材料力學(xué)課件 第1章材料力學(xué)概述

同學(xué)們好請聯(lián)系我我（張競）的聯(lián)系方式電話86914554（O)63992615869119926Email:zj6299@辦公室（答疑）：仰儀中樓212室

增加以知識應(yīng)用、主題設(shè)計作為主的作業(yè)，培養(yǎng)獨立思考與研究問題的能力，避免抄襲。同學(xué)之間多交流問題關(guān)注生活和工程中的力學(xué)問題，獨立思考、培養(yǎng)工程能力、構(gòu)建力學(xué)模型。不要隨意曠課考試卷面成績100，占總成績的70％，平時作業(yè)、課堂表現(xiàn)、實驗占30％。課程學(xué)習(xí)要求材料力學(xué)概述

1.1材料力學(xué)的研究內(nèi)容材料力學(xué)（strengthofmaterials）的研究內(nèi)容分屬于兩個學(xué)科。第一個學(xué)科是固體力學(xué)(solidmechanics)，即研究物體在外力作用下的應(yīng)力、變形和能量，統(tǒng)稱為應(yīng)力分析（stressanalysis）。材料力學(xué)研究的物體的幾何特征：桿、軸、梁等物體，其幾何特征是縱向尺寸（長度）遠大于橫向（橫截面）尺寸，這類物體統(tǒng)稱為桿或桿件（bars或rods）。大多數(shù)工程結(jié)構(gòu)的構(gòu)件或機器的零部件都可以簡化為桿件。第二個學(xué)科是材料科學(xué)（materialsscience）中的材料的力學(xué)行為（behavioursofmaterials），即研究材料在外力和溫度作用下所表現(xiàn)出的力學(xué)性能（mechanicalproperties）和失效（failure）行為。限制條件：材料力學(xué)所研究的僅限于材料的宏觀力學(xué)行為，不涉及材料的微觀機理。1.1材料力學(xué)的研究內(nèi)容綜合以上兩方面研究內(nèi)容，材料力學(xué)研究構(gòu)件在外力作用下的變形、受力與破壞或失效的規(guī)律，為合理設(shè)計桿狀構(gòu)件或零部件提供有關(guān)強度、剛度與穩(wěn)定性分析的基本理論與方法，保證它們具有足夠的強度（strength）、剛度（stiffness）和穩(wěn)定性（stability）。

強度、剛度的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（圖中虛線所示為夸大的彈性變形），從而影響鉆孔的精度，甚至產(chǎn)生振動，影響鉆床的在役壽命

穩(wěn)定性問題工程構(gòu)件穩(wěn)定性實驗穩(wěn)定性是指構(gòu)件在壓縮載荷的作用下，保持平衡形式不能發(fā)生突然轉(zhuǎn)變的能力。

材料力學(xué)與工程設(shè)計密切相關(guān)。河北趙州橋建于1400年前（隋朝）跨37.02米、寬9米、拱高7.23米，經(jīng)計算，符合現(xiàn)代力學(xué)原理。錢令希院士用彈塑性理論計算，結(jié)果——壓力線完全通過拱軸。

建筑工程

金茂大廈中庭

榮獲2001年“

美國建筑師學(xué)會室內(nèi)建筑獎”

樓高420.5m共88層材料力學(xué)與工程設(shè)計密切相關(guān)，工程設(shè)計的主要內(nèi)容：強度、剛度、穩(wěn)定性橋梁工程橋面結(jié)構(gòu)

橋梁工程（立柱與纜索）

工程中的纜索

橋梁工程（澳門橋）

橋梁工程（重慶彩虹橋）坍塌后的彩虹橋

力學(xué)問題

簡單力學(xué)問題－大部隊過橋時不能齊步走高等力學(xué)問題－沖擊載荷的概念：人跑步時腳上的力量有多大？損傷累積與結(jié)構(gòu)壽命與跑步的次數(shù)有關(guān)運動中的力學(xué)計算

腳上的力量假設(shè)人體重量為750N3000N3500N4500N6000N12500N湖南鳳凰縣沱江大橋突然垮塌,2007.8.1364人遇難廣東九江大橋垮塌

4車墜江9人失蹤

航空工程（前起落架鎖連桿

安裝螺栓(銷子)意外斷裂

機械工程

機械工程

交通工程道路設(shè)計隧道設(shè)計鐵路工程交通工具設(shè)計(汽車、火車、輪船等）如青藏鐵路，最長、路況最復(fù)雜的鐵路

水利工程

水電站設(shè)計大壩設(shè)計監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計水流系統(tǒng)的計算生活中的力學(xué)

腳手架中的力學(xué)2007年9月6日14時許，鄭州市內(nèi)一處正在施工的建筑工地發(fā)生垮塌事故，7遇難(圖片：中新社)電力工程2008年初的南方冰雪災(zāi)難生活中的力學(xué)

高壓輸電線路保持相間距離的受壓構(gòu)件生活中的力學(xué)

生活中的力學(xué)上海火車站附近一新建住宅區(qū)，某幢8層樓房發(fā)生明顯震動，居民無法正常生活，地震？有鬼？經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，距離800米處有一石料加工廠的石料切削機的工作頻率與大樓的固有頻率安全一致，共振。石料切削機關(guān)閉，震動停止。但調(diào)整該切削機的運轉(zhuǎn)速度，加快轉(zhuǎn)速，低層發(fā)生晃動，放慢轉(zhuǎn)速，高層晃動，需要調(diào)整整個地基，設(shè)計減震機構(gòu)。1.2桿件的基本變形

