材料力学（全套课件58p）

,材料力学,一、材料力学课程的性质和作用,材料力学是由基础课过渡到专业课的一门技术基础课。 主要内容包括构件的拉（压）、剪切、扭转、弯曲内力、弯曲应力、弯曲变形、应力状态和强度理论、组合变形、能量法及超静定问题、压杆稳定、动载荷及疲劳强度。 通过本课程的学习，培养学生在有关构件的强度、刚度和稳定性方面具有明确的概念、必要的基础知识、比较熟练的计算能力和初步的实验分析能力，为培养创新精神和创新能力提供潜在的意识准备。,二、材料力学课程的地位,材料力学课程是机械工程、建筑工程、材料工程、环境工程等专业的主干学科，同时，又是学位课。 这就决定了它在工科院校的骨干学科地位。它在这些专业中，是学生在未来工程中创新的必备知识 。 材料力学把基础课和专业课有机地连系起来，即起到承先启后的桥梁作用。 在学习材料力学过程中，要用到高等数学、物理学、理论力学的知识，由材料力学学科得到的概念、理论、方法、结论、结果和计算技能素质，直接应用于专业课和工程设计中。材料力学学科的分析方法、思路、结论等知识掌握得如何，直接影响专业课的学习效果，可见，材料力学在上述各专业中起到举足轻重的作用。,目 录 第一章 绪论 第二章 拉伸、压缩与剪切 第三章 扭转 第四章 弯曲内力 附录I 平面图形的几何性质 第五章 弯曲应力,第六章 弯曲变形 第七章 应力分析 强度理论 第八章 组合变形 第九章 压杆稳定 第十三章 能量方法 第十四章 超静定结构,第一章 绪 论,材料力学,绪 论,第一章 绪 论,材料力学：研究物体受力后的内在表现， 即，变形规律和破坏特征。,1-1 材料力学的研究对象,1-2 材料力学的任务与工程的联系,1-3 变形固体的性质及基本假设,1- 杆件变形的基本形式,绪 论,1-4外力及其分类,15内力 截面法 应力的概念,16 变形与应变,作业,材料力学历史悠久,作为一门系统的科学已有360多年的历史 但在这以前，古人对材料力学知识和材料强度的认识已积累丰富的经验，并推动了生产的发展 如拱桥赵州桥。矩形梁h/b3/2。,绪 论,对“材力”做出重大贡献的科学家,伽利略（意）公元1638年发表了关于两种新科学的叙述及其证明（计算梁的强度，由于用刚体力学，而未考虑梁受力后变形这一重要因素，以至结论不正确，但他开辟了理论与实践计算构件的新途径）。 虎克（英）公元1678年虎克定律。 库克（法）公元1773年梁的弯曲问题。 郑玄（中）公元127200年（东汉） 阐述弹性定律，比虎克早1500年，引证中国古代材料力学史。,绪 论,欧拉（瑞士）公元1744年压杆临界载落他一生写了866件书和论文。1896年瑞士孟汗太因铁路桥因Hangjia压杆失稳而倒塌，稳定理论才发展。 美国铁摩辛柯及我国近代著名桥梁科学家茅以升、钱学森、钱令希、钱伟长、孙训芳等。我国在力学方面处于领先地位。 由于生产、科学的发展，“材力”又出现了很多分新学科。结构力学、弹性力学、塑性力学、结构矩阵力学、有限元法、断裂力学、实验力学等。,绪 论,绪 论,达芬奇说： “力学是数学的乐园，因为我们在这里获得了数学的果实。”,达芬奇,伽利略,绪 论,绪 论,绪 论,1-1 材料力学的研究对象,1、构件,2、构件分类,绪 论,块体,绪 论,材料力学以“梁、杆”为主要研究对象,工程中多为梁、杆结构,绪 论,1-2、材料力学的任务及与工程的联系,强度、刚度、稳定性,绪 论,绪 论,1、强度：,构件的抗破坏能力,绪 论,绪 论,绪 论,绪 论,2、刚度：构件的抗变形能力。