第1章材料力學緒論

一、材料力學的任務二、材料力學的研究內容三、材料力學的基本假設四、材料力學的研究對象及桿件變形的基本形式五、材料力學的課程性質與特點六、如何學好材料力學第一章緒論研究構件的承載能力，研究材料的力學性質，在既安全又經濟的條件下，為構件選擇合適的材料，確定合理的截面形狀和尺寸提供計算理論與方法。一材料力學的任務第一章緒論１、研究構件的承載能力構件：組成結構或機械的部件。衡量構件承載能力的強度要求：強度：構件抵抗破壞的能力。

不因發(fā)生斷裂或過量的塑性變形而失效。緒論/一材料力學的任務一材料力學的任務/1研究構件的承載能力強度問題房屋梁柱斷裂引起倒塌

1993年8月13日上午10點左右，泰國皇家大飯店倒塌，原房屋設計為三層62套房間，后來又在上面加蓋了三層８1套房間，為防斷水，在房頂又加了四個大水箱，下部三層結構承受不了上部的加層及水箱重量，梁柱斷裂引起整幢大飯店倒塌。一材料力學的任務/1研究構件的承載能力

橋梁斷塌1994年10月21日早晨7時45分，韓國漢城圣水大橋中段50米的橋梁斷塌，造成48人死亡，20多人受傷．漢城市市長辭職，總理辭職被挽留．

一材料力學的任務/1研究構件的承載能力一材料力學的任務/1研究構件的承載能力

當地時間2007年8月1日19時5分左右,在美國中西部城市明尼阿波利斯，一座40年歷史的雙向8車道州際大橋突然斷裂成幾大段，墜入18米之下的密西西比河。當地政府已確認這次事故造成至少4人死亡，數十人受傷。初步調查顯示，這是一起橋梁結構性垮塌事故，并非恐怖襲擊。

1998年9月10日19時38分，東方航空公司從上海飛往北京的MU586航班起飛，23時07分成功迫降上海機場．驚心動魄3小時，就是因為飛機前起落架的銷子斷裂導致起落架收放失效．一材料力學的任務/1研究構件的承載能力前起落架鎖連桿安裝螺栓（銷子）發(fā)生斷裂．一材料力學的任務/1研究構件的承載能力1993年7月23日下午2時41分，西北航空公司從銀川至北京的2119航班從銀川市起飛時，因機尾突然斷裂，沖出跑道，沖破機場鐵絲網，栽入附近一淺水湖．“7.23”銀川空難死亡59人，揚子晚報的報導催人淚下．一材料力學的任務/1研究構件的承載能力2005年11月2日下午3時，上海江揚南路臨汾路一處工地，正在吊運貨運電梯的塔吊從中間突然折斷，50米長大臂折成幾段砸向樓頂，駕駛室內的操作工當場死亡．一材料力學的任務/1研究構件的承載能力2007年3月28日上午10時左右，上海江蘇路宣化路交叉口的企發(fā)大廈工地，塔吊在拆卸過程中，鋼絲繩突然斷裂，導致塔吊大臂傾覆，將工地上一臺升降機立柱砸彎，并懸掛在90米高空．一材料力學的任務/1研究構件的承載能力高速公路直道與彎道的連接路面的剪切破壞一材料力學的任務/1研究構件的承載能力破壞－斷裂或過量的塑性變形變形——構件尺寸與形狀的變化。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。一材料力學的任務/1研究構件的承載能力美國塔科瑪大橋在風荷載作用下發(fā)生過量的塑性變形引起大橋整體毀壞．一材料力學的任務/1研究構件的承載能力１、研究構件的承載能力衡量構件承載能力的剛度要求：剛度：構件抵抗彈性變形的能力。

不因發(fā)生過大的彈性變形而失效。緒論/一材料力學的任務一材料力學的任務/1研究構件的承載能力剛度問題剛度問題一材料力學的任務/1研究構件的承載能力高剛度的橋面結構剛度問題一材料力學的任務/1研究構件的承載能力強度剛度問題一材料力學的任務/1研究構件的承載能力強度剛度問題一材料力學的任務/1研究構件的承載能力１、研究構件的承載能力衡量構件承載能力的穩(wěn)定要求：穩(wěn)定性：構件保持原有平衡狀態(tài)的能力。

不因發(fā)生因平衡形式的突然轉彎而失效。緒論/一材料力學的任務一材料力學的任務/1研究構件的承載能力穩(wěn)定問題一材料力學的任務/1研究構件的承載能力細長壓桿，當壓力達到或超過一定限度時，桿件可能突然變彎而失去承載能力，這種現象稱為失穩(wěn)或屈曲。桿件的失穩(wěn)或屈曲往往產生很大的變形甚至導致整個結構的破壞。一材料力學的任務/1研究構件的承載能力19世紀的最后25年,歐美發(fā)生過一系列鐵路和公路橋梁因壓桿失穩(wěn)而造成結構破壞的事件。其中最有影響的兩例失穩(wěn)事故：美國阿什特比拉河上同名橋失穩(wěn)事故瑞士明漢斯太因村鐵路橋失穩(wěn)事故一材料力學的任務/1研究構件的承載能力美國阿什特比拉河上同名橋失穩(wěn)事故1876年12月29日晚8時許，一列由兩輛機車和11節(jié)車廂組成的快車，在美國橫跨阿什特比拉河的同名橋上通過。在離對岸不到15米時，司機回頭一看，后面的列車都墜入河中，158名乘客中有92人遇難。該橋結構破壞的原因是因為這座金屬桁架式鐵路橋的受壓斜桿失穩(wěn)引起的。一材料力學的任務/1研究構件的承載能力這座橋由法國著名設計師和建筑師埃菲爾（A.-G.Eiffel)設計并建造。采用埃菲爾式桁架，其結構的立面圖和平面圖如上圖所示。瑞士明漢斯太因村鐵路橋失穩(wěn)事故一材料力學的任務/1研究構件的承載能力1891年5月14日瑞士這座架設在萊茵河支流比爾斯河上的單軌鐵橋，因結構設計缺乏全面的穩(wěn)定性分析而造成鐵橋墜毀，行駛其上的12節(jié)車廂中74人蒙難，200多人受傷。一材料力學的任務/1研究構件的承載能力

