劉鴻文-第一章

材料力學(xué)

劉鴻文(MechanicsofMaterials)（第四版）

機(jī)電工程學(xué)院教師:詹志蘭

yyuan0106@hotmail.co.u一章緒論(Introduction)一、材料力學(xué)的任務(wù)MissionofMechanicsofMaterialsMechanicsofmaterialsisasubjectthatinvestigatestheeffectofappliedforcesonbodies.Mechanicsofmaterialsisacontinuationofthemechanicsofstaticsanddynamics.緒論/材料力學(xué)的任務(wù)ABDCDBCCAB緒論/材料力學(xué)的任務(wù)問題1、對于BC桿a）BC桿是否有足夠的強(qiáng)度承受載荷？b）BC桿是否會產(chǎn)生過度的偏轉(zhuǎn)和下垂？將產(chǎn)生多大的變形？Excessivedeflectionandsaggingc）如果對BC桿進(jìn)行設(shè)計，應(yīng)選擇怎樣的截面形狀和尺寸，才能使桿件既安全（既不產(chǎn)生破壞又不產(chǎn)生過大的變形）又經(jīng)濟(jì)？(sectionandsize)緒論/材料力學(xué)的任務(wù)2、對于AB桿和CD桿tensionandcompressionEnoughstrengthtoendureloadingNeitherfracturenorexcessivedeformation,andeconomical

研究塔吊不致傾倒，確定所需配重W1W2緒論/材料力學(xué)的任務(wù)研究組成塔吊的每一根桿件的受力以及受力以后是否會產(chǎn)生破壞或者選擇怎樣的截面形狀、尺寸和材料。Crane,barsResearch:towercranewillnotdump,anddeterminetherequiredweight

Mechanicsofmaterialsisanimportantpartofengineeringdesign,

thedesignofengineeringstructures,includestodeterminetheappropriatesizeofstructuralcomponents,thentoensurethatit

canwithstandacertainload,notproducefracturedamageandexcessivedeformation.材料力學(xué)是工程設(shè)計的重要組成部分，而一個工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計包括確定組成結(jié)構(gòu)的構(gòu)件的合適的尺寸，以確保它能承受一定的載荷作用，既不產(chǎn)生斷裂破壞又不產(chǎn)生過大的變形。緒論/材料力學(xué)的任務(wù)大型橋梁Bridge

緒論/材料力學(xué)的任務(wù)橋面結(jié)構(gòu)纜索與立柱橋墩Piers,bridgecables,thecolumn緒論/材料力學(xué)的任務(wù)承載能力—構(gòu)件承受載荷的能力。1、強(qiáng)度2、剛度3、穩(wěn)定性Strength,（toughness)stiffness,stabilityloadcapacity-capacities

toendure

loadings

強(qiáng)度：構(gòu)件在外力作用下抵抗破壞的能力（牢不牢的問題）。(resist,externalaction)破壞——顯著的塑性變形和斷裂。Plasticdeformationandfracture緒論/材料力學(xué)的任務(wù)變形——構(gòu)件尺寸與形狀的變化。componentF′F彈性變形——外力解除以后可消失的變形。塑性變形——外力解除以后不能消失的變形。Elasticdeformation-thedeformationwhichmaydisappearaftertheexternalforceiscancelledPlasticdeformation-thedeformationwhichisnotabletodisappearaftertheexternalforceiscancelledF1F3F2F4F5F6強(qiáng)度問題緒論/材料力學(xué)的任務(wù)Strength強(qiáng)度問題緒論/材料力學(xué)的任務(wù)

Strength強(qiáng)度問題緒論/材料力學(xué)的任務(wù)前起落架鎖連桿安裝螺栓(銷子)意外斷裂。Strength強(qiáng)度問題緒論/材料力學(xué)的任務(wù)Strength緒論/材料力學(xué)的任務(wù)剛度：構(gòu)件在外力作用下抵抗變形的能力（變形大不大的問題）Stiffness:capabilitiesofresistingdeformationundertheexternalforces剛度大，變形小；剛度小，變形大。剛度問題緒論/材料力學(xué)的任務(wù)鉆床drilling剛度問題緒論/材料力學(xué)的任務(wù)機(jī)械臂、機(jī)械手Mechanicalarm,

Manipulator強(qiáng)度問題、剛度問題緒論/材料力學(xué)的任務(wù)穩(wěn)定性：構(gòu)件在外力作用下保持其原有平衡狀態(tài)的能力（是否會彎折的問題）。Stability:keeporiginalequilibriumstate緒論/材料力學(xué)的任務(wù)穩(wěn)定性主要是針對細(xì)長的壓桿而言的。例如：PPSlenderstrut

穩(wěn)定問題緒論/材料力學(xué)的任務(wù)/peaceful/#腳手架緒論/材料力學(xué)的任務(wù)scaffolding

不同構(gòu)件的承載能力是不同的。與下列因素有關(guān)：材料性質(zhì)：如木材，鋼鐵；(propertiesofmaterial,wood,steel尺寸：大、小；形狀：空心、實心；平放、豎放。緒論/材料力學(xué)的任務(wù)從安全角度考慮：優(yōu)質(zhì)材料，構(gòu)件尺寸粗大；從經(jīng)濟(jì)角度考慮：節(jié)省材料，減少成本，減輕自重。hollow,solid;flat,stackedvertically

