《材料力学基本概念》PPT课件.ppt

1,工程力学 Mechanics of Engineering 长沙理工大学土建学院 文海霞 2019年5月14日星期二,2,材料力学,材料力学：研究材料的强度、刚度和稳定性 问题。其研究对象是变形体，是变形体力学。,3,材料力学,第5章 材料力学基本概念,第6章 杆件的内力分析,第8章 杆件的应力及强度计算,第7章 截面图形的几何性质,第9章 杆件的变形与刚度计算,4,第10章 应力应变状态分析,第11章 强度理论,第13章 压杆的稳定性(自学),第12章 组合变形(自学),5,第五章 材料力学基本概念,6,5-1 材料力学的任务,结构物(机械)由构件(零件)组成。,一、基本概念,1.结构（机械）和构件（零件）, 5-1 材料力学的任务,主架、吊臂、操作室、配重。,7,弹性变形,塑性变形, 5-1 材料力学的任务,2.变形:,弹性变形和塑性变形,8,3.构件的承载能力,. 具有足够的强度构件抵抗破坏的能力。, 5-1 材料力学的任务,破坏形式：断裂或者产生明显的塑性变形,9,美国的Tacoma（塔科马）老桥于1940年11月7日因风力引起 的振动而产生断裂, 5-1 材料力学的任务,断裂破坏,10,第一章 绪论及基本概念,明显的塑性变形,11,. 具有足够的刚度荷载作用下的弹性变形不超过工程允许范围。, 5-1 材料力学的任务,12,理想中心压杆,. 满足稳定性要求对于理想中心压杆是指荷载作用下杆件能保持原有形式的平衡。, 5-1 材料力学的任务,13,1.材料力学的任务：满足上述强度、刚度和稳定性要求同时，尽可能选用合适材料和降低材料消耗量，以节约投资成本。（安全与经济）。,二、材料力学的任务, 5-1 材料力学的任务,14,A4复印纸在自重作用下产生明显变形,折叠后变形明显减小,2.生活实例, 5-1 材料力学的任务,15,自行车的主要受力部件均由薄壁钢管制成,为什么不用实心的钢筋做呢?, 5-1 材料力学的任务,16,5-2 材料力学的基本假设,材料在荷载作用下都会产生变形尺寸改变和形状改变可变形固体。,. 连续性假设无空隙、密实连续。,一、可变形固体,二、对可变形固体的基本假设, 5-2 材料力学的基本假设,17,. 均匀性假设各点处材料的力学性能相同。,. 各向同性假设一点处材料沿各个方向的力学性能相同。,. 小变形假设构件在承受荷载作用时，其变形与构件的原始尺寸相比很小，有时甚至可以略去不计。, 5-2 材料力学的基本假设,18,5-3 外力、内力与截面法,2.作用过程 静载荷：载荷不随时间变化; 动载荷：载荷随时间变化。,1.作用方式 表面力：集中力、分布力（线分布、面分布、体分布）; 体积力：自重、惯性力。,一、外力,1. 作用在构件上的载荷和约束力统称为外力。,2. 外力的分类, 5-3 外力、内力与截面法,19,二、内力,因为各点之间原来存在着相互作用力，使杆件保持着一定的形状。由于外力的作用，各点的位置发生相对变化，相互作用力也要发生相应的变化。这种因外力作用而引起的杆件各点间产生相对位移的力称为附加内力，即材料力学要研究的内力。,1. 内力的概念,2. 内力的特点,内力随着外力的产生而产生，内力成对出现，且等直反向，并作用在构件的两个不同部分上。, 5-3 外力、内力与截面法,20,三、截面法：,截、取、代、平, 5-3 外力、内力与截面法,C点通常取截面形心,21,空间一般问题内力分量有6个。,轴力：FN；,扭矩：T；,剪力： Fsy , Fsz ；,弯矩：My, Mz ；,空间一般问题内力分量有几个？, 5-3 外力、内力与截面法,22,答：3个。, 5-3 外力、内力与截面法,平面一般问题内力分量有几个？,23,直杆 曲杆,主要几何因素： 横截面、轴线,等截面杆和变截面杆,四、杆件的几何特性, 5-3 外力、内力与截面法,24,5-4 应力与应变,一、应力, 5-4 应力与应变,：受力构件上某一截面上某一点的内力集度。,25,1.应力是受力构件上某一截面上某一点处定义的；,2.应力是矢量：,正应力以拉为正，压为负；,切应力以对所取研究对象内任一点 产生顺时针矩为正，反之为负。,3.