材料力学-第1章绪论

实验选课通知第四周:常温单轴拉伸实验、压缩实验HE107第六周:扭转实验、各向异性材料的单轴拉伸实验HE104

第九周:弹性常数E、µ的测定、梁的弯曲正应力测定HE2161、选课网址/xuanke/2、选课时间12月7日0：00时——12月13日24：00时截至。3、学生登陆帐号和密码均为自己的学号。4、选课截止前一定要再次复查自己的选课结果，若发现“未满5人，请重选”的提示信息，说明该时段未满5人不开课，请务必重新选择其它时段。5、实验指导书电子版网址/页面的实验指导，实验指导页面的表格下载中有实验报告可供学生下载，请同学们在实验前预习相关实验，实验课后要认真填写完整的实验报告。6、由于学生自身原因未选好实验课程，责任自负。1编辑ppt材料力学ShanghaiUniversity2编辑ppt材料力学第一课课堂学习要求严禁抄作业按时上课，不可迟到手机保持关机或者静音上课期间严禁饮食、聊天

3编辑ppt材料力学第一课考试、考核方法期末考试成绩70％

平时成绩30％

－平时作业20％（严禁抄作业）

－实验10％

每周五上课之前交上一周作业，过时不收!

4编辑ppt我的联系方式：Email:yicheng_s@Office:HE206材料力学第一课任何时候欢迎来办公室答疑5编辑ppt材料力学第一章绪论6编辑ppt材料力学－第1章绪论本课程的目的：具有将常用构件简化为力学计算简图的能力掌握材料力学的基本假设、研究方法、基本理论及其适用范围能熟练对杆件进行强度、刚度和稳定性计算和分析掌握材料力学性能实验的基本方法7编辑ppt材料力学－第1章绪论1.概述材料力学的任务变形固体的性质及基本假定－理想化模型材料力学的研究对象杆件变形的基本形式2.基本概念外力与内力应力应变胡克定律（Hooke’slaw）8编辑ppt材料力学－第1章绪论材料力学的任务9编辑ppt材料力学－第1章绪论自然和工程实际中各种各样的结构物和机械（如机床、起重机、建筑物等）都是由许多基本元件组成的（如梁、柱、轴、板、齿轮等）这些基本元件称为结构的构件或机器的零件材料力学的任务10编辑ppt材料力学－第1章绪论结构物、机器安全正常工作的前提是充分认识和了解其材料的力学性能。因此，材料力学是众多工程学科的基础整体结构安全的基础是各个构件、零件应具有足够的承受荷载（即外力）的能力——简称为承载能力材料力学的任务11编辑ppt材料力学是研究和分析各种构件承载能力的学科之一在材料力学中，对构件承载能力（力学性能）的研究包含以下三个方面的内容：强度——在载荷作用下构件不致于发生破坏（断裂、屈服），即构件抵抗破坏的能力刚度——构件的变形不能超过工程上允许的范围，即构件抵抗变形的能力稳定性——构件的原有平衡应保持为稳定平衡，即构件保持原有平衡状态的能力材料力学－第1章绪论材料力学的任务12编辑ppt强度－构件受力后不发生破坏或不产生不可恢复的变形录音磁带桥梁的钢索、桥面、立柱等材料力学－第1章绪论材料力学的任务13编辑ppt强度－构件受力后不发生破坏或不产生不可恢复的变形地震中桩的破坏（断裂）水库大坝材料力学－第1章绪论材料力学的任务14编辑ppt强度－构件受力后不发生破坏或不产生不可恢复的变形结构的破坏（屈服）材料力学－第1章绪论材料力学的任务15编辑ppt强度－构件受力后不发生破坏或不产生不可恢复的变形风载下桥的破坏TacomaDamage(1940,USA)——桥梁的风致振动材料力学－第1章绪论材料力学的任务16编辑ppt刚度

—构件的变形不能超过工程上允许的范围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。材料力学－第1章绪论材料力学的任务17编辑ppt刚度

