材料力學(xué)機自-2013第1章緒論

1、材料力學(xué)Shanghai University材料力學(xué)第一課考試、考核方法 期末考試成績 70 平時成績 30 平時作業(yè) （嚴禁抄作業(yè)） 實驗 課堂練習(xí) 每次上課之前交作業(yè)。 作業(yè)遲交兩周，無效！ 我的聯(lián)系方式：Email: Office: HE206材料力學(xué)第一課任何時候歡迎來辦公室答疑材料力學(xué)第一章 緒論材料力學(xué)第1章 緒論材料力學(xué)的任務(wù)材料力學(xué)第1章 緒論工程力學(xué)、理論力學(xué)、材料力學(xué)結(jié)構(gòu)的整體受力分析每個構(gòu)件的受力分析理論力學(xué)材料力學(xué)每個構(gòu)件的安全和變形分析強度、剛度、穩(wěn)定性材料力學(xué)第1章 緒論理論力學(xué)與材料力學(xué)的區(qū)別？理論力學(xué)材料力學(xué)研究對象：剛體研究內(nèi)容：剛體的運動、受力與平衡不考慮

2、材料本身的變形與破壞。研究對象：變形體研究內(nèi)容：材料在各種受力狀態(tài)下的變形、內(nèi)力和破壞。材料力學(xué)第1章 緒論自然和工程實際中各種各樣的結(jié)構(gòu)物和機械（如機床、起重機、建筑物等）都是由許多基本元件組成的（如梁、柱、軸、板、齒輪等）這些基本元件稱為結(jié)構(gòu)的構(gòu)件或機器的零件 材料力學(xué)的任務(wù)材料力學(xué)第1章 緒論整體結(jié)構(gòu)安全的基礎(chǔ)是各個構(gòu)件、零件應(yīng)具有足夠的承受荷載（外力）的能力簡稱為承載能力 材料力學(xué)的任務(wù)在材料力學(xué)中，對構(gòu)件承載能力（力學(xué)性能）的研究包含以下三個方面的內(nèi)容：強度在載荷作用下構(gòu)件不致于發(fā)生破壞（斷裂、屈服），即構(gòu)件抵抗破壞的能力剛度構(gòu)件的變形不能超過工程上允許的范圍，即構(gòu)件抵抗變形的能力穩(wěn)

3、定性構(gòu)件的原有平衡應(yīng)保持為穩(wěn)定平衡，即構(gòu)件保持原有平衡狀態(tài)的能力材料力學(xué)第1章 緒論 材料力學(xué)的任務(wù)強度 構(gòu)件受力后不發(fā)生破壞或不產(chǎn)生不可恢復(fù)的變形橋梁的鋼索、橋面、立柱等材料力學(xué)第1章 緒論 材料力學(xué)的任務(wù)錄音磁帶強度 構(gòu)件受力后不發(fā)生破壞或不產(chǎn)生不可恢復(fù)的變形結(jié)構(gòu)的破壞（屈服）材料力學(xué)第1章 緒論 材料力學(xué)的任務(wù)強度 構(gòu)件受力后不發(fā)生破壞或不產(chǎn)生不可恢復(fù)的變形材料力學(xué)第1章 緒論 材料力學(xué)的任務(wù)強度 構(gòu)件受力后不發(fā)生破壞或不產(chǎn)生不可恢復(fù)的變形材料力學(xué)第1章 緒論 材料力學(xué)的任務(wù)沖擊載荷引起車輛損壞風(fēng)載下橋的破壞 a Damage (1940, USA)橋梁的風(fēng)致振動材料力學(xué)第1章 緒論 材

4、料力學(xué)的任務(wù)剛度 構(gòu)件的變形不能超過工程上允許的范圍剛度 構(gòu)件的變形不能超過工程上允許的范圍機械加工用的鉆床的立柱強度不夠：折斷(斷裂)或折彎(塑性變形)；剛度不夠：鉆床立柱產(chǎn)生過大變形（圖中虛線所示為夸大的彈性變形），影響鉆孔的精度，甚至產(chǎn)生振動，影響鉆床的在役壽命。 材料力學(xué)第1章 緒論 材料力學(xué)的任務(wù)剛度 構(gòu)件的變形不能超過工程上允許的范圍軸的剛度材料力學(xué)第1章 緒論 材料力學(xué)的任務(wù)穩(wěn)定性構(gòu)件的原有平衡應(yīng)保持為穩(wěn)定平衡受壓桿件的穩(wěn)定性材料力學(xué)第1章 緒論 材料力學(xué)的任務(wù)穩(wěn)定性構(gòu)件的原有平衡應(yīng)保持為穩(wěn)定平衡塔吊中的穩(wěn)定性材料力學(xué)第1章 緒論 材料力學(xué)的任務(wù)穩(wěn)定性構(gòu)件的原有平衡應(yīng)保持為穩(wěn)定平

