5 工程力学材料力学第一章 绪论和基本概念

工程力学Engineering Mechanics1第一章 绪论和基本概念2为什么要学习材料力学？34自然要提出如下问题：1） 每人所承受的重力？2） 若扁担的材料、截面尺寸已定，扁担能承载此重物吗？3） 扁担的材料已定，若扁担能承载此重物，截面形状、尺寸？4） 扁担截面形状、尺寸已定，若扁担能承载此重物，材料？5） 扁担弯曲成什么形状？6） 挠度如何？51-1 材料力学的任务1-4 杆件的几何特性与变形形式1-3 变形固体的性质与基本假设1-2 材料力学与生产实践的关系61-1 材料力学的任务结构物和机械由 构件 组成 ,组成结构物和机械的单个部分,统称为 构件 。7对构件在荷载作用下正常工作的要求 : . 具有足够的强度 强度 :指构件在 荷载作用下抵抗破坏 (断裂 )的能力，不发生意外断裂或显著的塑性变形。F FaF F钢 筋b8H大型桥梁9美国的 Tacoma老桥 于 1940年 11月 7日因风力引起的振动而产生断裂10荷载未作用时塑形变形示例荷载作用下F荷载去除后11 . 具有足够的刚度 指构件在 荷 载 作用下抵抗变形的能力，保证构件的（弹性）变形不超过工程允许范围。荷载未作用时荷载去除后荷载作用下F12. 具有足够的稳定性要求 对于理想中心受压杆件，指构件在荷载作用下保持原有的直线平衡形式的能力，不丧失稳定。13强度 刚度 稳定性构件丧失承载能力的形式：1） 构件损坏2） 构件变形过大3） 构件不能保持原来的平衡形态保证构件工作时不丧失承载能力： 强度（ Strength） 构件抵抗破坏的能力 刚度（ Stiffness） 构件抵抗变形的能力 稳定性（ Stability） 构件保持原有平衡形态的能力14在满足上述强度、刚度和稳定性要求的同时，还须尽可能合理选用材料和降低材料消耗量，以节约投资，即解决安全与经济的矛盾。材料力学包含的两个方面理论分析实验研究测定材料的力学性能；解决某些不能全靠理论分析的问题_ 提供合理的理论计算方法15材料力学的基本任务 ：在保证构件满足安全性要求的前提下,以最经济的代价为合理设计构件尺寸、形状，选择适宜的材料，提供必要的理论基础、计算方法与实验技术，从而合理地解决构件设计中的安全性与经济性这对基本矛盾。161-2 材料力学与生产实践的关系赵州桥 (石拱桥 )595-605年建，充分利用石料的压缩强度安澜竹索桥 (宋代建 )(1964年改为钢缆承托的索桥 )充分利用竹材的拉伸强度17通过实验建立理论的初期伽利略 (G.Galileo)1638年提出计算梁强度的公式 (但结论不正确 )胡克 (R.Hooke)1678年发表根据实验得出的物理定律 胡克定律18材料力学是随生产的发展而建立的关于强度、刚度和稳定性计算的理论。生产实践科学实验材料力学19 刚体 变形固体（ deformable body）1) 块体（ body）2) 平板（ plate）3) 壳体 （ shell）4) 杆件（ bar） 直杆 、曲杆1-3 变形固体的性质及其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 变形固体 。20外力及其分类 静载荷（ static load） 与动载荷（ dynamic load） 体积力（体力 ） 与表面力（面力 ）面力体力分布力与集中力重力、惯性力21对可 变形固体的基本假设： . 连续性假设 变形后无空隙、密实连续。(1) 从受力构件内任意取出的体积单元内均不含空隙；(2) 变形必须满足几何相容条件，变形后的固体内既无 “空隙 ”，亦不产生 “挤入 ”现象。据此：22 . 均匀性假设 物体内各点处沿各个方向材料的力学性能均相同。对常用工程材料，尚有各向同性假设。 . 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甚小，甚至可以略去不计。 .材料的变形在线弹性范围内 材料服从 Hookle定律。总之：材料力学中把实际材料均视为 均匀连续、各向 同性材料且在线弹性范围内和小变形条件下 进行研究。23 1-4 杆件的几何特性与变形形式直杆 曲杆主要几何因素： 横截面、轴线等截面杆 和 变截面杆24 . 轴向拉伸 或 轴向压缩25 . 剪切第一章 绪论及基本概念 26 . 扭转27 . 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28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。烟囱(压缩 +横力弯曲 )齿轮传动轴(扭转 +水平面内横力弯曲 +竖直面内横力弯曲 )厂房吊车立柱(压缩 +纯弯曲 )