北京航空航天大学材料力学课件刘华第一章绪论.

Page1,自 我 介 绍,刘华 教授：航空科学与工程学院 飞行器结构强度系，研究方向: 冲击动力学、弹性动力学、纳米力学。 办公室： 新主楼C-911 联系方式 82317507（固体所所办）,Page2,第一章 绪 论,1-1 材料力学的任务与研究对象,1-2 材料力学的基本假设,1-3 外力与内力,1-4 应力,1-5 应变,1-6 胡克定律,1-7 杆件变形的基本形式,Page3,赵州桥隋朝（594605年）,早期建筑的特点：高度低， 跨度小，承载能力低，材料为砖石和木材。,1-1 材料力学的任务与研究对象, 力学在工程中的应用：,Page4,建筑物高度增加, 会产生什么新问题？,Page5,杭州湾大桥（36公里）,桥梁跨度增大还会产生什么新问题？,Page6,长江三峡工程,Page7,海洋石油钻井平台,Page8,Page9,Page10,Page11,航空母舰,Page12,北航人的成果与材料力学的应用,“北京一号” ，新中国第一架轻型旅客机，1958年首飞成功，是北航师生研制的第一项重大成果。,Page13,北航研制的共轴式单人单座直升机，97年8月试飞成功，我国第一架自行研制的共轴式有人直升机。,Page14,北航学生蝉联全国大学生力学竞赛团体第一名。,2000与2004年获奖证书，2007年和2009年个人一等奖,北航在全国大学生力学（理论力学和材料力学）竞赛赢得的荣誉,Page15,构件：组成机械与结构的零、构件。,变形（尺寸、形状）,弹性变形,塑性变形,破坏显著的塑性变形和断裂。, 材料力学的任务与研究对象：,Page16,强度构件在外力作用下抵抗破坏的能力；,刚度构件在外力作用下抵抗变形的能力；,稳定性构件在外力作用下保持原有平衡形式的能力。,Page17,刚性面上，刚性球受微干扰,Page18,强度问题,Page19,前起落架锁 连杆安装螺 栓(销子)意 外断裂。,强度问题,Page20,Page21,刚度问题,Page22,稳定问题,Page23,稳定性问题,2000年南京电视台脚手架失稳,Page24,强度与刚度问题,嫦娥2号探月卫星2010年10月1日发射,Page25,刚度和稳定性问题,Tacoma 海峡大桥 ( 美国Tacoma市 ),Tacoma 海峡新桥,因设计不良1940年破坏,Page26,强度、刚度和稳定问题,Page27,材料力学的任务是研究构件受力以后的变形和破坏的规律，为设计构件提供强度、刚度和稳定性的计算依据，力求使设计的构件既经济又安全。,Page28, 材料力学的研究对象,杆件，简单杆系，某些形状与受力都较简单的板壳,杆件： lb,h,Page29,1-2 材料力学的基本假设, 材料力学研究材料的宏观力学行为, 材料力学主要研究钢材等金属材料,关于材料的基本假设：, 连续性假设：认为材料无空隙地充满于整个构件。力学量可以用坐标的连续函数表示。, 均匀性假设：构件内每一处的力学性能相同。通过试样得到的材料性能可用于构件的任何部位。, 各向同性假设：构件某一处材料沿各个方向的力学性能均相同,力学性能: 材料在外力作用下所表现的性能。,Page30,思考：金属材料在宏观、细观和微观是否连续、均匀与各向同性？,宏观：连续，均匀，各向同性； 细观：非连续（微缺陷、微孔洞等）；非均匀（微夹杂、晶界等）；各向异性（晶粒方位）； 微观：分子原子内部结构的非连续，非均匀，各向异性。,Page31,注意：材料的均匀性假设与各向同性假设的区别,(a),(b),(c),问题：若用矢量的长短表示材料某力学性能的强弱，试判断下面的材料是否为均匀且各向同性的？,均匀，非各向同性,非均匀，各向同性,均匀，各向同性,Page32,问题：,（1）下列材料中，不属于各向同性材料的是：,（A）钢材 （B）塑料 （C）浇注很好的混凝土 （D）木材,答案：D,Page33, 外力,1-3 外力与内力,表面力：气、液体压力，接触力。,体积力：重力，惯性力，电磁力。,分布力,集中力,静载荷：不随时间改变或变化较慢。,动载荷：随时间显著变化或使构件各质点产生 明显加速度,分布情况：,时间变化：,Page34,集 中 力,Page35,分 布 力,Page36, 内力与截面法： (internal force, method of section),回顾理论力学关于外力和内力的定义：,*刚体系外物体作用于系内刚体的力为外力； *系内刚体间相互作用的力为内力。,Page37, 求内力的方法：截面法,Page38, 内力的分类：,(normal force)轴力：FN (shearing force)剪力：FS (torque)扭矩：Mx (bending moment)弯矩：My， Mz,Page39,1、截面法求内力的本质是利用平衡方程，与材料属性，构件形状无关； 2、内力与所处截面有关，不同的截面，内力不同； 3、内力是一个分布力，我们利用平衡方程求出的是内力 的合力或合力矩。, 注意：,例：求下面两种情况下，1截面上的内力,Page40,1-4 应力, 正应力与切应力(normal stress, shearing stress),M点的总应力,正应力沿截面法向的应力分量,切应力沿截面切向的应力分量,且,DF,Page41,受力物体内各截面上每点的应力，一般是不相 同的，它随着截面和截面上每点的位置而改变。 因此，在说明应力性质和数值时必须要说明它所 在的位置。,注意点：,应力是一向量，其量纲是力/长度，单位 为牛顿/米，称为帕斯卡，简称帕(Pa)。工程 上常用兆帕(MPa)= Pa,或吉帕(GPa)= Pa。,Page42,纯剪切,应力微体与两种常见应力状态,单向应力、纯剪切与切应力互等定理,Page43,y,切应力互等定理：,在微体的互垂截面上，垂直于截面交线的切应力数值相等，方向均指向或离开交线。,Page44,1-5 应变,用正应变(normal strain)和切应变(shearing strain)来描述微体的变形,Page45,棱边长度改变,ab线段的平均正应变,a点沿ab方向的正应变,棱边夹角改变,直角bac的改变量直角bac的切应变,Page46,思考：某构件A点处的 BAC=600,构件受力后变成59.50, A点的切应变g = 600- 59.50=0.50,是否正确？,600,59.50,A,C,C,B,B,Page47,例:求棱边AB与AD的平均正应变及A点处直角BAD的切应变。,解