5、衡強度、剛度、穩(wěn)定性問題材料力學(xué)第1章 緒論 材料力學(xué)的任務(wù)材料力學(xué)第1章 緒論 材料力學(xué)的任務(wù)構(gòu)件設(shè)計安全經(jīng)濟強度穩(wěn)定性滿足剛度要求材料好些截面大些降低成本、節(jié)約資金材料差些截面小些安全與經(jīng)濟之間的矛盾:安全經(jīng)濟矛盾力求合理解決選擇材料設(shè)計截面恰到好處材料力學(xué)第1章 緒論 材料力學(xué)的任務(wù)材料力學(xué)的任務(wù)：在保證構(gòu)件安全可靠的前提下，為構(gòu)件選擇適當(dāng)?shù)牟牧洗_定合理的尺寸、形狀提供必要的理論基礎(chǔ)和計算方法材料力學(xué)第1章 緒論 材料力學(xué)的任務(wù)通過合理設(shè)計材料截面提高材料的承載能力材料力學(xué)第1章 緒論 材料力學(xué)的任務(wù)材料力學(xué)第1章 緒論變形固體的性質(zhì)及基本假定 理想化模型材料力學(xué)第1章 緒論 變形固體的

6、基本假設(shè) 剛體與變形體模型材料力學(xué)第1章 緒論 變形固體的基本假設(shè)FFFFFFFF剛 體變 形 體材料力學(xué)研究的是變形體，而理論力學(xué)研究的是剛體。深刻理解材料的變形，是學(xué)好材料力學(xué)的關(guān)鍵。材料力學(xué)第1章 緒論 變形固體的基本假設(shè)實際材料的物質(zhì)結(jié)構(gòu)是各不相同的金屬具有晶體結(jié)構(gòu)塑料具有長鏈分子結(jié)構(gòu)玻璃由排列規(guī)則的硅原子和氧原子組成微觀上，它們的共同特征為物質(zhì)結(jié)構(gòu)都具有不同程度的孔隙可能含有雜質(zhì)等缺陷材料力學(xué)第1章 緒論 變形固體的基本假設(shè)灰口鑄鐵的顯微組織球墨鑄鐵的顯微組織材料力學(xué)第1章 緒論 變形固體的基本假設(shè)普通鋼材的顯微組織優(yōu)質(zhì)鋼材的顯微組織材料力學(xué)第1章 緒論 變形固體的基本假設(shè)不同成分的

7、納米復(fù)合陶瓷的顯微組織材料力學(xué)第1章 緒論 變形固體的基本假設(shè)高分子材料 微觀結(jié)構(gòu)材料力學(xué)第1章 緒論 變形固體的基本假設(shè)變形固體的三個主要基本假定連續(xù)性假定均勻性假定各向同性假定材料力學(xué)第1章 緒論 變形固體的基本假設(shè)連續(xù)性假定假設(shè)物體在其整個體積內(nèi)充滿物質(zhì)，毫無孔隙，其結(jié)構(gòu)是密實的微觀不連續(xù) 宏觀連續(xù) 材料力學(xué)第1章 緒論 變形固體的基本假設(shè)均勻性假定假設(shè)物體內(nèi)任意部分的單元體具有相同的力學(xué)性質(zhì)在統(tǒng)計平均的意義下，認為物體各個部分的力學(xué)性質(zhì)是相同的微觀不均勻 宏觀均勻 材料力學(xué)第1章 緒論 變形固體的基本假設(shè)各向同性假定假設(shè)物質(zhì)材料沿各個方向的力學(xué)性質(zhì)相同對于某些材料（如金屬），就其微粒（