—构件的变形不能超过工程上允许的范围桥面的刚度材料力学－第1章绪论材料力学的任务18编辑ppt刚度

—构件的变形不能超过工程上允许的范围轴的刚度材料力学－第1章绪论材料力学的任务19编辑ppt稳定性——构件的原有平衡应保持为稳定平衡受压杆件的稳定性材料力学－第1章绪论材料力学的任务20编辑ppt稳定性——构件的原有平衡应保持为稳定平衡塔吊中的稳定性材料力学－第1章绪论材料力学的任务21编辑ppt稳定性——构件的原有平衡应保持为稳定平衡高速行驶的火车的稳定性材料力学－第1章绪论材料力学的任务22编辑ppt稳定性——构件的原有平衡应保持为稳定平衡强度、刚度、稳定性问题材料力学－第1章绪论材料力学的任务23编辑ppt材料力学的任务： 在保证构件安全可靠的前提下，为构件选择适当的材料确定合理的尺寸、形状提供必要的理论基础和计算方法由于构件的强度、刚度和稳定性问题的分析都涉及到材料的变形特征。因此，材料力学中的构件都是变形体，这是材料力学和理论力学的本质区别材料力学－第1章绪论材料力学的任务24编辑pptPaperproduceslargedeformationPaperafterfoldedAppropriatedimensionsandconfiguration材料力学－第1章绪论材料力学的任务25编辑ppt设计原则—一般情况下，对于某一具体构件，强度、刚度和稳定性这三个方面，只有一个方面是主要的，从而，只需解决这个主要方面的矛盾对于某些特殊结构，可能这三个方面都必须详细研究、设计，以保证结构的正常工作材料力学－第1章绪论材料力学的任务26编辑ppt材料力学－第1章绪论材料力学的发展简史27编辑ppt材料力学的发展简史“科学的发生和发展，一开始就由生产决定的”—恩格斯“力学是现代工业的基础”—马克思在材料力学建立和发展的历史中，始终伴随着理论分析、实验研究和工程实践的紧密结合材料力学－第1章绪论材料力学的发展简史28编辑ppt材料力学－第1章绪论材料力学的发展简史在古代建筑中，没有严格的科学理论。只是在长期生产实践中，对构件承力的性质积累了一些定性或较粗浅的定量认识例如，从圆木中截取矩形截面的木梁时，当高宽比为3

2时最为经济（材料力学的结论为1.414:1）秦代建造的都江堰，充分利用了岩石的热胀冷缩、卵石的抗压性和楠竹的良好抗拉性29编辑ppt古人的感性认识都江堰水利工程

北京天坛祈年殿材料力学－第1章绪论材料力学的发展简史30编辑ppt材料力学－第1章绪论材料力学的发展简史随着工业的发展，在船舶、大型建筑工程等的建造中所碰到的问题日益复杂，单凭经验已无法解决在对构件强度和刚度长期定量研究的基础上，逐渐形成了材料力学学科意大利科学家伽利略（Galileo，1564～1642）为解决建造船舶和水闸所需的梁的尺寸问题，于1638年首次提出梁的强度计算公式，出版了世界上第一本材料力学教本《两门新的科学》31编辑ppt材料力学－第1章绪论材料力学的发展简史《两门新的科学》（1638）

32编辑ppt材料力学－第1章绪论材料力学的发展简史33编辑ppt材料力学－第1章绪论材料力学的发展简史受力分析（有误）34编辑ppt材料力学－第1章绪论材料力学的发展简史英国科学家胡克(RobertHooke，1635～1703)在1678年发表了根据弹簧实验观察所得的“力与变形成正比”这一重要物理定律（即胡克定律），奠定了材料力学的科学基础从18世纪起，材料力学开始沿着科学理论的方向发展35编辑ppt材料力学－第1章绪论材料力学的发展简史Hooke胡克“弹簧实验”装置36编辑ppt材料力学－第1章绪论材料力学的发展简史此后瑞士的数学家、力学家欧拉（L.Euler,1707～1783）、法国的科学家泊松（S.D.Poisson,1781～1840）、法国的力学家圣维南（Saint-Venant,1797～1886）、法国的力学家工程师纳维埃（Navier1785～1838）等都对弯曲理论、扭转理论、稳定理论以及材料实验作出卓越的贡献，丰富、发展和完善了材料力学这门学科37编辑ppt材料力学－第1章绪论材料力学的发展简史Euler力学家欧拉（L.Euler,1707～1783）对弹性线的研究38编辑ppt材料力学－第1章绪论材料力学的发展简史近代工业、高速车辆、飞机、大型机械以及铁路桥梁等的出现，使减轻构件的自重成为亟待解决的问题随着冶金工业的发展，新的高强度金属（如钢和铝合金等）逐渐成为主要的工程材料，从而使薄型和细长型构件大量被采用这类构件的失稳破坏屡有发生，引起工程界的重视，从而成为构件刚度和稳定性理论发展的推动力39编辑ppt材料力学－第1章绪论材料力学的发展简史由于超高强度材料和焊接结构的广泛应用，循环载荷下的低应力脆断和疲劳事故又成为新的研究课题，促使这方面研究迅速发展这些问题的研究使得力学的分工越来越细，出现了更多的以材料力学、结构力学、弹性力学和塑性力学为基础的固体力学分支40编辑ppt材料力学－第1章绪论材料力学的发展简史TIMOSHENKO铁摩辛柯教授的专著

