材料力學(xué)第一章緒論

授課教師：王華慶Dr.&Prof.MechanicsofMaterials材料力學(xué)科技大廈208010-64443037wanghq_buct斷及自愈工程研究中心（DSE）機(jī)械基礎(chǔ)系力學(xué)教研室王華慶

材料力學(xué)是一門(mén)很重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，它與機(jī)械、土建、航空、交通水利等工程密切相關(guān)，他在基礎(chǔ)課和專(zhuān)業(yè)課之間起著橋梁作用.考研專(zhuān)業(yè)課必須要學(xué)好材料力學(xué)(WemuststudyMathematicsofMaterialshard)1數(shù)學(xué)物理學(xué)理論力學(xué)其他入門(mén)材料力學(xué)建筑材料建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)力學(xué)彈性力學(xué)機(jī)械零件機(jī)械原理其他教學(xué)要求等事宜

幾條建議：1、正確理解和掌握基本概念；2、熟練掌握基本定理和公式；3、課后及時(shí)看書(shū)復(fù)習(xí)，注意歸納總結(jié)；4、認(rèn)真、及時(shí)地完成課后作業(yè)；5、有問(wèn)題及時(shí)答疑。一定要自己做！

作業(yè)要求認(rèn)真；書(shū)寫(xiě)整潔、條理清楚；

作業(yè)的批改:批改二分之一的作業(yè)。

“缺交作業(yè)”

成績(jī):平時(shí)占20

；期末考試占80劉鴻文

浙江大學(xué)教授《材料力學(xué)》第二版于1987年被評(píng)為全國(guó)高等學(xué)校優(yōu)秀教材獲國(guó)優(yōu)獎(jiǎng)?！恫牧狭W(xué)》第三版于1997年獲國(guó)家級(jí)教學(xué)成果一等獎(jiǎng)，并獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。

參考書(shū)書(shū)名均為“材料力學(xué)”1孫訓(xùn)方主編；2單輝祖主編（北航、西工大、南航）3范欽珊主編（清華大學(xué)），等等。

教材《材料力學(xué)》第五版本課件的資源與內(nèi)容直接或間接地源自（1）互聯(lián)網(wǎng)（2）部分同行的相關(guān)課件根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行了調(diào)整與編輯，目的謹(jǐn)為教學(xué)交流之用，版權(quán)歸原作者所有，特向版權(quán)所有者表示誠(chéng)摯感謝！特別說(shuō)明MechanicsofMaterials材料力學(xué)第一章緒論Chapter1Preface

20世紀(jì)以前,在力學(xué)知識(shí)的積累、應(yīng)用和完善的基礎(chǔ)上，逐漸形成和發(fā)展起來(lái)的蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、鐵路、橋梁、艦船、兵器等大型工業(yè)推動(dòng)了近代科學(xué)技術(shù)和社會(huì)的進(jìn)步。引言

十七世紀(jì)前后十九世紀(jì)初

20世紀(jì)，一些高科技及其在各工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用與力學(xué)的指導(dǎo)密不可分.高層建筑高層建筑海洋石油鉆井平臺(tái)車(chē)輛與機(jī)械道路與造橋大型橋梁的強(qiáng)度剛度穩(wěn)定性問(wèn)題澳門(mén)橋上海南浦大橋我國(guó)著名橋梁南京長(zhǎng)江大橋大型水利工程設(shè)施

大量中、外力學(xué)專(zhuān)家為力學(xué)的發(fā)展作出了突出的貢獻(xiàn),這里只簡(jiǎn)單介紹部分力學(xué)專(zhuān)家.伽利略（1564-1642）創(chuàng)建了材料力學(xué)近代實(shí)驗(yàn)科學(xué)的先驅(qū)者，是意大利文藝復(fù)興后期偉大的天文學(xué)家、力學(xué)家、哲學(xué)家、物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家。也是近代實(shí)驗(yàn)物理學(xué)的開(kāi)拓者，被譽(yù)為“近代科學(xué)之父”?！案鐐惒及l(fā)現(xiàn)了新大陸，伽利略發(fā)現(xiàn)了新宇宙”