8、單個晶粒）而言，其力學(xué)性質(zhì)是有方向的在微粒排列是隨機的條件下，按統(tǒng)計平均的觀點，材料中取出的單元體在各個方向呈現(xiàn)相同的力學(xué)性質(zhì)現(xiàn)實世界中，存在著大量非各向同性（即各向異性）的材料，如木材、巖石、還氧樹脂碳纖維等材料力學(xué)第1章 緒論 變形固體的基本假設(shè)在工程中，除特定的目的和用途，一般情況下，構(gòu)件的變形都限制在彈性范圍內(nèi)，因此，常用的另一假定為彈性假設(shè)彈性和塑性變形 物體在外荷載作用下發(fā)生變形，當(dāng)外荷載卸除后，如果材料能恢復(fù)其原有的形狀，這種變形稱為彈性變形，否則稱為塑性變形材料力學(xué)第1章 緒論 變形固體的基本假設(shè)彈性變形（可恢復(fù)性） 海綿瀝青 塑性變形(不可恢復(fù)性）材料力學(xué)第1章 緒論 變形固

9、體的基本假設(shè)構(gòu)件的變形分為兩類：彈性變形外力解除后可恢復(fù)的變形塑性變形（殘余變形）外力解除后不能恢復(fù)的變形材料在彈性變形范圍內(nèi)不存在塑性變形材料在發(fā)生塑性變形時，通常含有彈性變形材料力學(xué)第1章 緒論 變形固體的基本假設(shè)一段直鋼絲的彎曲P施加荷載彈性塑性材料力學(xué)第1章 緒論 變形固體的基本假設(shè) 除上述基本假設(shè)外，材料力學(xué)分析中常用的另一個假定為小變形假設(shè)如果構(gòu)件的變形與其形狀尺寸相比是很小的，則稱這類變形稱為小變形在這類變形中，構(gòu)件的位移（小位移）和應(yīng)變都很小。因此，可在未變形的構(gòu)形中計算靜力平衡問題，從而簡化問題的分析材料力學(xué)第1章 緒論 變形固體的基本假設(shè)例如：兩鉸接直桿的拉伸例如：梁的彎曲

10、FD12F材料力學(xué)第1章 緒論材料力學(xué)的研究對象材料力學(xué)第1章 緒論材料力學(xué)的研究對象工程中的構(gòu)件，形狀多種多樣，按照其幾何特征，一般可分為桿件和板件桿件 指其一個方向的尺寸遠大于其它兩個方向尺寸的構(gòu)件桿件的形狀和尺寸由其軸線與橫截面確定軸線是指通過橫截面形心的線段橫截面是指與桿件軸線方向垂直的截面軸線橫截面材料力學(xué)第1章 緒論材料力學(xué)的研究對象材料力學(xué)研究的主要對象為桿件，即一維結(jié)構(gòu)，并且，通常研究等截面直桿材料力學(xué)第1章 緒論材料力學(xué)的研究對象另外，材料力學(xué)也研究簡單殼體，如液壓缸的氣缸、薄壁鍋爐的筒體，這類結(jié)構(gòu)稱之為薄壁結(jié)構(gòu)材料力學(xué)第1章 緒論桿件變形的基本形式材料力學(xué)第1章 緒論桿件變

11、形的基本形式可以證明，對于小變形、線彈性的材料，其一般變形可由如下四種基本變形組合而成 拉伸、壓縮變形 剪切變形 扭轉(zhuǎn)變形 彎曲變形問題：材料的變形千變?nèi)f化，如何簡單的描述？材料力學(xué)第1章 緒論桿件變形的基本形式拉伸或壓縮（tension or compression） 以軸向伸長和縮短為主要特征的變形形式材料力學(xué)第1章 緒論桿件變形的基本形式剪切(shearing) 在平行于桿橫截面的兩個相距很近的平面內(nèi)，方向相對地作用著兩個橫向力，當(dāng)這兩個力相互錯動并保持二者之間的距離不變時，桿件將產(chǎn)生剪切變形 。材料力學(xué)第1章 緒論桿件變形的基本形式扭轉(zhuǎn)(torsion) 變形前位置變形后位置 以橫截面

