材料力學(xué)第1章-緒論

華中科技大學(xué)力學(xué)系錢勤材料力學(xué)E-mail：qqian@Tel:87543438(O)

第一章緒論一、材料力學(xué)研究對(duì)象二、材料力學(xué)的研究?jī)?nèi)容三、材料力學(xué)的任務(wù)五、材料力學(xué)的基本概念四、材料力學(xué)的基本假設(shè)六、受力與變形的基本形式七、材料力學(xué)的一般方法達(dá)芬奇說：

“力學(xué)是數(shù)學(xué)的樂園，因?yàn)槲覀冊(cè)谶@里獲得了數(shù)學(xué)的果實(shí)。”達(dá)芬奇第一章緒論第一章緒論1638年：《關(guān)于兩種新科學(xué)的敘述與證明》伽利略

Galilei1564-1642懸臂梁應(yīng)力分布等強(qiáng)度梁截面形狀簡(jiǎn)支梁受集中載荷的最大彎矩空、實(shí)心圓柱抗彎強(qiáng)度比較第一章緒論第一章緒論一、材料力學(xué)的研究對(duì)象桿、板和殼------工程結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件材料力學(xué)主要研究桿類構(gòu)件。軸、柱、梁等一類構(gòu)件，其長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于橫向尺寸，稱為桿件(rod)構(gòu)件的厚度遠(yuǎn)小于其他兩個(gè)方向的尺寸，稱為板件。板件的中面（平分其厚度的面）是平面的叫板(Plate)，中面是曲面的則叫殼(Shell)。桁架構(gòu)成的天線工程實(shí)例桁架桁架桁架桁架建筑結(jié)構(gòu)中的連桿支架工程實(shí)例汽車的傳動(dòng)軸(Axialshaftofcar)工程實(shí)例傳動(dòng)軸大橋結(jié)構(gòu)工程實(shí)例橋面結(jié)構(gòu)工程實(shí)例拉索和立柱工程實(shí)例拉索與立柱工程實(shí)例澳門橋二、材料力學(xué)的研究?jī)?nèi)容———強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性1．強(qiáng)度(strength)構(gòu)件抵抗破壞的能力.泰坦尼克豪華郵輪沉入大海1988年失事的飛機(jī)構(gòu)件在正常工作時(shí)，發(fā)生意外斷裂或顯著塑性變形是不容許的。例如,發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸破裂、起重機(jī)鋼纜繩斷裂都會(huì)導(dǎo)致事故。構(gòu)件在外力作用下引起的變形不能超過工程上許可的范圍。例如，機(jī)床的主軸和車身的剛度不夠?qū)⒂绊懫浼庸ぞ龋a(chǎn)生過大的噪聲；房屋構(gòu)件剛度不夠會(huì)使居民失去安全感。高層建筑住戶的安全感2．剛度(stiffness)構(gòu)件抵抗變形的能力。長(zhǎng)軸的變形控制二、材料力學(xué)的研究?jī)?nèi)容細(xì)長(zhǎng)壓桿承壓時(shí)如失去原有的直線平衡狀態(tài)而變彎和薄壁構(gòu)件承載時(shí)發(fā)生折皺都叫做失穩(wěn)，或稱屈曲(buckling)。例如，建筑物的立柱、橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)的受壓桿如果失穩(wěn)可能導(dǎo)致建筑物和橋梁的整體或局部塌毀。失穩(wěn)的大橋橋面3．穩(wěn)定性(stability)構(gòu)件保持原有平衡狀態(tài)的能力外壓(a)和軸向壓力(b)導(dǎo)致圓柱筒的失穩(wěn)二、材料力學(xué)的研究?jī)?nèi)容

工程構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定問題強(qiáng)度—不因發(fā)生斷裂或塑性變形而失效；剛度—不因發(fā)生過大的彈性變形而失效；穩(wěn)定性—不因發(fā)生因平衡形式的突然轉(zhuǎn)變而失效。強(qiáng)度問題

工程構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定問題強(qiáng)度問題F1F3F2F4F5F6

工程構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定問題強(qiáng)度問題

工程構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定問題強(qiáng)度問題

工程構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定問題強(qiáng)度問題1998年9月10日，上海－北京，2173號(hào)麥道11大型客機(jī)。強(qiáng)度問題前起落架鎖連桿安裝螺栓(銷子)意外斷裂。