High-qualitymaterials,scantlingsthick;

savematerial,reducecostsandweight

具體地說,材料力學(xué)的任務(wù)是研究構(gòu)件受力以后的變形和破壞的規(guī)律，為設(shè)計構(gòu)件提供強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的計算依據(jù)，力求使設(shè)計的構(gòu)件既經(jīng)濟(jì)又安全、適用。緒論/材料力學(xué)的任務(wù)Specifically,thetaskistostudythemechanicsofmaterialsthelawsofdeformationandfailureofthecomponentsunderloadings,toprovidedesignprinciplesforstrength,stiffnessandstability,arebased,thentomakethedesigncomponentiseconomical,safeandsuitable.

二、材料力學(xué)的研究對象及其基本假設(shè)

ResearchdeformablebodiesandbasichypothesesMechanicsofmaterials

靜力學(xué)：剛體剛體F′FF′FRigidbodyF′FF′F變形體F′FF′F材料力學(xué)的研究對象：變形固體deformablesolid

注意：剛體模型適用的概念、原理、方法，在研究變形體模型的內(nèi)部效應(yīng)（變形）時不適用。諸如：力和力偶的可傳遞性原理、力的分解和合成原理等。緒論Note:theapplicabletotheconcepts,principles,

methodforrigidbodymodelisnotapplicableforstudyinginternaleffects(deformation)forthedeformablebodymodel.Suchas:Transitiveprincipleofforceandcouple,theoryofforcedecompositionandsynthesis,andsoon.

討論Judgerightandwrong請判斷下列簡化在什么情形下是正確的，什么情形下是不正確的：緒論討論請判斷下列簡化在什么情形下是正確的，什么情形下是不正確的：緒論基本假設(shè):4、小變形假設(shè)：物體的幾何形狀及尺寸的改變與其總尺寸相比是很微小的。1、連續(xù)性假設(shè)：微觀不連續(xù)，宏觀連續(xù)?？梢砸霟o限小概念，可以進(jìn)行極限、積分、微分的運算。2、均勻性假設(shè)：物體內(nèi)各點處的性質(zhì)處處相同。3、各向同性假設(shè)：微觀各向異性，宏觀各向同性。緒論/材料力學(xué)的研究對象及其基本假設(shè)研究變形體力學(xué)的平衡方程時，靜力學(xué)的原理適用。ContinuityUniformIsotropySmalldeformationmicronon-continuous,macro-continuous.

infinitesimalconcept,limit,integral,differentialoperation,microscopicanisotropy灰口鑄鐵的顯微組織緒論/材料力學(xué)的研究對象及其基本假設(shè)Graycastiron

Microstructure

球墨鑄鐵的顯微組織緒論/材料力學(xué)的研究對象及其基本假設(shè)DuctileIron

Microstructure

普通鋼材的顯微組織緒論/材料力學(xué)的研究對象及其基本假設(shè)優(yōu)質(zhì)鋼材的顯微組織緒論/材料力學(xué)的研究對象及其基本假設(shè)High-qualitysteel,

Microstructure

體積力：自重，慣性力等外力：某一物體受到的其它物體對它的作用力，包括載荷以及由于約束而產(chǎn)生的約束反力。外力的分類：緒論/外力及其分類按作用方式分：表面力：按接觸表面分布(surfaceforce)三、外力及其分類(Externalforceandclassification)集中力：外力分布的面積遠(yuǎn)小于物體的表面尺寸，可看成作用于一點的力（N）；F1F2（Volumeforce:weight,inertiaforce〕Concentricforce,distributedarea,looklikeforceactingononepoint分布力橋面板作用在鋼梁的力(steelbeam)緒論/外力及其分類分布力：作用于一定的面積上() 作用于一定的長度上（N/m）Distributedforce,area,length動載荷：隨時間改變的載荷，如交變載荷、 沖擊載荷。按載荷作用的性質(zhì)分

(dividedbyloadingproperty)靜載荷：載荷從零開始緩慢地增加到P；緒論/外力及其分類Staticloading:loadincreasingslowlyfromzeroDynamicLoad:loadchangesovertime,suchascycling(alternating)load,impactload.

四、內(nèi)力、截面法Internalforcesectionmethod

內(nèi)力——構(gòu)件內(nèi)部由于外力作用而引起的各質(zhì)點之間的相互作用力的改變量，稱為附加內(nèi)力，簡稱內(nèi)力。隨外力的變化而變化。AdditionalforceF1F3F2Fn假想截面F1F2F3Fn分布內(nèi)力緒論/內(nèi)力、截面法Internalforce:Changesofinteractionbetweentheparticles

duetoexternalforce,knownasadditionalinternalforce,referredtoasinternalforces.Varieswiththeexternalforces

Supposedsection,distributedinternalforce內(nèi)力可用通過截面形心上的合力表示，例如緒論/內(nèi)力、截面法空間力系：UsingresultforcethroughcentroidofsectionSpatialforcesystemsyFMyNFxMszFMzsyFMxNFszFMzMy內(nèi)力必須滿足平衡條件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。F1F3F2Fn假想截面F1F2F3Fn分布