材料力學(xué) 第一章-緒論

材料力學(xué)第一章-緒論P(yáng)age2材料力學(xué)

是一門研究構(gòu)件承受載荷能力的科學(xué)。

為設(shè)計(jì)構(gòu)件提供強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的計(jì)算依據(jù)，力求使設(shè)計(jì)的構(gòu)件既經(jīng)濟(jì)又安全。

研究構(gòu)件受力以后的變形和破壞的規(guī)律Page3

力學(xué)

固體

流體剛體變形體理想流體粘性流體可壓縮流體…靜力學(xué)運(yùn)動(dòng)力學(xué)材料力學(xué)彈性力學(xué)塑性力學(xué)…運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)Page4根據(jù)問(wèn)題的特點(diǎn)建立力學(xué)模型應(yīng)用數(shù)學(xué)方法描述客觀規(guī)律應(yīng)用數(shù)學(xué)工具得到解決問(wèn)題的方法研究方法理論力學(xué)—研究物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)一般規(guī)律的科學(xué)材料力學(xué)—研究物體承受載荷的能力的科學(xué)（質(zhì)點(diǎn)、剛體）（變形體）Page5彈性體:受載后發(fā)生變形,外載卸除后,

變形隨之消失。剛體、變形體、彈性體的概念材料力學(xué)主要研究的是彈性桿件剛體:不變形的物體。受載后各質(zhì)點(diǎn)無(wú)相對(duì)變化。變形體:受載變形的物體,

受載后各質(zhì)點(diǎn)有相對(duì)變化。Page6

力學(xué)在工程中的應(yīng)用趙州橋—隋朝Page7土木建筑應(yīng)縣木塔

建于1056年P(guān)age8斗拱1103年，李誡在《營(yíng)造法式大木作制度》指出：

“凡梁之大小，各隨其廣分為三分，以二分為厚”Page9

材料力學(xué)在近代的發(fā)展伽利略像1638年：材料力學(xué)的開端《關(guān)于兩種新科學(xué)的對(duì)話》提出了梁強(qiáng)度的計(jì)算公式開創(chuàng)了用系統(tǒng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)與觀察的方法進(jìn)行研究Page10胡克的彈性實(shí)驗(yàn)裝置1678年：

發(fā)現(xiàn)“胡克定律”雅各布.伯努利，馬略特：

得出了有關(guān)梁、柱性能的基礎(chǔ)知識(shí)，并研究了材料的強(qiáng)度性能與其它力學(xué)性能。庫(kù)倫：

修正了伽利略、馬略特關(guān)于梁理論中的錯(cuò)誤，得到了梁的彎曲正應(yīng)力和圓桿扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的正確結(jié)果Page11(瑞士)歐拉像

主要研究梁的變形：

《曲線的變分法》，推導(dǎo)出受橫向力的懸臂桿的撓度表達(dá)式

《關(guān)于柱的承載力》，討論了壓桿穩(wěn)定問(wèn)題，引入了臨界載荷的概念。

還研究了大變形問(wèn)題、變截面梁的問(wèn)題、具有初始曲率桿的問(wèn)題。Page12(烏克蘭)鐵摩辛柯像建立“鐵摩辛柯梁”模型研究了圓孔附近的應(yīng)力集中問(wèn)題，梁板的彎曲振動(dòng)問(wèn)題，薄壁桿件扭轉(zhuǎn)問(wèn)題，彈性系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題等出版了大量力學(xué)教材：《材料力學(xué)》，《高等材料力學(xué)》，《結(jié)構(gòu)力學(xué)》，《板殼理論》等20多部Page13

材料力學(xué)在現(xiàn)代的發(fā)展19世紀(jì)中葉，鐵路橋梁工程的發(fā)展，大大推動(dòng)了材料力學(xué)的發(fā)展；當(dāng)時(shí)，材料力學(xué)的主要研究對(duì)象為鋼材；20世紀(jì)，各種新型材料(復(fù)合材料、高分子材料等)廣泛應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)水平、計(jì)算方法不斷提高；材料力學(xué)所涉及的領(lǐng)域更加廣闊，它仍在發(fā)展。Page14長(zhǎng)江三峽工程Page15海洋石油鉆井平臺(tái)Page16美國(guó)“西奧多·羅斯?！碧?hào)航母

波音737飛機(jī)

Page17航空母艦Page18Page19Page20Page21

北航人的成果與材料力學(xué)的應(yīng)用“北京一號(hào)”，新中國(guó)第一架輕型旅客機(jī)，1958年首飛成功，是北航師生研制的第一項(xiàng)重大成果。Page22“北京二號(hào)”探空火箭，中國(guó)第一枚高空探空火箭，被譽(yù)為“亞洲第一箭”58年由北航師生研制成功。Page23“無(wú)偵五”，1981年由北航交付部隊(duì)使用，為填補(bǔ)我國(guó)航空工業(yè)空白的小推力渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)及國(guó)內(nèi)第一套遙控遙測(cè)信標(biāo)三合一地面控制站和機(jī)載設(shè)備Page24北航研制的共軸式單人單座直升機(jī)，97年8月試飛成功，我國(guó)第一架自行研制的共軸式有人直升機(jī)。Page25

構(gòu)件：組成機(jī)械與結(jié)構(gòu)的零構(gòu)件，統(tǒng)稱為構(gòu)件

變形：構(gòu)件尺寸與形狀的變化彈性變形：外力解除后可消失的變形塑性變形：外力解除后不能消失的變形

破壞——顯著的塑性變形和斷裂。§1-1材料力學(xué)的任務(wù)與研究對(duì)象

構(gòu)件與構(gòu)件的力學(xué)響應(yīng)

