材料力學1(緒論)(土木專用)課件

11緒論材料力學2科學的產(chǎn)生和發(fā)展，一開始就由生產(chǎn)決定的。──恩格斯生產(chǎn)發(fā)展（需要）→材料力學產(chǎn)生→推動生產(chǎn)發(fā)展→推動材料力學發(fā)展（互動）我國從古代就善于選擇合理的結構形式和利用材料的力學性能：古典建筑：柱采用各向同性的圓形截面，受壓穩(wěn)定；木梁采用高寬比為3：2的矩形截面，抗彎能力強。都江堰：巧奪天工的水利工程。沒有鋼筋水泥，就地取材：卵石抗壓，楠竹抗拉。造成巨大的欄河壩，灌溉一千多萬畝良田，從秦代至今，歷時兩千年未出過重大事故。

材料力學的發(fā)展簡史3古代，人們設計憑經(jīng)驗、模仿，按比例放大。17世紀前后，伽利略（意大利）指出：如果縮小物體的尺寸，該物體的強度并不按同樣的比例?。汗纺荞W起三只狗，馬難馱起一只馬。即狗、馬的承受能力不同，物體越小，相對強度反而提高。材料力學成為一門正式的學科的標志：《關于兩門新科學的對話和數(shù)學證明》伽利略，1638計算梁的強度的公式（用的是剛體力學）→設計不再是單憑經(jīng)驗，而是有理論指導。5

嚴重事故：1896年瑞士孟汗太因鐵路橋因桁架中的壓桿失穩(wěn)倒塌→壓桿的穩(wěn)定性理論，歐拉（法國數(shù)學家）100多年前就已研究受壓桿的穩(wěn)定理論，當時未引起重視。（強度條件滿足）穩(wěn)定性：保持原有平衡形態(tài)的能力。（材料力學研究任務之三）

庫侖（法國）：扭轉(zhuǎn)切應力羅蒙諾索夫（俄羅斯）：材料力學性能試驗雅各布·伯努利，約翰·

伯努利（瑞士）：虛位移原理拉格朗日（意大利）：虛功原理泊松（法國）：泊松比納維（法國）：第一本《材料力學》出版，18266

材料力學→塑性力學（塑性變形）→斷裂力學（構件中有裂紋）新型材料：復合材料→復合材料力學高分子材料試驗手段：聲、光、電技術計算方法：差分法、有限元法、邊界元法等

發(fā)展7構件的承載能力指構件在載荷作用下抵抗破壞的能力。

指構件在外力作用下抵抗變形的能力。指構件保持其原有平衡狀態(tài)的能力。

強度strength剛度stiffness穩(wěn)定性

stability

強度、剛度、穩(wěn)定性9構件—組成結構的各個部分10塊體構件分類長、寬、高尺寸11桿件※材料力學的研究對象:材料力學以單一的“細長部件即桿件”為主要研究對象材料力學桿件13工程中常見的桿件結構141.1.3材料力學的研究方法理論分析、實驗驗證和計算機仿真相結合：※

實驗需要理論的指導，理論的預測有待于實驗的檢驗?！?/p>

理論無法確定的問題，須借助實驗來解決?！?/p>

隨著計算機技術的發(fā)展，計算機也成為材料力學的研究手段和工具。15?連續(xù)性假設——假設物質(zhì)充滿了整個物體所占據(jù) 的空間（無窮小，微積分）

1.2變形固體的基本假設

?完全彈性假設——彈性是材料在卸載過程中恢復原來狀態(tài)的性質(zhì)，如果構件完全恢復原狀，稱為完全彈性的。線彈性是常見的完全彈性?小變形假設——構件產(chǎn)生的變形相對于原始尺寸 很小微觀不連續(xù)宏觀連續(xù)17

?

均勻性假設——物體在其整個體積內(nèi)材料的 結構和性質(zhì)相同（取單元體，取樣試驗）

?各向同性假設——物體在各個方向具有完全相同的機械性質(zhì)，否則，稱為各向異性

（金屬，木材，竹子）181.3外力及其分類外力是指物體所受到的其它物體對它的作用力1.3.1按其來源分類

※主動力和約束反力

1.3.2按其作用范圍分類表面力----作用于物體表面的力。如：分布力、集中力一般而言，主動力是荷載，約束反力是被動力，是為了阻止物體因荷載作用產(chǎn)生的運動趨勢所起的反作用。

體積力----連續(xù)分布于物體內(nèi)部各點的力。如：重力、慣性力

※

表面力和體積力（單位體積的力）191.3.3按其與時間的關系分類※

靜載荷和動載荷

靜載荷

載荷是由零緩慢地增加到終值，然后保持不變或變化很不明顯的載荷。

動載荷

隨時間發(fā)生顯著變化的載荷，按其變化方式又可分為交變載荷、沖擊載荷等。21內(nèi)力在某一截面上為分布力系，這一分布力系對某點的主矢和主矩稱為該截面上的合內(nèi)力，也簡稱為內(nèi)力。F1F2F3Fn分布內(nèi)力系22

主矢R與主矩M(ResultantForceandResultantMoment)面積A是單位面積上的力合力R合力矩M求分布力系合力和合力矩的一般公式

作用在面積A上的分布力系的主矢與主矩231.4.2截面法平衡：對所取的研究對象利用平衡方程求解截開面上的內(nèi)力。

替代：用截開面上的內(nèi)力替代棄去的另一部分的作用。截開：假想地用一截面將構件沿欲求內(nèi)力處截開一分為二，取其中一部分作為研究對象。

截、代、平25因通過一點，可作出無窮多個截面，故描述給定點處的應力時，不僅要說明其大小，而且還要說明其所在的截面方位（矢量）。截面方位由截面的法線方向所確定。26※

絕對變形=變化后的長度-原始長度※

線應變

是一個無量綱的量。伸長為正，縮短為負。(1.5)※

相對變形=

絕對變形/原始長度1.5線應變與切應變27※切應變(shearstrain)當構件發(fā)生變形后，上述正六面體除棱邊的長度發(fā)生改變外，兩條垂直線段之間的夾角也將可能發(fā)生變化，不再保持為直角，這種直角角度的改變量稱為切應變，它也是一個無量綱的量，通常用弧度來度量使直角變小的切應變?yōu)檎?9

1

1.6.1桿件變形的基本形式軸向拉伸作用一對其作用線與直桿軸線重合的外力，大小相等，方向相反。主要變形是長度的改變。30

(b)軸向壓縮31

1

剪切作用一對相距很近的橫向外力，大小相等，方向相反；主要變形是橫截面沿外力作用方向發(fā)生錯動。32

1

彎曲33