當(dāng)桿件兩端承受沿軸線方向的拉力或壓力載荷時，桿件將產(chǎn)生軸向伸長或壓縮變形拉伸或壓縮（tensionorcompression）桿件的基本變形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。剪切(shearing)桿件的基本變形扭轉(zhuǎn)(torsion)當(dāng)作用在桿件上的力組成作用在垂直于桿軸平面內(nèi)的力偶Me時，桿件將產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，即桿件的橫截面繞其軸相互轉(zhuǎn)動。桿件的基本變形彎曲(bend)當(dāng)外加力偶M或外力作用于桿件的縱向平面內(nèi)時，桿件將發(fā)生彎曲變形，其軸線將變成曲線。桿件的基本變形彎曲(bend)當(dāng)外加力偶M或外力作用于桿件的縱向平面內(nèi)時，桿件將發(fā)生彎曲變形，其軸線將變成曲線。組合受力（變形）(complexloadsanddeformation)

由兩種或兩種以上基本受力形式中所共同形成的受力與變形形式即為組合受力與變形1.3材料力學(xué)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)微觀各向異性，宏觀各向同性；微觀各向異性，宏觀各向異性。各向同性與各向異性宏觀各向同性均勻連續(xù)問題灰口鑄鐵的顯微組織微觀不均勻連續(xù)，宏觀均勻連續(xù)球墨鑄鐵的顯微組織微觀不均勻連續(xù)，宏觀均勻連續(xù)宏觀各向同性均勻連續(xù)問題

普通鋼材的顯微組織微觀不均勻連續(xù)，宏觀均勻連續(xù)宏觀各向同性均勻連續(xù)問題

優(yōu)質(zhì)鋼材的顯微組織微觀不均勻連續(xù)，宏觀均勻連續(xù)宏觀各向同性均勻連續(xù)問題高分子材料微觀結(jié)構(gòu)宏觀各向同性均勻連續(xù)問題彈性體受力與變形特征FN=FFFFFFFFM＝M0M0M0M0M0M0彈性體受力與變形特征彈性體上的外力與內(nèi)力外力：集中力、約束力、分布力、力偶截面法F1F3F2Fn假想截面F1F2F3Fn分布內(nèi)力作用在彈性體上的外力相互平衡內(nèi)力與外力平衡；內(nèi)力與內(nèi)力平衡。變形前變形不協(xié)調(diào)變形不協(xié)調(diào)變形協(xié)調(diào)一致彈性體變形的協(xié)調(diào)性

圖示直桿ACB在兩端A、B處固定。關(guān)于其兩端的約束力有四種答案。試分析哪一種答案最合理。例題1ABFPFAFB第一，關(guān)于變形體的概念根據(jù)平衡，有基于剛體模型，不可能求出FA和FB?；趶椥泽w模型，再應(yīng)用變形協(xié)調(diào)的概念，就有可能求出FA和FB變形協(xié)調(diào)體現(xiàn)為AB桿的總變形量等于零，即這表明，AC段桿的伸長量必須等于CB段桿的縮短量，即第二，關(guān)于變形協(xié)調(diào)的概念FPABCFPABCFP這三種情形下，AB桿的總變形量都不等于零，即不滿足變形協(xié)調(diào)的要求，所以是不正確的。ABCFPFP/2FP/2FPABFPl2lCFAFBABFPl2lCFAFB第三，關(guān)于內(nèi)力的概念A(yù)C段和CB段桿的受力等于什么？需要用截面法將桿件截開AFAFNACFNBCFBBFPFPFPAC段和CB段桿的受力都等FP？ABFPl2lCFAFB第四，力與變形之間的物性關(guān)系的概念根據(jù)胡克定律，桿的變形與作用在桿上的力以及桿的長度成正比，即代入平衡方程ABFPl2lCFAFB第五，平衡和協(xié)調(diào)概念的進一步深化問題：有沒有可能使兩端的約束力相等？1.5材料力學(xué)的分析方法受力物體的平衡分析，確定內(nèi)力的形式通過變形關(guān)系和物性關(guān)系，確定內(nèi)力的分布規(guī)律通過物體變形的現(xiàn)象做出一定的假設(shè)，分析物體的變形規(guī)律1.6應(yīng)力與應(yīng)變及其相互關(guān)系

應(yīng)力：正應(yīng)力和切應(yīng)力

與截面相切的應(yīng)力稱為“切應(yīng)力”(ShearingStress).垂直于截面的應(yīng)力稱為“正應(yīng)力”(NormalStress)；正應(yīng)力與切應(yīng)力FP1FP2ΔFQyΔFQzΔFNyxzΔAp2＝σ2＋τ2應(yīng)變：各點變形程度的度量

正應(yīng)變是各點線變形程度的度量剪應(yīng)變直角的改變量的度量)(直角改變量bag+=xu+duxxdxxu

應(yīng)力與應(yīng)變的物性關(guān)系胡克定律σxεxOτγO結(jié)論與討論所有工程結(jié)構(gòu)的構(gòu)件，實際上都是可變形的彈性體當(dāng)變形很小時，