材料力學(xué)-緒論

考核:期末70%/期中10%/課堂表現(xiàn)20%課外要求:2倍上課時(shí)間進(jìn)行復(fù)習(xí)/作業(yè),歡迎參與小論文,優(yōu)秀者適當(dāng)附加5-15分作業(yè)(獎(jiǎng)罰10%):要求認(rèn)真獨(dú)立完成,工整,用工具作圖答疑:教學(xué)安排總學(xué)時(shí):64本學(xué)期1-16周緒論Introduction

工程力學(xué)（engineeringmechanics）是解決工程問(wèn)題的力學(xué)，涉及到所有的力學(xué)學(xué)科與工程技術(shù)學(xué)科。本學(xué)期只講靜力學(xué)和材料力學(xué)

?安全與經(jīng)濟(jì)問(wèn)題回憶中學(xué)曾學(xué)過(guò)那些力學(xué)知識(shí)?§1-4本課的研究對(duì)象

§1-2力學(xué)的重要性§1-3力學(xué)的研究方法

§1-1力學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)介§1-5材料力學(xué)的任務(wù)

§1-6材料力學(xué)的基本假設(shè)§1-7材料力學(xué)的基本概念§1-8變形的基本形式試弓定力圖—東漢趙州橋—隋朝(使用至今）

中國(guó)古代有關(guān)力學(xué)的應(yīng)用§1-1力學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)介

中國(guó)古代力學(xué)史的啟示自豪：世界文明發(fā)源地之一遺憾：少有完整科學(xué)理論未來(lái)：科學(xué)再次振興與騰飛

材料力學(xué)在近代的發(fā)展伽利略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)了用實(shí)驗(yàn)觀察——假設(shè)——形成科學(xué)理論的方法胡克的彈性實(shí)驗(yàn)裝置1678年：發(fā)現(xiàn)“胡克定律”伯努利：

得出了有關(guān)梁、柱性能的基礎(chǔ)知識(shí).庫(kù)倫：得到了梁的彎曲正應(yīng)力和圓桿扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力(瑞士)歐拉

主要研究梁的變形：推導(dǎo)出受橫向力的懸臂桿的撓度表達(dá)式;還研究了變截面梁的問(wèn)題、具有初始曲率桿的問(wèn)題討論了壓桿穩(wěn)定問(wèn)題，引入了臨界載荷的概念。(英國(guó))托馬斯.楊(法國(guó))納維定義“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)》(法國(guó))泊松定義“泊松比”(法國(guó))圣維南研究了扭轉(zhuǎn)和彎曲問(wèn)題，提出了“圣維南原理”(烏克蘭)鐵摩辛柯建立“鐵摩辛柯梁”模型研究了圓孔附近的應(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

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。

20世紀(jì)產(chǎn)生的諸多高新技術(shù)，如高層建筑、航空航天器、機(jī)器人、高速列車等許多重要工程是在力學(xué)指導(dǎo)下得以實(shí)現(xiàn)，并不斷發(fā)展完善的。

§1-2力學(xué)的重要性

浦江兩岸上海南浦大橋扭轉(zhuǎn)變形，并不斷振動(dòng)。這是由于風(fēng)力帶來(lái)的顫振和扭轉(zhuǎn)。風(fēng)速等于顫振速度，結(jié)構(gòu)振動(dòng)發(fā)散。塔科馬大橋（TacomaNarrowsBridge）。大橋的施工質(zhì)量是無(wú)可挑剔，為什么？

美俄衛(wèi)星太空相撞2009年02月11日美國(guó)“羅斯?！碧?hào)航母

機(jī)器人技術(shù)1、實(shí)驗(yàn)分析方法：材料的力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)機(jī)測(cè)定不同材料的彈性常數(shù)(例如楊氏模量)、材料的物性關(guān)系?！?-4力學(xué)的分析方法材料試驗(yàn)機(jī)2、計(jì)算機(jī)分析方法－戰(zhàn)斗機(jī)的氣壓分析3、經(jīng)典分析方法：本課程中采用的一些理論計(jì)算方法材料力學(xué)的分析方法是在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，對(duì)于問(wèn)題做一些科學(xué)的假定，將復(fù)雜的問(wèn)題加以簡(jiǎn)化，從而得到便于工程應(yīng)用的理論公式。本課程的研究?jī)?nèi)容有兩類：

一類是剛體的靜力學(xué)；

另一類是研究物體的變形，研究作用在物體上的力與變形之間的關(guān)系。

當(dāng)然，這兩類問(wèn)題并非完全孤立，它們之間有一些交叉?！?-3本課程的研究模型及研究對(duì)象剛體變形體模型：

材料力學(xué)的研究對(duì)象

桿件，簡(jiǎn)單桿系，某些形狀與受力都較簡(jiǎn)單的板殼

桿件：l＞＞b,h軸線橫截面

板殼：t<<a,b中面

桿件的形狀與尺寸由其軸線與橫截面確定。軸線通過(guò)橫截面的形心，橫截面與軸線相互正交。根據(jù)軸線與橫截面的特征，桿件可分為直桿與曲桿，等截面桿與變截面桿等。