12、繞軸線作相對轉(zhuǎn)動為主要特征的變形形式材料力學(xué)第1章 緒論桿件變形的基本形式彎曲(bending) 以軸線變彎為主要特征的變形形式材料力學(xué)第1章 緒論2. 基本概念 外力與內(nèi)力 應(yīng)力 應(yīng)變 胡（虎）克定律 （Hookes law）材料力學(xué)第1章 緒論外力和內(nèi)力材料力學(xué)第1章 緒論外力和內(nèi)力外力 其他構(gòu)件和物體作用在所研究對象上的力按作用方式表面力體積力按分布情況分布力集中力隨時間變化？靜載荷動載荷材料力學(xué)第1章 緒論外力和內(nèi)力內(nèi)力： 構(gòu)件內(nèi)部相連部分之間的相互作用力 由于內(nèi)力是物體內(nèi)部的力，只有將物體假想地截開，并將其顯示地表現(xiàn)出來，才能確定內(nèi)力的大小及其方向材料力學(xué)第1章 緒論外力和內(nèi)力內(nèi)力

13、由于外力作用，構(gòu)件內(nèi)部相連部分之間的相互作用力外力平衡外力與內(nèi)力平衡材料力學(xué)第1章 緒論外力和內(nèi)力幾種內(nèi)力？軸力 作用線垂直所切橫截面 并通過形心的內(nèi)力分量 （與桿件軸線重合）彎矩 矢量位于所切橫截面的 內(nèi)力偶矩分量剪力 作用線位于所切橫截面的 內(nèi)力分量扭矩 矢量沿軸線的內(nèi)力偶矩分量將桿件假想的切開以顯示內(nèi)力，根據(jù)平衡由外力確定內(nèi)力的方法，稱為截面法。材料力學(xué)第1章 緒論外力和內(nèi)力內(nèi)力主矢和內(nèi)力主矩的分解 三個內(nèi)力主矢：三個內(nèi)力主矩：1個為軸力，2個為剪力1個為扭矩，2個為彎矩材料力學(xué)第1章 緒論外力和內(nèi)力例1：圖示桿件，兩端承受載荷F 作用，試分析橫截面m-m上的內(nèi)力。 ?材料力學(xué)第1章 緒

14、論外力和內(nèi)力例2：圖示懸臂梁，自由端承受集中力F，試分析橫截面m-m上的內(nèi)力分量。先分析截面右端桿件再分析截面左端桿件材料力學(xué)第1章 緒論應(yīng) 力材料力學(xué)第1章 緒論應(yīng)力應(yīng)力 內(nèi)力的分布集度當(dāng) 趨近于0時，該點處平均應(yīng)力的極限值：稱為該點的應(yīng)力或總應(yīng)力。正應(yīng)力，沿截面法向的應(yīng)力分量切應(yīng)力，沿截面切向的應(yīng)力分量應(yīng)力：描述某一點處單位面積上力的大小，單位為N/m2常用的應(yīng)力單位有：MPa, GPa正應(yīng)力、切應(yīng)力的單位相同材料力學(xué)第1章 緒論應(yīng)力一點處應(yīng)力狀態(tài)的表示單向應(yīng)力狀態(tài)純剪切材料力學(xué)第1章 緒論應(yīng)力切應(yīng)力互等定理：相互正交的兩截面上，切應(yīng)力數(shù)值相等，方向相向或背離材料力學(xué)第1章 緒論應(yīng) 變材料

15、力學(xué)第1章 緒論應(yīng)變xxxxxxx +(x)正應(yīng)變：微元棱邊單位長度的改變量切應(yīng)變：微元相鄰棱邊所夾直角的改變量 材料力學(xué)第1章 緒論應(yīng)變xx 1. 有正應(yīng)變就一定沒有切應(yīng)變？ 2. 有切應(yīng)變就一定沒有正應(yīng)變？ 思考：材料力學(xué)第1章 緒論應(yīng)變例3：圖示板件ABCD，變形如虛線所示。求棱邊AB與AD的平均正應(yīng)變以及A點處直角BAD的切應(yīng)變。解：棱邊AB長度未改變，故棱邊AD長度改變量為：棱邊AD平均正應(yīng)變：直角BAD的切應(yīng)變：材料力學(xué)第1章 緒論胡 克 定 律 （應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系）71胡克定律 ( Hookes law)1. 正應(yīng)力作用下，材料沿正應(yīng)力作用方向發(fā)生正應(yīng)變。線彈性范圍內(nèi)，正應(yīng)力與正應(yīng)變成正比，即：E：彈性模量，其單位與應(yīng)力一樣，均為 Pa。鋼材與大多數(shù)合金鋼具有相同