1925年2月13日，修復后的莫濟里橋在試車時出現了問題。幸好桁架落在為試車準備的臨時支座上，人們才可看到斜桿失穩(wěn)后的情景。左圖橋下側面觀察，右圖橋上看：長15.372米的斜桿一根鼓出1.46米，另一根鼓出0.905米。一材料力學的任務/1研究構件的承載能力

1875年俄國開伏達河上同名橋，在安裝完畢后，僅當工作車通過時,受壓上弦桿發(fā)生偏離桁架平面的屈曲而毀壞。一材料力學的任務/1研究構件的承載能力

2000年10月25日上午10時許南京電視臺演播廳工程封頂，由于腳手架失穩(wěn)，模板倒塌，造成6人死亡，35人受傷，其中一名死者是南京電視臺的攝象記者。緒論/一材料力學的任務2、研究材料力學的力學性能不同材料制成的構件,其承載能力不一樣。

構件的強度、剛度、穩(wěn)定性與制作構件的材料有關。材料力學還要通過試驗來研究材料的力學性能,并在此基礎上為構件選擇合適的材料。一材料力學的任務/2研究材料的力學性能為構件選擇合適的材料根據結構的類型選材超高層建筑一材料力學的任務/2研究材料的力學性能為構件選擇合適的材料根據結構的類型選材

高層小高層建筑

一材料力學的任務/2研究材料的力學性能為構件選擇合適的材料根據結構的類型選材

多層小別墅建筑

一材料力學的任務/2研究材料的力學性能為構件選擇合適的材料根據受力性質選材

一材料力學的任務/2研究材料的力學性能為構件選擇合適的材料根據受力性質選材

一材料力學的任務/2研究材料的力學性能為構件選擇合適的材料根據受力性質選材

南浦大橋楊浦大橋緒論/一材料力學的任務3合理解決安全與經濟之間的矛盾

構件設計安全經濟滿足剛度強度穩(wěn)定性要求材料好些截面大些降低成本、節(jié)約資金材料差些截面小些一材料力學的任務/3合理解決安全與經濟矛盾安全經濟矛盾力求合理解決選擇材料設計截面恰到好處第一章緒論1、基本理論部分研究物體在外力作用下的內部力學響應,即構件的內力、應力和變形分析,這些都是強度、剛度和穩(wěn)定性分析的基礎。二材料力學的研究內容緒論/二材料力學的研究內容2、實驗部分實驗是材料力學的重要組成部分,通過實驗研究材料在外力作用下的力學性能和失效行為,確定材料抵抗破壞和變形的能力。同時實驗也是驗證理論和解決理論分析難于處理的問題的重要手段。緒論/二材料力學的研究內容3、應用部分上述兩部分內容的結合,成為工程設計的重要組成部分,即根據安全與經濟的控制條件(以后各章要介紹的強度條件、剛度條件和穩(wěn)定性條件)為構件選擇合適的材料,設計出合理的截面形狀和尺寸。二材料力學的研究內容/3應用部分方案設計靜力設計設計定型工程設計程序二材料力學的研究內容/3應用部分靜力設計受力分析內力分析應力分析失效分析穩(wěn)定設計剛度設計強度設計第一章緒論

1、兩種簡化的力學模型

剛體

變形固體

F′FF′FF′FF′F三材料力學的基本假定(或稱簡化模型)緒論/三材料力學的基本假設2、變形固體的三個物體假設(又稱材料性質模型)連續(xù)性假設均勻性假設各向同性假設

三材料力學的基本假設/2變形固體的物性假設(1)、連續(xù)性假設(不同的地方)

含義:認為組成物體的物質毫無空隙地充滿整個物體的幾何容積。

作用:可用連續(xù)函數來表示此物體的各力學量,如內力、應力、應變和位移等變化。

實際情況:宏觀連續(xù),微觀不連續(xù)。三材料力學的基本假設/2變形固體的物性假設灰口鑄鐵顯微組織球墨鑄鐵顯微組織三材料力學的基本假設/2變形固體的物性假設普通鋼材顯微組織優(yōu)質鋼材顯微組織還例如:砼—石子/黃沙/水泥—但仍有空隙存在。三材料力學的基本假設/2變形固體的物性假設(2)均勻性假設(不同的地方)

含義:認為物體內任何部分的力學性質相同、均勻分布。

作用:可以從小到大(為研究一個整體，可取一小部分研究）也可以從大到小（大尺寸試件測試的力學性能可應用到任何微小部分）

實際情況：宏觀均勻，微小不均勻。砼振搗密實度會存在差異三材料力學的基本假設/2變形固體的物性假設低碳鋼拉伸局部頸縮現象三材料力學的基本假設/2變形固體的物性假設(3)、各向同性假設（同一點不同的方向）