,绪 论,绪 论,强度 和 刚度,绪 论,工程构件的强度、刚度问题,绪 论,构件保持原有平衡状态的能力,3 稳定性,绪 论,绪 论,绪 论,工程结构的强度、 刚度和稳定问题,绪 论,自行车结构也有强度、 刚度和稳定问题,绪 论,空间站和航天器,绪 论,兵器工业飞机与导弹,绪 论,兵器工业,绪 论,民用航空,绪 论,车辆与道路,绪 论,大型桥梁的强度 刚度 稳定问题,绪 论,澳 门 桥,上海南浦大桥,我国著名桥梁,南京长江大桥,绪 论,材料力学的任务,在满足强度、刚度、稳定性的要求下，以最经济的代价，为构件确定合理的形状和尺寸，选择适宜的材料，而提供必要的理论基础和计算方法。,绪 论,绪 论,绪 论,桥 梁 的 共 振 破 坏,塔科马（Tacoma）桥风振致毁 1940年11月7日，美国华盛顿州塔科马桥因风振致毁。这一严重的桥梁事故，开始促使人们对悬索桥结构的空气动力稳定问题进行研究。该桥主跨长853.4m，全长1810.56m，桥宽11.9m，而梁高仅1.3m。通过两年时间的施工，于1940年7月1日建成通车。但由于当时人们对柔性结构在风作用下的动力响应的认识还不深入，该桥的加劲梁型式极不合理（板式钢梁），导致在中等风速(19m/s)下结构就发生破坏。幸好在桥梁破坏之前封闭了交通。据说，在出事当天，一位记者把车停在桥上，并把一条狗留在车内。桥倒塌时，只有他本人跑到了桥台处。该桥破坏时，当地Tacoma报社的编辑Leonard Costsworth恰好路过，并用摄影机记录下一段珍贵的胶片。这才使得后人有机会一睹当年桥毁场面。当地的报纸以简洁的标题对这场事故作了报道，“损失：一座桥、一辆汽车、一条狗”。10年以后，才开始重新修建塔科马桥。仍采用悬索桥型式，但加劲梁改为桁架式。新桥总长较旧桥长12m，于1950年10月14日建成通车。,海洋石油钻井平台,绪 论,1-3 可变形固体的性质及其基本假设,一、连续性假设：物质密实地充满物体所在空间，毫无空隙。 （可用微积分数学工具）,二、均匀性假设：物体内，各处的力学性质完全相同。,三、各向同性假设：组成物体的材料沿各方向的力学性质完全 相同。（这样的材料称为各向同性材料；沿各方向的力学 性质不同的材料称为各向异性材料。）,四、小变形假设：材料力学所研究的构件在载荷作用下的变形 与原始尺寸相比甚小，故对构件进行受力分析时可忽略其 变形。,绪 论,外力：来自构件外部的力。 （一） 方式 1体积力：连续分布于物体内部各点（自重， 惯性力）单位N/m3 2表面力: 表面力. 是作用干物体表面的力，又 可分为分布力和集中力。 分布力是连续寸用于物体表面的力，如作用 于油缸内壁上的油压力。N/m2 有些分布力是沿杆件的轴线作用的，如楼板 对屋梁的作用力。N/m,14 外力及其分类,绪 论,若外力分布面积远小干物体的表面尺寸，或沿杆件轴线分布范围远小于轴线长度，就可看作是作用干一点的集中力，如火车轮对钢轨的压力，滚珠轴承对轴的反作用力等。N,KN (二)时间 1 静载荷：0P,在不变或不明显。 2 动载荷：随时间变化,绪 论,15 内力 截面法 应力的概念,绪 论,绪 论,绪 论,绪 论,绪 论,N/m2 (pa ) N/m2 国际单位制： 1k pa = 103Pa 1MPa=106Pa 工程单位制：Kgf/cm2,16 变形