhuǎn)、彎曲。基本要求： 明確剛度、強度、穩(wěn)定性要求的概念；理解可變形固體基本假設(shè)的意義及其合理性；初步了解桿件變形的基本形式。本章(bn zhn)小結(jié)：共七十五頁趙州橋 世界上現(xiàn)存最早、跨度最大的空腹式單孔圓弧拱石橋。位于中國河北省趙縣，跨洨水。原名安濟橋，俗稱(s chn)大石橋。隋開皇十五年至大業(yè)元年(595605年)由匠人李春修建。凈跨 37.02 m，矢高7.23 m，橋面寬9 m。拱由28券(窄拱)并列組成。大拱券上兩端各建有兩個小拱(凈跨分別為2.85

19、m和3.81 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。1961年定為中國全國重點文物保護(hù)單位。第一章 緒論(xln)及基本概念 共七十五頁安瀾索橋 安瀾索橋是國家重點文物保護(hù)單位，相傳始建于李冰建都江堰的戰(zhàn)國末期，宋代時重建。歷史上這座橋曾毀壞過幾次，當(dāng)時的政府均馬上加以(jiy)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340 m,寬1.4 m ，高13 m。第一章 緒論(xln)及基本概念 共七十五頁胡克(h k)（Hooke Ro

20、bert,16351703年) 胡克1635年出生于英格蘭懷特島清水村,1653年到牛津大學(xué)作工讀生。 1655年成為玻意耳的助手，由于他的實驗才能，1662年被任命為皇家學(xué)會的實驗主持人，1663年獲碩士學(xué)位，同年被選為皇家學(xué)會正式會員，又兼任了學(xué)會陳列室管理員和圖書管理員。1665年任格雷姆學(xué)院幾何學(xué)教授，16671683年任學(xué)會秘書并負(fù)責(zé)(fz)出版會刊。1703年在倫敦逝世。 17世紀(jì)英國優(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)計者，在當(dāng)時是無與倫比的。第一章 緒論及基本概念 共七十五頁 1665年，胡克提出了光的波動學(xué)說，將光振動的傳播同水波的傳播相比較。1672年，他進(jìn)一步指出，光振動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)(qurn)光現(xiàn)象隨著云母片厚度的變化而變化。 胡克根據(jù)彈簧實驗的結(jié)果(ji gu)，于1678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年，胡克根據(jù)修正的慣性原理，以及離開太陽的離心力同向著太陽的吸引力之間的平衡，提出了行星運動的理論。 胡克的主要著作有顯