材料力学课件第一章

第一章第一章 绪论绪论提提 纲纲材料力学的任务材料力学的任务变形固体的基本假设变形固体的基本假设外力及其分类外力及其分类内力、截面法和应力的概念内力、截面法和应力的概念变形和应变变形和应变杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式第一节第一节 材料力学的任务材料力学的任务材料力学：研究物体受力后的内在表现，即材料力学：研究物体受力后的内在表现，即变形规律和破坏特征。变形规律和破坏特征。构件：工程结构或机械的各组成部分，如建筑构件：工程结构或机械的各组成部分，如建筑物的梁和柱、机床的轴等，统称为构件物的梁和柱、机床的轴等，统称为构件。变形：在外力作用下，固体的尺寸和形状还将变形：在外力作用下，固体的尺寸和形状还将发生变化，称为变形。发生变化，称为变形。材料力学的任务强度、刚度和稳定性材料力学的任务强度、刚度和稳定性强度强度 : 构件在外载作用下，抵抗断裂或过构件在外载作用下，抵抗断裂或过量塑性变形的能力。量塑性变形的能力。 刚度刚度 :构件在外载作用下，抵抗弹性变形的构件在外载作用下，抵抗弹性变形的能力。能力。 稳定性稳定性 :构件在压力外载作用下，保持其原构件在压力外载作用下，保持其原有平衡状态的能力。有平衡状态的能力。 材料力学的任务材料力学的任务F 在满足强度、刚度、稳定性的要求下，以在满足强度、刚度、稳定性的要求下，以最经济的代价，为构件确定合理的形状和尺寸最经济的代价，为构件确定合理的形状和尺寸，选择适宜的材料，而提供必要的理论基础和，选择适宜的材料，而提供必要的理论基础和计算方法。计算方法。1、强度：、强度：强强度度2、刚度：构件的抗变形能力。、刚度：构件的抗变形能力。3 稳定性：稳定性： 构件保持原有平衡状态的能力构件保持原有平衡状态的能力工程结构的强度、工程结构的强度、刚度和稳定问题刚度和稳定问题稳定问题稳定问题强度强度 刚度刚度自行车结构也有强度、自行车结构也有强度、刚度和稳定问题刚度和稳定问题空间站和航天器空间站和航天器兵器工业飞机与导弹H大型桥梁的强度 刚度 稳定问题澳澳 门门 桥桥上海南浦大桥上海南浦大桥南京长江大桥第二节第二节 变形固体的基本假设变形固体的基本假设连续性假设：物质密实地充满物体所在空间，毫无空隙。连续性假设：物质密实地充满物体所在空间，毫无空隙。 （可用微积分数学工具）（可用微积分数学工具） 均匀性假设：物体内，各处的力学性质完全相同。均匀性假设：物体内，各处的力学性质完全相同。 各向同性假设：组成物体的材料沿各方向的力学性质完全各向同性假设：组成物体的材料沿各方向的力学性质完全相同。（这样的材料称为各项同性材料；沿相同。（这样的材料称为各项同性材料；沿各方向的力学各方向的力学 性质不同的材料称为各项异性性质不同的材料称为各项异性材料。）材料。）小变形假设：材料力学所研究的构件在载荷作用下的变形小变形假设：材料力学所研究的构件在载荷作用下的变形与原始尺寸相比甚小，故对构件进行受力分与原始尺寸相比甚小，故对构件进行受力分析时可忽略其变形。析时可忽略其变形。 第三节第三节 外力及其分类外力及其分类对于材料力学的研究对象构件而言，其对于材料力学的研究对象构件而言，其他构件和物体作用于其上的力均是外力，包括他构件和物体作用于其上的力均是外力，包括外加荷载和约束力。外加荷载和约束力。1.按外力的作用方式分类按外力的作用方式分类(1)体积力体积力 :就是连续分布于构件内部各点上的就是连续分布于构件内部各点上的力力 ,如构件的自重和惯性力等。如构件的自重和惯性力等。（ 2）表面力：就是作用于构件表面上的外力。按其在）表面力：就是作用于构件表面上的外力。按其在表面的分布情况又可分为分布力和集中力表面的分布情况又可分为分布力和集中力。a) 分布力：是连续作用于构件表面或某一范围的力。分布力：是连续作用于构件表面或某一范围的力。b)集中力：如果分布力的作用面积远小于构件的表面积集中力：如果分布力的作用面积远小于构件的表面积或沿杆件轴线的分布范围远小于杆件长度，或沿杆件轴线的分布范围远小于杆件长度，则可将分布力简化为作用于一点的力。则可将分布力简化为作用于一点的力。2. 按荷载随时间变化的情况分类按荷载随时间变化的情况分类（ 1）静荷载：荷载缓慢地由零增加到某一定值后，不再）静荷载：荷载缓慢地由零增加到某一定值后，不再随时间变化，保持不变或变动很不显著，随时间变化，保持不变或变动很不显著，称为静荷载。称为静荷载。（ 2）动荷载：随时间显著变化或使构件各质点产生明显的）动荷载：随时间显著变化或使构件各质点产生明显的加速度的荷载，称为动荷载。动荷载又可分加速度的荷载，称为动荷载。动荷载又可分为交变荷载和冲击荷载。为交变荷载和冲击荷载。a) 交变荷载：是随时间作周期性变化的荷载。交变荷载：是随时间作周期性变化的荷载。b) 冲击荷载：是物体的运动在瞬时内发生突然变化冲击荷载：是物体的运动在瞬时内发生突然变化 所引起的荷载。所引起的荷载。第四节第四节 内力、截面法和应力的概念内力、截面法和应力的概念1. 内力：构件在外力作用下发生变形，其内部各内力：构件在外力作用下发生变形，其内部各部分之间因相对位置发生改变，从而引部分之间因相对位置发生改变，从而引起相邻部分的相互作用力，称为内力。起相邻部分的相互作用力，称为内力。材料力学中的内力，是指外力作用下引起的质点相互作材料力学中的内力，是指外力作用下引起的质点相互作用力的变化量，因此也称用力的变化量，因此也称 “附加内力附加内力 ”。二、截面法二、截面法 轴力轴力内力的计算是分析构件强度、刚度、稳定性等问题的内力的计算是分析构件强度、刚度、稳定性等问题的基础。求内力的一般方法是截面法。基础。求内力的一般方法是截面法。1. 截面法的基本步骤：截面法的基本步骤： 截开：在所求内力的截面处，假想地用截面将杆件一分为二截开：在所求内力的截面处，假想地用截面将杆件一分为二。 代替：任取一部分，其弃去部分对留下部分的作用，用作用代替：任取一部分，其弃去部分对留下部分的作用，用作用在截开面上相应的内力（力或力偶）代替。在截开面上相应的内力（力或力偶）代替。 平衡：对留下的部分建立平衡方程，根据其上的已知外力来平衡：对留下的部分建立平衡方程，根据其上的已知外力来计算杆在截开面上的未知内力（此时截开面上的内力计算杆在截开面上的未知内力（此时截开面上的内力对所留部分而言是外力）。对所留部分而言是外力）。例如：例如： 截面法求截面法求 N。 AP P简图AP PPAN截开：代替：平衡