討論：僅研究桿件，有何意義？棟梁骨架螺栓

變形：構(gòu)件尺寸與形狀的變化

破壞——顯著的塑性變形和斷裂。§1-5材料力學(xué)的任務(wù)

失穩(wěn)——原有平衡形式的喪失。一、構(gòu)件的響應(yīng)強(qiáng)度問(wèn)題重慶彩虹橋

剛度問(wèn)題咱們做個(gè)變形試驗(yàn)。Tacoma海峽新橋Tacoma海峽大橋1940年破壞毀壞的高壓電線塔穩(wěn)定性問(wèn)題穩(wěn)定性問(wèn)題南京電視臺(tái)腳手架失穩(wěn)強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性問(wèn)題

構(gòu)件的承載能力：

強(qiáng)度—構(gòu)件在外力作用下抵抗破壞的能力；

剛度—構(gòu)件在外力作用下抵抗變形的能力；穩(wěn)定性—構(gòu)件在外力作用下保持原有平衡形式的能力。

構(gòu)件安全工作的基本要求：

具有足夠的強(qiáng)度、剛度與穩(wěn)定性

材料力學(xué)的任務(wù)：

研究構(gòu)件在外力作用下變形、內(nèi)部受力與破壞的規(guī)律，為合理設(shè)計(jì)構(gòu)件提供強(qiáng)度、剛度與穩(wěn)定性分析的基本理論與方法?！?-6材料力學(xué)的基本假設(shè)

連續(xù)性：認(rèn)為材料無(wú)空隙地充滿于整個(gè)構(gòu)件。

均勻性：構(gòu)件內(nèi)每一處的力學(xué)性能相同。

各向同性：構(gòu)件某一處材料沿各個(gè)方向的力學(xué)性能相同。

小變形：構(gòu)件變形大小遠(yuǎn)小于其原始尺寸。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。謝謝各位同學(xué)課堂的參與！

作業(yè)：復(fù)習(xí)所講的內(nèi)容一、外力§1-7材料力學(xué)的基本概念－－外力與內(nèi)力表面力：氣體、液體壓力，接觸壓力。體積力：重力，電磁力等。分布力集中力

作用方式靜載荷：不隨時(shí)間改變或變化很慢。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。

隨時(shí)間變化性質(zhì)

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1111

內(nèi)力分量軸力—FN剪力—FSx,FSy扭矩—Mx彎矩—My，

MzF2F1yxzFSzCFSyFNMzMxMy外力相互平衡內(nèi)力與外力平衡F1F3F2Fn假想截面F1F2F3Fn分布內(nèi)力截面法（平衡的方法）

截面法求內(nèi)力的步驟(切、取、代、平)

1、用假想截面將桿件切開2、取分離體；3、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(畫分離體受力圖)；4、對(duì)分離體建立平衡方程，求得內(nèi)力。1、截面法求內(nèi)力是根據(jù)平衡方程，與材料屬性無(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，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FFF2F12一、正應(yīng)力與切應(yīng)力§1-7材料力學(xué)的基本概念－－應(yīng)力切面上K點(diǎn)的應(yīng)力：

F2ΔAKDFF1ΔFS正應(yīng)力：切應(yīng)力：△A內(nèi)平均應(yīng)力：

應(yīng)力特點(diǎn)1.應(yīng)力p是矢量，思考：與力矢量的區(qū)別與聯(lián)系？？

應(yīng)力單位（Pa－Pascal

帕）（M－Mega

兆）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)力一般不同單向受力純剪切’兩種基本應(yīng)力狀態(tài)二、

單向應(yīng)力、純剪切棱邊長(zhǎng)度改變abb’棱邊夾角改變abb’§1-7材料力學(xué)的基本概念－－應(yīng)變變形的分類正應(yīng)變定義ab線段的平均正應(yīng)變a點(diǎn)沿ab方向的正應(yīng)變切應(yīng)變定義直角bac的改變量——直角bac的切應(yīng)變cc’ab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radabb’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？60059.50ACC’B’B

切應(yīng)變用弧度表示切應(yīng)變與方位相關(guān)切應(yīng)變?yōu)槲Ⅲw相鄰直角邊改變量拉伸或壓縮（tensionorcompression）

當(dāng)桿件兩端承受沿軸線方向的拉力或壓力載荷時(shí)，桿件將產(chǎn)生軸向伸長(zhǎng)或壓縮變形。§1-8變形的基本形式－－