失穩(wěn)——原有平衡形式的喪失。Page26

構(gòu)件的承載能力：

強(qiáng)度(strength)—構(gòu)件在外力作用下抵抗破壞的能力；

剛度(stiffness)—構(gòu)件在外力作用下抵抗變形的能力；穩(wěn)定性(stability)—構(gòu)件在外力作用下保持原有平衡形式的能力。

構(gòu)件安全工作的基本要求：

具有足夠的強(qiáng)度、剛度與穩(wěn)定性

材料力學(xué)的任務(wù)：

研究構(gòu)件在外力作用下變形、內(nèi)部受力與破壞的規(guī)律，為合理設(shè)計(jì)構(gòu)件提供強(qiáng)度、剛度與穩(wěn)定性分析的基本理論與方法。Page27強(qiáng)度：構(gòu)件抵抗破壞的能力strength剛度：構(gòu)件抵抗變形的能力stiffness穩(wěn)定性：構(gòu)件保持原有平衡形式的能力鉛筆不倒翁stability細(xì)繩粗繩細(xì)長(zhǎng)桿PPage28強(qiáng)度問(wèn)題重慶綦江彩虹橋

Page29強(qiáng)度問(wèn)題Page30前起落架鎖連桿安裝螺栓(銷子)意外斷裂。強(qiáng)度問(wèn)題Page31剛度問(wèn)題Page32剛度問(wèn)題Tacoma海峽大橋(美國(guó)Tacoma市)Tacoma海峽新橋因設(shè)計(jì)不良1940年破壞Page33Tacoma海峽大橋1940年破壞Page34Page35穩(wěn)定問(wèn)題Page36毀壞的高壓電線塔穩(wěn)定性問(wèn)題Page37穩(wěn)定性問(wèn)題南京電視臺(tái)腳手架失穩(wěn)Page38穩(wěn)定問(wèn)題愛(ài)國(guó)者導(dǎo)彈戰(zhàn)車Page39強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性問(wèn)題Page40強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定問(wèn)題Page41吊車Page42地鐵車站Page43碼頭吊塔Page44

材料力學(xué)的研究對(duì)象：變形固體體(body)板(plate)桿(bar/rod)

材力的主要研究對(duì)象是桿，以及由桿組成的簡(jiǎn)單桿系，同時(shí)也研究一些形狀與受力均比較簡(jiǎn)單的板與殼。Page45

材料力學(xué)的研究對(duì)象

桿件：軸線橫截面Page46

材料力學(xué)研究材料的宏觀力學(xué)行為

材料力學(xué)主要研究鋼材等金屬材料關(guān)于材料的基本假設(shè)：

連續(xù)性假設(shè)：認(rèn)為材料無(wú)空隙地充滿于整個(gè)構(gòu)件。

——力學(xué)量可以用坐標(biāo)的連續(xù)函數(shù)表示。

均勻性假設(shè)：構(gòu)件內(nèi)每一處的力學(xué)性能相同。

——通過(guò)試樣得到的材料性能可用于構(gòu)件的任何部位。

各向同性假設(shè)：構(gòu)件某一處材料沿各個(gè)方向的力學(xué)性能均相同§1-2材料力學(xué)的基本假設(shè)Page47一、外力§1-3外力與內(nèi)力表面力：氣體、液體壓力，接觸壓力。體積力：重力，電磁力等。分布力集中力

作用方式靜載荷：不隨時(shí)間改變或變化很慢。動(dòng)載荷：隨時(shí)間顯著變化或使構(gòu)件各質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生明顯加速度。

隨時(shí)間變化性質(zhì)Page48F1F2集中力Page49分布力Page50

內(nèi)力的求法：截面法內(nèi)力：構(gòu)件內(nèi)部相連各部分之間有相互作用力。二、內(nèi)力與截面法1111Page51

內(nèi)力的分類：(normalforce)軸力：FN(shearingforce)剪力：FS(torque)扭矩：Mx(bendingmoment)彎矩：My，MzFNMxFSyFSzMyMz截面法求內(nèi)力的步驟：1、沿某一截面切開，得到分離體；2、對(duì)某一分離體列平衡方程，求得內(nèi)力。例：均質(zhì)桿，考慮自重，密度為

，橫截面積為A，求桿距底端x處截面的內(nèi)力。lxPage52

截面法求內(nèi)力的步驟平衡方程：

1、用假想截面將桿件切開，得到分離體；2、畫分離體受力圖，內(nèi)力用分量表示；3、對(duì)分離體建立平衡方程，求得內(nèi)力。Page531、截面法求內(nèi)力是根據(jù)平衡方程，與材料屬性無(wú)關(guān)；2、內(nèi)力與所處截面有關(guān)，不同的截面，內(nèi)力不同；3、內(nèi)力是作用在切開截面上的連續(xù)分布力，利用平衡方程求出的是內(nèi)力的合力或合力矩。

注意：例：求下面兩種情況下，1-1和2-2截面上的內(nèi)力。1各向異性材料FFF2F12Page54三、桿件（按受力與變形）分類桿軸梁Page55§1-4正應(yīng)力與切應(yīng)力K點(diǎn)的應(yīng)力：

F2ΔAKDFF1ΔFS正應(yīng)力：切應(yīng)力：△A內(nèi)平均應(yīng)力：Page56

應(yīng)力特點(diǎn)1.

應(yīng)力是矢量2.同一橫截面上，不同點(diǎn)處的應(yīng)力一般不同3.過(guò)同一點(diǎn)，不同方位截面上的應(yīng)力一般不同

應(yīng)力單位（Pa－Pascal

帕）（M－Mega

兆）Page57棱邊