材料力学1(绪论)

一、材料力学的任务二、材料力学的研究内容三、材料力学的基本假设四、材料力学的研究对象及杆件变形的基本形式五、材料力学的课程性质与特点六、如何学好材料力学第一章绪论一、问题的提出：一个故事引出

的问题从前，有一个国王，他有三个儿子，但是这三个儿子互相争权夺势，一点都不团结。老国王担心自己死后，他们会为争夺王位而互相残杀，这样下去，国家一定会四分五裂。有一天，他把这三个儿子叫到跟前，给三个儿子每人一根筷子，让他们折断。三个儿子轻轻一折，不费吹灰之力就把手中的筷子折断了。国王又给三个儿子每人三根筷子，这三根筷子是紧紧捆在一起的，这回，三个儿子不管怎么使劲，没有一个人能折断捆在一起的三根筷子。这时，国王说话了：“你们就像这三根筷子，如果只凭一个人的力量，很容易被打败，而大家团结在一起，就会像捆紧的筷子，力量才强大。”三个儿子恍然大悟。这个故事告诉我们：只有团结在一起，力量才是最大的。故事的原意是团结就是力量，但我们的问题是:1、为什么三支筷子就不容易折断?2、如果筷子是钢做的，他们能不能折断？为什么？3、如果不是折，而是拉，你认为他们能不能拉断一支筷子？为什么？一个任务引发的思考张三上班第一天，老板叫他去买一种型钢用来制作结构的主梁，必须满足下面下面这张图的要求：（黄色的梁不能因为在受到q的均布载荷作用下发生过大的变形甚至断裂）潜在的威胁:1、买的型钢无法承载q发生事故被炒鱿鱼2、买的型钢牌号过大造成浪费被炒鱿鱼我们的问题是：

1、究竟应该买什么样牌号的型钢呢？

2、如果已经有了某种牌号的型钢制成的梁，那么这根梁能承受多大的q呢？研究构件的承载能力，研究材料的力学性质，在既安全又经济的条件下，为构件选择合适的材料，确定合理的截面形状和尺寸提供计算理论与方法。一材料力学的任务第一章绪论问题的提出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二、什么是材料力学材料力学主要研究杆件的应力、变形以及材料的宏观力学性能的学科。固体力学的一个基础分支。材料力学是工程设计的基础之一，即结构构件或机器零件的强度、刚度和稳定性分析的基础。材料力学是机械类专业后续课程的重要基础。材料力学是一门研究构件的承载能力以达到安全与经济目的的学科。破坏－断裂或过量的塑性变形变形——构件尺寸与形状的变化。弹性变形——外力解除以后可消失的变形。塑性变形——外力解除以后不能消失的变形。一材料力学的任务/1研究构件的承载能力强度、刚度和稳定性

强度：构件或零部件具有的一种能力，在确定的外力作用下，不发生破裂或过量塑性变形的能力。

弹性变形

Elastic

Deformation外力解除后可以消失的变形

塑性变形

Plastic

Deformation外力解除后不能消失的变形

变形

Deformation构件尺寸和形状的变化强度、刚度和稳定性刚度Stiffness是指构件受力后不能发生超过工程允许的弹性变形的能力。机械加工用的钻床的立柱，如果强度不够，就会折断(断裂)或折弯(塑性变形)；如果刚度不够，钻床立柱即使不发生断裂或者折弯，也会产生过大弹性变形（图中虚线所示为夸大的弹性变形），从而影响钻孔的精度，甚至产生振动，影响钻床的在役寿命。强度、刚度和稳定性

稳定性Stability是指构件在压缩载荷的作用下，保持平衡形式不发生突然转变的能力。稳定失效的例子多见于承受轴向压力的工程构件。

翻斗货车的液压机构中的顶杆，如果承受的压力过大，或者过于细长，就有可能突然由直变弯，发生稳定失效。

强度、刚度和稳定性所谓强度是指构件受力后不发生破坏或不产生不可恢复的变形的能力；所谓刚度是指构件受力后不发生超过工程允许的弹性变形的能力；所谓稳定性是指构件在压缩载荷的作用下，保持平衡形式不发生突然转变的能力（例如细长直杆在轴向压力作用下，当压力超过一定数值时，在外界扰动下，直杆会突然从直线平衡形式转变为弯曲的平衡形式）。绪论/一材料力学的任务合理解决安全与经济之间的矛盾