应力的量纲及单位,量纲：, 5-4 应力与应变,26,二、应变,单位长度的伸长量或缩短量。,帕(Pa)、千帕(kPa) 、 兆帕(MPa) 、吉帕(GPa),单位：,1kPa=103 Pa,1MPa=106 Pa,1GPa=109 Pa,线（正）应变,切（角、剪）应变,直角的改变量。,1Pa=1N/m2, 5-4 应力与应变,(无量纲),27,变形前,变形后,单位长度的伸长量或缩短量称为线应变。,线应变（正应变）, 5-4 应力与应变,28,切应变（剪应变、角应变）,直角的改变量称为切应变。,线应变只与正应力有关，与切应力无关；,切应变只与切应力有关，与正应力无关。, 5-4 应力与应变,29,三、简单的应力应变关系（物理关系）,E：材料的弹性模量,G：材料的剪切弹性模量,材料的比例极限, 5-4 应力与应变,30,5-5 杆件变形的基本形式,一. 轴向拉伸或轴向压缩, 5-5 杆件变形的基本形式,31,二. 剪切, 5-5 杆件变形的基本形式,32,三. 扭转, 5-5 杆件变形的基本形式,33,四. 弯曲,F1=F2时(从而亦有FA=FB)车轴的AB部分不受剪切纯弯曲。 而车轴的外伸部分既受弯又受剪横力弯曲, 5-5 杆件变形的基本形式,34,工程中常用构件在荷载作用下，大多为几种基本变形形式的组合组合变形。, 5-5 杆件变形的基本形式,35,1.梁的典型形式,2.载荷简化,五、梁的分类及载荷形式, 5-5 杆件变形的基本形式,36,例题5-5-1、求图示结构中11和22截面的内力，并在 分离体上画出内力的方向。,1.求2-2截面的内力,2.求1-1截面的内力,解得：,解：,第五章完, 5-5 杆件变形的基本形式,37,作业：P351, 5-5 杆件变形的基本形式,思考：P364,38,赵州桥 世界上现存最早、跨度最大的空腹式单孔圆弧拱石桥。位于中国河北省赵县，跨洨水。原名安济桥，俗称大石桥。隋开皇十五年至大业元年(595605年)由匠人李春修建。净跨 37.02 m，矢高7.23 m，桥面宽9 m。拱由28券(窄拱)并列组成。大拱券上两端各建有两个小拱(净跨分别为2.85 m和3.81 m)，以减轻桥身自重和增大泄洪面积。由于桥位良好、基底应力适宜，千余年来虽经多次洪水和地震，桥身基本完好。该桥构思精巧，造型稳重，是世界桥梁史上的杰作。1961年定为中国全国重点文物保护单位。,39,安澜索桥 安澜索桥是国家重点文物保护单位，相传始建于李冰建都江堰的战国末期，宋代时重建。历史上这座桥曾毁坏过几次，当时的政府均马上加以重修。这座桥原为一座竹索桥，现已改建成钢索桥，只是表面进行了仿竹木处理。全桥有九墩八孔，长340 m,宽1.4 m ，高13 m。,40,胡克（Hooke Robert,16351703年),胡克1635年出生于英格兰怀特岛清水村,1653年到牛津大学作工读生。 1655年成为玻意耳的助手，由于他的实验才能，1662年被任命为皇家学会的实验主持人，1663年获硕士学位，同年被选为皇家学会正式会员，又兼任了学会陈列室管理员和图书管理员。1665年任格雷姆学院几何学教授，16671683年任学会秘书并负责出版会刊。1703年在伦敦逝世。,17世纪英国优秀的物理学家和天文学家。他的成就是多方面的。在光学和引力研究方面仅次于牛顿，而作为科学仪器的发明者和设计者，在当时是无与伦比的。,41,1665年，胡克提出了光的波动学说，将光振动的传播同水波的传播相比较。1672年，他进一步指出，光振动可以垂直于光传播的方向，他还研究了云母片的颜色，确认光现象随着云母片厚度的变化而变化。,胡克根据弹簧实验的结果，于1678年得出了胡克定律，即在比例极限内，弹性物体的应力与应变成正比。,1674年，胡克根据修正的惯性原理，以及离开太阳的离心力同向着太阳的吸引力之间的平衡，提出了行星运动的理论。,胡克的主要著作有显微检测法、哲学实验与观察等。,42,伽利略（Galileo Galilei,15641642年) 意大利物理学家、天文学家。生于意大利北部佛罗伦萨一个贵族的家庭。1581年入比萨大学学医。主张研究自然界必须进行系统的观察和实验，是近代实验科学与机械唯物主义的奠基者之