達(dá)芬奇說(shuō)：力學(xué)是數(shù)學(xué)的樂(lè)園，因?yàn)槲覀冊(cè)谶@里獲得了數(shù)學(xué)的果實(shí)。意大利文藝復(fù)興三杰之一（達(dá)芬奇、拉斐爾、米開(kāi)朗基羅），也是整個(gè)歐洲文藝復(fù)興時(shí)期最完美的代表。美術(shù)家、雕塑家、建筑家、工程師、科學(xué)家、科學(xué)巨匠、文藝?yán)碚摷?、大哲學(xué)家、詩(shī)人、音樂(lè)家、和發(fā)明家.連通器原理、預(yù)示了物質(zhì)的原子原理、發(fā)現(xiàn)了血液的功能、發(fā)明了簧輪槍、子母彈、三管大炮、坦克車(chē)、浮動(dòng)雪鞋、潛水服及潛水艇、雙層船殼戰(zhàn)艦、撲翼飛機(jī)和直升機(jī)。

科學(xué)巨匠達(dá)·芬奇他實(shí)驗(yàn)工作方法為伽利略、開(kāi)普勒、牛頓、愛(ài)因斯坦等人的發(fā)明創(chuàng)造開(kāi)辟了新的道路。古希臘西西里島的敘拉古國(guó)，阿基米德（公元前287-212年）杠桿定律、阿基米德定律、阿基米德螺線、表示大數(shù)方法、設(shè)計(jì)了滑輪多種機(jī)械、建立了“靜力學(xué)”，提出了重心等概念、微積分的鼻祖。。。。。。。他的著作在1544年翻譯成拉丁文后，才鼓舞像伽利略這樣的科學(xué)家，沿著他的方向進(jìn)行新的探索！唯一一位與現(xiàn)代相通的古人！四年一度的菲爾茲獎(jiǎng)獎(jiǎng)?wù)抡鏋槠漕^像。阿基米德塑像現(xiàn)身科學(xué)，忠于祖國(guó)第一章緒論

(Preface)

§1-1

材料力學(xué)的任務(wù)及研究對(duì)象(Thetasksandresearchobjectsof

mechanicsofmaterials)

§1-2

變形固體的基本假設(shè)(Thebasicassumptionsofdeformablebody)§1-3

力、應(yīng)力和應(yīng)變的基本概念(Basicconceptsofforce、stressand

strain)§1-4

桿件變形的基本形式

(Thebasicformsofdeformation)§1-1

材料力學(xué)的任務(wù)及研究對(duì)象

Thetasksandresearchobjectsof

mechanicsofmaterials一、任務(wù)

(task)材料力學(xué)是研究構(gòu)件承載能力的一門(mén)學(xué)科。

承載能力

(carryingcapacity)

強(qiáng)度（strength)

剛度（stiffness)穩(wěn)定性（stability)材料力學(xué)的任務(wù)

在滿(mǎn)足強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性的要求下，以最經(jīng)濟(jì)的代價(jià)，為構(gòu)件確定合理的形狀和尺寸，選擇適宜的材料，而提供必要的理論基礎(chǔ)和計(jì)算方法。

Undertherequestthatthestrength,rigidity,stabilityaresatisfied,offerthenecessarytheoreticalfoundationandcalculationmethodfordeterminingreasonableshapesanddimensions,choosingpropermaterialsforthecomponentsatthemosteconomicprice.1、強(qiáng)度（strength)構(gòu)件抵抗破壞的能力

飛行器前起落架鎖連桿安裝螺栓(銷(xiāo)子)發(fā)生斷裂。一個(gè)方面的原因：材料強(qiáng)度問(wèn)題2、剛度

構(gòu)件抵抗變形的能力。(stiffness):構(gòu)

件

保

持

原

有

平

衡

狀

態(tài)

的

能

力3、穩(wěn)定性（stability)2/4/202340走鋼絲的平衡穩(wěn)定性問(wèn)題構(gòu)

件

保

持

原

有

平

衡

狀

態(tài)

的

能

力3、穩(wěn)定性（stability)案例1、上世紀(jì)初，享有盛譽(yù)的美國(guó)橋梁學(xué)家?guī)彀?TheodoreCooper)在圣勞倫斯河上建造魁比克大橋(QuebecBridge)1907年8月29日，發(fā)生穩(wěn)定性破壞,85位工人死亡,成為上世紀(jì)十大工程慘劇之一.失穩(wěn)破壞案例(buckingexamples)明石海峽大橋（日本）

主跨：1991米大型橋梁承力柱橋面拉桿纜索江陰長(zhǎng)江大橋江陰長(zhǎng)江大橋纜索長(zhǎng)度可調(diào)的拉桿防撞護(hù)欄江陰長(zhǎng)江大橋的纜索大型橋梁海洋石油鉆井平臺(tái)二、研究對(duì)象(researchobjects)1、構(gòu)件(element)2、構(gòu)件的分類(lèi)(classificationofelements)板(plate)殼(shell)塊體(body)(bar)