41编辑ppt材料力学－第1章绪论材料力学的发展简史vonKarman钱学森教授42编辑ppt材料力学－第1章绪论材料力学的发展简史地质力学家李四光教授钱伟长教授43编辑ppt随着生产的发展和科学的进步，材料力学的研究内容不断深化、研究范围不断扩大目前，材料力学的主要研究领域为薄壁结构的应用及其力学性能预应力结构的应用新型材料的力学性质及其应用（如聚合物、合成橡胶、高强度合金、纳米材料等）多孔材料结构的力学行为

材料力学－第1章绪论材料力学的发展简史44编辑pptAbikeframeismadeofthin-walledsteelpipes材料力学－第1章绪论材料力学的发展简史45编辑ppt如：纳米力学纳米微机械生物探针纳米材料制成的齿轮生物探针的纳米力学行为材料力学－第1章绪论材料力学的发展简史46编辑ppt材料力学－第1章绪论变形固体的性质及基本假定－理想化模型47编辑ppt材料力学－第1章绪论变形固体的基本假设通常，在荷载作用下，固体的形状和尺寸都发生改变，这种现象称为固体变形，这些材料称为可变形固体材料力学是研究可变形固体力学行为的学科之一，而理论力学研究的是刚体力学48编辑ppt材料力学－第1章绪论变形固体的基本假设

刚体与变形体模型49编辑ppt材料力学－第1章绪论变形固体的基本假设刚体F´FF´F50编辑ppt材料力学－第1章绪论变形固体的基本假设变形体F´FF´F51编辑ppt材料力学－第1章绪论变形固体的基本假设实际材料的物质结构是各不相同的金属——具有晶体结构塑料——具有长链分子结构玻璃——由排列规则的硅原子和氧原子组成微观上，它们的共同特征为物质结构都具有不同程度的孔隙可能含有杂质等缺陷52编辑ppt材料力学－第1章绪论变形固体的基本假设灰口铸铁的显微组织球墨铸铁的显微组织53编辑ppt材料力学－第1章绪论变形固体的基本假设普通钢材的显微组织优质钢材的显微组织54编辑ppt材料力学－第1章绪论变形固体的基本假设不同成分的纳米复合陶瓷的显微组织55编辑ppt材料力学－第1章绪论变形固体的基本假设高分子材料微观结构56编辑ppt材料力学－第1章绪论变形固体的基本假设变形固体的三个主要基本假定连续性假定均匀性假定各向同性假定57编辑ppt材料力学－第1章绪论变形固体的基本假设连续性假定——假设物体在其整个体积内充满物质，毫无孔隙，其结构是密实的微观不连续宏观连续

58编辑ppt材料力学－第1章绪论变形固体的基本假设均匀性假定——假设物体内任意部分的单元体具有相同的力学性质在统计平均的意义下，认为物体各个部分的力学性质是相同的微观不均匀宏观均匀

59编辑ppt材料力学－第1章绪论变形固体的基本假设各向同性假定——假设物质材料沿各个方向的力学性质相同对于某些材料（如金属），就其微粒（单个晶粒）而言，其力学性质是有方向的在微粒排列是随机的条件下，按统计平均的观点，材料中取出的单元体在各个方向呈现相同的力学性质现实世界中，存在着大量非各向同性（即各向异性）的材料，如木材、岩石、还氧树脂碳纤维等60编辑ppt材料力学－第1章绪论变形固体的基本假设除上述基本假设外，材料力学分析中常用的另一个假定为——小变形假设如果构件的变形与其形状尺寸相比是很小的，则称这类变形称为小变形在这类变形中，构件的位移（小位移）和应变都很小。因此，可在未变形的构形中计算静力平衡问题，从而简化问题的分析61编辑ppt材料力学－第1章绪论变形固体的基本假设例如：两铰接直杆的拉伸例如：梁的弯曲FDD62编辑ppt材料力学－第1章绪论变形固体的基本假设在工程中，除特定的目的和用途，一般情况下，构件的变形都限制在弹性范围内，因此，常用的另一假定为弹性假设弹性和塑性变形物体在外荷载作用下发生变形，当外荷载卸除后，如果材料能恢复其原有的形状，这种变形称为弹性变形，否则称为塑性变形63编辑ppt材料力学－第1章绪论变形固体的基本假设弹性变形（可恢复性）海绵沥青塑性变形(不可恢复性）64编辑ppt材料力学－第1章绪论变形固体的基本假设构件的变形分为两类：弹性变形——外力解除后可恢复的变形塑性变形（残余变形）——外力解除后不能恢复的变形材料在弹性变形范围内不存在塑性变形材料在发生塑性变形时，通常含有弹性变形65编辑ppt材料力学－第1章绪论变形固体的基本假设一段直钢丝的弯曲卸除荷载后塑性挠度Dp弹性挠度De=D-DpP施加荷载Δ弹性变形塑性变形66编辑ppt材料力学－第1章绪论材料力学的研究对象67编辑ppt材料力学－第1章绪论材料力学的研究对象工程中的构件，形状多种多样，按照其几何特征，一般可分为杆件和板件杆件

