材料力学课件：第一章 绪论

第一章 绪论一、材料力学研究对象二、材料力学的基本假设三、材料力学的基本概念七、材料力学发展简史五、一般的研究方法四、材料力学的任务六、几个简单的实例一、材料力学的研究对象杆、板和壳材料力学主要研究杆类构件 。轴、柱、梁等一类构件，其长度远大于横向尺寸，称为 杆件 (rod)构件的厚度远小于其他两个方向的尺寸，称为 板件 。板件的中面（平分其厚度的面）是平面的叫 板 (Plate)，中面是曲面的则叫 壳 (Shell)。桁架构成的天线工程实例桁架桁架桁架桁架汽车的传动轴 (Axial shaft of car)工程实例传动轴大桥结构中的桥面板和拉索工程实例杆件桥面板发生破坏位置桥面板桥墩立柱杆件材料力学的研究对象杆、板和壳 材料力学的研究对象主要是杆类构件 。轴、柱、梁等一类构件，其长度远大于横向尺寸，称为 杆件构件的厚度远小于其他两个方向的尺寸，称为 板件 。板件的中面（平分其厚度的面）是平面的叫 板 (Plate)，中面是曲面的则叫 壳 (Shell)。1.1.2 构件的承载能力 -强度、刚度和稳定性1强度 (strength)就是构件抵抗破坏的能力 .泰坦尼克豪华邮轮沉入大海 1988年失事的飞机构件在正常工作时，发生意外断裂或显著塑性变形是不容许的。例如 ,发动机气缸破裂、起重机钢缆绳断裂都会导致事故。构件在外力作用下引起的变形不能超过工程上许可的范围。例如，机床的主轴和车身的刚度不够将影响其加工精度，产生过大的噪声；房屋构件刚度不够会使居民失去安全感。 高层建筑住户的安全感1.1.2 构件的承载能力 -强度、刚度和稳定性2刚度 (stiffness) 构件抵抗变形的能力。长轴的变形控制细长压杆承压时如失去原有的直线平衡状态而变弯和薄壁构件承载时发生折皱都叫做失稳，或称屈曲 (buckling)。例如，建筑物的立柱、桥梁结构内的受压杆如果失稳可能导致建筑物和桥梁的整体或局部塌毁。失稳的大桥桥面1.1.2 构件的承载能力 -强度、刚度和稳定性3稳定性 (stability) 构件保持原有平衡状态的能力外压 (a)和轴向压力 (b)导致圆柱筒的失稳工程实例为什么倒塌的烟筒会向上翘起，而不是向下？ 工程实例刚体力学中力的平移定理在可变形固体力学中不再成立。举出其它例子说明之。 工程实例洪水退去后，堤岸为什么还有崩塌问题？洪水上涨时，用沙袋垒高江堤上的。洪水退去后，沙袋相反变成为不利载荷。工程实例低碳钢的扭转破坏 铸铁扭转破坏为什么铸铁扭转破坏时，断口沿着与轴线约呈 4550度的斜面，而低碳钢的扭转断口基本平齐？大型汽轮机 转子结构的破坏例：轴 叶轮疲劳断裂破坏转子轴 疲劳开裂 疲劳断裂破坏叶片击穿厂房台南高屏大桥断裂2000年 8月 27日下午 3时 20分，台湾南部高屏大桥断裂，大桥中间下陷部分长达 100米。 17辆车坠河， 22人受伤。 采沙过度，河面沉降 10余米，桥墩先断裂。1.1.3 材料力学的任务 工程设计的基本要求可归结为两条：安全性和经济性首先要求构件满足 强度、刚度和稳定性 的要求，并具有足够的强度储备。另一方面要求构件具有最佳的何形状，材料消耗少，使整个设计达到精巧、重量轻，取得最好的经济效益。但安全性与经济性这两方面的要求往往是互相矛盾的。材料力学的任务，就是为科学地解决这一对矛盾，提供分析的理论基础和具体的计算方法。1.2 固体的变形性质及材料力学的基本假设一类变形是撤除外力后可以完全自行消除的变形，称为 弹性变形 (elastic deformation)一类变形是撤除外力后不能消除，而被永久保留下来的变形，称为塑性变形或残余变形 (plastic deformation or residual deformation)固体具有塑性变形的性质，称为塑性固体 (plastic solid)固体具有弹性变形的性质，称为弹性 固体 (elastic Solid)弹性变形 塑性变形或残余变形1均匀连续性假设假设构件在整个几何空间内毫无空隙地充满了相同的物质，其组织结构处处相同，而且是密实、连续的。2各向同性假设 认为材料在各方向上的力学性质相同。3小变形条件 构件受力后变形的尺寸大小远远小于构件原始尺寸。 综上所述，在材料力学中，一般将材料看作是均匀连续和各向同性的可变形固体，且将构件的变形限制在小变形范围内。 材料力学的基本假设高分子材料微观结构各向同性与各向异性各向同性与各向异性 弹性体模型的理想化弹性体模型的理想化均匀连续问题均匀连续问题1均匀连续性假设假设构件在整个几何空间内毫无空隙地充满了相同的物质，其组织结构处处相同，而且是密实、连续的。材料力学的基本假设 :均匀连续性假设根据均匀连续性假设，就可以从构件内任意截取一部分来研究，且构件中的一些力学量（如各点的受力、位移）均可用坐标的连续函数表示，并能运用微积分学的无穷小分析方法。从统计平均的观点看，材料内部的空隙和非均匀性影响可以忽略。合理分析连续函数均匀连续性假设均匀连续性假设各向同性与各向异性各向同性与各向异性2各向同性假设 认为材料在各方向上的力学性质相同。材料力学的基本假设 各向同性假设 材料力学的基本假设 小变形条件 3小变形条件 构件受力后变形的尺寸大小远远小于构件原始尺寸。 在考虑受力构件的平衡时，以原始尺寸为依据，而不考虑变形的影响。小变形条件 :1.3.1 外力及其分类1.3 材料力学的基本概念外界对构件的作用力称为外力。载荷 (loads)约束反力 (constrain reaction) 按外力作用的来源分类：体积力 (body force),物体的自重、惯性力等是体积力表面力 (surface force) ,作用于容器壁上的液体压力、两物体间的接触压力 按外力作用的方式分类：静载荷 (static loads)动载荷 (dynamic loads) ,如交变载荷 、 冲击载荷按外力随时间变化分类：1.3.2 内力 截面法1.3 材料力学的基本概念由于外力作用，构件内部相邻两部分之间的相互作用力称为 内力求构件内力的基本方法是截面法McFC为截面形心1.3.3 应力的定义 正应力和剪应力内力反映截面上内力系的总量。应力表达分布内力系在某点处的强弱程度。应力的定义应力具有以下特征：1）应力定义在假想截面的一点处。一般来说，同一截面上不同点处的应力是不同的，而通过一点在不同方位截面上的应力也是不同的；2）应力是一个 “超 ”矢量，等效于材料相