材料力學(xué)以“梁、桿”為主要研究對(duì)象（themainresearchobjectiveinmechanicsofmaterialsincludeaxially-loadedbars,shafts,beams,andcolumns)工程中多為梁、桿結(jié)構(gòu)

§1-2

變形固體的基本假設(shè)

(Thebasicassumptionsofdeformablebody)

一、連續(xù)性假設(shè)

(continuityassumption)物質(zhì)密實(shí)地充滿(mǎn)物體所在空間，毫無(wú)空隙。

二、均勻性假設(shè)（homogenizationassumption)

物體內(nèi)，各處的力學(xué)性質(zhì)完全相同。

三、各向同性假設(shè)（isotropyassumption)

組成物體的材料沿各方向的力學(xué)性質(zhì)完全相同。

四、小變形假設(shè)（neglectingdeformationassumption)材料力學(xué)所研究的構(gòu)件在載荷作用下的變形與原始尺寸相比甚小，故對(duì)構(gòu)件進(jìn)行受力分析時(shí)可忽略其變形。

課間休息一、外力（externalforce)1、按作用方式分體積力

（bodyforce)

表面力(surfaceforce)

集中力(concentratedforce)

分布力(distributedforce)2、按隨時(shí)間變化分靜載荷（staticload)

動(dòng)載荷

(dynamicload)交變載荷（alternateload)

沖擊載荷（impactload)§1-3

力、應(yīng)力、應(yīng)變的基本概念(Basicconceptsofforce,stressandstrain)

1、定義：

指由外力作用所引起的、物體內(nèi)相鄰部分之間相互作用力（附加內(nèi)力）。二、內(nèi)力（internalforce)mm2、內(nèi)力的求法——截面法

(methodofsections)步驟

(proceduresforanalysis)①截開(kāi)在所求內(nèi)力的截面處，假想地用截面將桿件一分為二。mmmmmm②代替

任取一部分，其棄去部分對(duì)留下部分的作用，用作用在截面上相應(yīng)的內(nèi)力（力或力偶；主矢、主矩）代替。

③平衡

對(duì)留下的部分建立平衡方程，根據(jù)其上的已知外力來(lái)計(jì)算桿在截開(kāi)面上的未知內(nèi)力（此時(shí)截開(kāi)面上的內(nèi)力對(duì)所留部分而言是外力）。mmmmmm例1鉆床書(shū)例(1.1)已知：P。求：截面m-m上的內(nèi)力。解：

截面m-m將鉆床截為兩部分，取上半部分為研究對(duì)象受力如圖NQM①截開(kāi)②代替③平衡三、應(yīng)力（stress)1、定義

(definition)：由外力引起的內(nèi)力的集度（theintensityofinternalforcebyexternalloads)。FAM

2、應(yīng)力的表示①平均應(yīng)力

(meanstress)②全應(yīng)力（總應(yīng)力）

(totalstress)

③全應(yīng)力分解為pM

垂直于截面的應(yīng)力稱(chēng)為“正應(yīng)力”

(ThestressactingnormaltosectioniscalledtheNormalStress)

位于截面內(nèi)的應(yīng)力稱(chēng)為“切應(yīng)力”(ThestressactingtangenttosectioniscalledtheShearStress)應(yīng)力的單位：N/m2， Pa(帕斯卡)MPa, GPa工程單位：換算關(guān)系：四、變形和應(yīng)變（deformationandstrain)1、變形（deformation）在外力作用下物體形狀和尺寸發(fā)生改變2、應(yīng)變

（strain)度量構(gòu)件一點(diǎn)處的變形程度

平均線應(yīng)變（meannormalstrain)緒論(preface)2.角應(yīng)變或切應(yīng)變

（shearingstrain)1.線應(yīng)變

(normalstrain)緒論(preface)切應(yīng)變的單位為弧度應(yīng)變和切應(yīng)變均為無(wú)量綱的量例2:已知：薄板的兩條邊固定，變形后a'b,a'd仍為直線。求：ab邊的m和ab,ad

兩邊夾角的變化。解：250200adcba'0.025gab,ad

兩邊夾角的變化:即為切應(yīng)變。軸向拉伸(axialtension)(b)軸向壓縮

(axialcompression)1、軸向拉伸和壓縮(axialtensionandcompression)FFF