—指其一个方向的尺寸远大于其它两个方向尺寸的构件杆件的形状和尺寸由其轴线与横截面确定轴线是指通过横截面形心的线段横截面是指与杆件轴线方向垂直的截面轴线横截面68编辑ppt材料力学－第1章绪论材料力学的研究对象杆件的分类杆件直杆曲杆等截面直杆变截面直杆等截面曲杆变截面曲杆69编辑ppt材料力学－第1章绪论材料力学的研究对象材料力学研究的主要对象为杆件，即一维结构，并且，通常研究等截面直杆70编辑ppt材料力学－第1章绪论材料力学的研究对象另外，材料力学也研究简单壳体，如液压缸的气缸、薄壁锅炉的筒体，这类结构称之为薄壁结构71编辑ppt材料力学－第1章绪论杆件变形的基本形式72编辑ppt材料力学－第1章绪论杆件变形的基本形式可以证明，对于小变形、线弹性的杆件，其一般变形可由如下四种基本变形形式组合而成拉伸、压缩变形剪切变形扭转变形弯曲变形73编辑ppt材料力学－第1章绪论杆件变形的基本形式拉伸或压缩（tensionorcompression）

当杆件两端承受沿轴线方向的拉力或压力载荷时，杆件将产生轴向伸长或压缩变形。74编辑ppt材料力学－第1章绪论杆件变形的基本形式剪切(shearing)在平行于杆横截面的两个相距很近的平面内，方向相对地作用着两个横向力，当这两个力相互错动并保持二者之间的距离不变时，杆件将产生剪切变形。75编辑ppt材料力学－第1章绪论杆件变形的基本形式GrandCanyon大自然的剪切效应76编辑ppt材料力学－第1章绪论杆件变形的基本形式扭转(torsion)当作用在杆件上的力组成作用在垂直于杆轴平面内的力偶T时，杆件将产生扭转变形，即杆件的横截面绕其轴相互转动。变形前位置变形后位置77编辑ppt材料力学－第1章绪论杆件变形的基本形式弯曲(bending)当外加力偶M或外力作用于与杆件垂直的纵向平面内时，杆件将发生弯曲变形，其轴线将变成曲线。

78编辑ppt材料力学－第1章绪论材料力学（单辉祖主编）材料力学（刘鸿文主编）材料力学（叶开沅主编）材料力学（铁摩辛柯著）MechanicsofMaterials（JamesM.Gere著）材料力学解题指导及习题集（清华大学材料力学教研室）材料力学学习指导（范钦珊）参考数目79编辑ppt材料力学－第1章绪论2.基本概念外力与内力应力应变胡（虎）克定律（Hooke’slaw）80编辑ppt材料力学－第1章绪论外力和内力81编辑ppt材料力学－第1章绪论外力和内力外力—其他构件和物体作用在所研究对象上的力按作用方式表面力体积力按分布情况分布力集中力随时间变化？静载荷动载荷82编辑ppt材料力学－第1章绪论外力和内力内力：

当物体受到外力作用而变形时，物体内部各质点的相对位置将发生变化，从而导致构件内部相邻两部分之间产生相互作用力。

由于内力是物体内部的力，只有将物体假想地截开，并将其显示地表现出来，才能确定内力的大小及其方向83编辑ppt材料力学－第1章绪论外力和内力内力—由于外力作用，构件内部相连部分之间的相互作用力杆件要平衡，则外力须平衡杆件要平衡，外力须与内力平衡84编辑ppt材料力学－第1章绪论外力和内力几种内力？轴力—作用线垂直所切横截面并通过形心的内力分量（与杆