构件设计安全经济满足刚度强度稳定性要求材料好些截面大些降低成本、节约资金材料差些截面小些一材料力学的任务/

合理解决安全与经济矛盾安全经济矛盾力求合理解决选择材料设计截面恰到好处第一章绪论

1、两种简化的力学模型

刚体

变形固体

F´FF´FF´FF´F三材料力学的基本假定(或称简化模型)绪论/三材料力学的基本假设2、变形固体的三个物体假设(又称材料性质模型)连续性假设均匀性假设各向同性假设小变形假设

三材料力学的基本假设/2变形固体的物性假设(1)、连续性假设(不同的地方)

含义:认为组成物体的物质毫无空隙地充满整个物体的几何容积。

作用:可用连续函数来表示此物体的各力学量,如内力、应力、应变和位移等变化。

实际情况:宏观连续,微观不连续。三材料力学的基本假设/2变形固体的物性假设灰口铸铁显微组织球墨铸铁显微组织三材料力学的基本假设/2变形固体的物性假设普通钢材显微组织优质钢材显微组织还例如:砼—石子/黄沙/水泥—但仍有空隙存在。三材料力学的基本假设/2变形固体的物性假设(2)均匀性假设(不同的地方)

含义:认为物体内任何部分的力学性质相同、均匀分布。

作用:可以从小到大(为研究一个整体，可取一小部分研究）也可以从大到小（大尺寸试件测试的力学性能可应用到任何微小部分）

实际情况：宏观均匀，微小不均匀。

三材料力学的基本假设/2变形固体的物性假设低碳钢拉伸局部颈缩现象三材料力学的基本假设/2变形固体的物性假设(3)、各向同性假设（同一点不同的方向）

含义：认为物体在一点处各个方向具有相同的力学性能。

作用：研究问题时不必考虑方向性，即材料力学性能与坐标方向无关。例如：从钢板中取试样。

实际情况：多数各向异性，少数各向同性。例如：木材顺纹横纹、竹子顺纹横纹、复合材料的经向纬向存在很大差异。绪论/三材料力学的基本假定3、材料力学的研究范围及前提条件在材料力学中，实际材料被看是连续、均匀、各向同性的变形固体，但只限于研究弹性范围内的小变形情况。三材料力学的基本假设/3材料力学的研究范围及前提条件（4）小变形假设：假设物体的几何尺寸、形状的改变与其总的尺寸相比是很微小的。小变形下，研究物体的静力平衡时，均可略去小变形，而按照原始尺寸计算，从而使计算简化。三外力、内力及应力的概念外力、内力及应力的概念1.外力：按外力作用的方式体积力:是连续分布于物体内部各点的力如物体的自重和惯性力面积力:如油缸内壁的压力，水坝受到的水压力等均为分布力若外力作用面积远小于物体表面的尺寸，可作为作用于一点的集中力。如火车轮对钢轨的压力等按时间分布力：集中力：静载：动载：缓慢加载（a≈0）快速加载（a≠0），或冲击加载三外力、内力及应力的概念

2.内力——构件内部由于外力作用而引起的各质点之间的相互作用力的改变量，称为附加内力，简称内力。随外力的变化而变化。三外力、内力及应力的概念如何将分布内力简化？分布内力三外力、内力及应力的概念求内力的方法－－截面法1、切2、去3、代4、平三外力、内力及应力的概念一点的应力：当面积趋于零时，平均应力的大小和方向都将趋于一定极限，得到应力的国际单位为Pa1N/m2=1Pa（帕斯卡）1MPa=106Pa1GPa=109Pa应力总量P可以分解成:垂直于截面的分量σ－－正应力平行于截面的分量τ－－切应力应力平均应力:某范围内单位面积上内力的