工程構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定問題第1章材料力學(xué)概述

“材料力學(xué)”的研究?jī)?nèi)容強(qiáng)度問題

工程構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定問題高層建筑與大型橋梁樓高420.5m

共88層金茂大廈強(qiáng)度問題

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工程構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定問題垮塌后的彩虹橋強(qiáng)度問題

工程構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定問題

40人死亡；

14人受傷；

直接經(jīng)濟(jì)損失631萬元。1999年1月4日，我國(guó)重慶市綦江縣彩虹橋發(fā)生垮塌，造成：

工程構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定問題簡(jiǎn)單力學(xué)問題－大部隊(duì)過橋時(shí)不能齊步走高等力學(xué)問題－

沖擊載荷的概念：

人跑步時(shí)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)

工程構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定問題人運(yùn)動(dòng)時(shí)腳上的力量有多大？腳上的力量假設(shè)人體重量為750N3000N3500N4500N6000N12500N高等力學(xué)問題－

損傷累積與結(jié)構(gòu)壽命

與跑步的次數(shù)有關(guān)

強(qiáng)度問題

工程構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定問題剛度問題

工程構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定問題剛度問題

工程構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定問題剛度問題

工程構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定問題高剛度的橋面結(jié)構(gòu)剛度問題

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工程構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定問題

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工程構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定問題強(qiáng)度問題與剛度問題

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工程構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定問題

工程構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定問題強(qiáng)度—不因發(fā)生斷裂或塑性變形而失效；剛度—不因發(fā)生過大的彈性變形而失效；穩(wěn)定性—不因發(fā)生因平衡形式的突然轉(zhuǎn)變而失效。

工程設(shè)計(jì)程序方案設(shè)計(jì)靜力設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)定型材料力學(xué)與工程設(shè)計(jì)密切相關(guān)。靜力設(shè)計(jì)受力分析內(nèi)力分析應(yīng)力分析失效分析強(qiáng)度設(shè)計(jì)剛度設(shè)計(jì)穩(wěn)定設(shè)計(jì)

工程設(shè)計(jì)程序大型汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的破壞實(shí)例：軸葉輪

疲勞斷裂破壞轉(zhuǎn)子軸疲勞開裂

疲勞斷裂破壞葉片擊穿廠房臺(tái)南高屏大橋斷裂2000年8月27日下午3時(shí)20分，臺(tái)灣南部高屏大橋斷裂，大橋中間下陷部分長(zhǎng)達(dá)100米。17輛車墜河，22人受傷。采沙過度，河面沉降10余米，橋墩先斷裂。

1940年11月，華盛頓州的TacomaNarrows橋，由于橋面剛度太差，在45kmph風(fēng)速的情形下，產(chǎn)生“GallopingGertie”(馳振）。TacomaNarrows材料力學(xué)的任務(wù)工程設(shè)計(jì)的基本要求可歸結(jié)為兩條：安全性和經(jīng)濟(jì)性首先要求構(gòu)件滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的要求，并具有足夠的強(qiáng)度儲(chǔ)備。另一方面要求構(gòu)件具有最佳的幾何形狀，材料消耗少，使整個(gè)設(shè)計(jì)達(dá)到精巧、重量輕，取得最好的經(jīng)濟(jì)效益。但安全性與經(jīng)濟(jì)性這兩方面的要求往往是互相矛盾的。材料力學(xué)的任務(wù)，就是為科學(xué)地解決這一對(duì)矛盾，提供分析的理論基礎(chǔ)和具體的計(jì)算方法。1.2固體的變形性質(zhì)及材料力學(xué)的基本假設(shè)一類變形是撤除外力后可以完全自行消除的變形，稱為彈性變形(elasticdeformation)一類變形是撤除外力后不能消除，而被永久保留下來的變形，稱為塑性變形或殘余變形(plasticdeformationorresidualdeformation)固體具有塑性變形的性質(zhì)，稱為塑性固體(plasticsolid)固體具有彈性變形的性質(zhì)，稱為彈性固體(elasticSolid)彈性變形塑