材料力学01章绪论幻灯片

,第一章绪论,材料力学,学 习 与 做 人,主动认真、勤于思考、善于总结、勇于拓展,态 度 决 定 一 切！,积极热情、一丝不苟、拓展素质、敢于实践,真诚友善、心胸宽广、乐于助人、诚实守信,学习：,工作：,待人：,教 学 要 求,1、上课要集中精力，认真听讲，善于抓重点记录课堂笔记,2、培养勤于思考，善于总结的良好学习习惯,3、按时完成作业，步骤清晰，作图规范，书写工整，解答正确。每周交上周作业（实验报告），过期按不交作业处理(扣一分),4、利用好答疑机会，重点解决概念性、方法性问题,5、每人必须准备一台科学计算器（具有函数功能但不带记忆功能）,学生成绩评定方法：,平时成绩：作业10%、实验 10%； 课堂测验：10% 期中成绩：10% 期末成绩：60%,答疑: 每周一次 地点: 实验楼119 时间: 星期四，下午 5：00 6：00,Send Email to me, attach the question in text form and picture. My email-address: ,本节站在力学史和力学方法论的发展观、自然科 学的价值观上，追根溯源 ，展望去向，力图使你对于 材料力学 有如下的宏观感觉和总体把握 会当凌绝顶，一览众山小 一、材料力学的由来 学科发展的必然性 二、材料力学的任务 工程需要的迫切性 三、材料力学的作用 承前启后的阶段性 四、材料力学的学习 爱学会学的自觉性,1.1 材料力学的任务,实践证明：材料力学的出现，是人类创造性活动的必然结果 质点 刚体 变形体，人类的认识深化,一、材料力学的由来 学科发展的必然性,变形体力学 变形体受力后的运动或变形规律 涉及到变形，理论力学无能为力，材料力学当仁不让 材料力学是变形体力学最早的分支。其方法论给出： （1）最简单的模型 （2）最基本的概念 （3）最实用的方法 （4）最典型的结论,二、材料力学的任务 工程需要的迫切性,工程需要上看，材力是必然产物 材力能成为一门自然科学技术的学科，是人类文 明发展积累的成果,每时每刻，人类都不得不同受力的物体或结构打交道： 从土房、木屋 到钢铁塔架、钢筋混凝土大厦 （住） 从人力车、牛马车 到 火车、汽车、轮船、飞机、火箭 （行） 从打猎用的木棍、竹棒 到 用蒸汽或用电动的机器 （用） 人们（包括你）生活中的一切，无不涉及受力的问题 受力问题的安全？安全与经济？,河北赵州桥建于1400年前（隋朝）跨37.02米、宽9米、拱高7.23米。桥体各处受力合理，体现了中国古代材料力学的水平。,三、材料力学发展简史,达.芬奇(Leonardo da Vinci, 1452-1519) 伽利略（Galilei, 1564-1642) 开始着手解决构件的强度计算问题,从那时起，材料力学在奠基 长期的积累、发展，逐渐完善形成 材料力学 材料力学关心的安全体现在 ,材料力学的任务,注:(1)材料强度的大小仅取决于材料本身。,杆件在压力载荷作用下，保持其原有平衡状态的能力。,杆件在外载作用下，抵抗弹性变形的能力。,在外载荷作用下，材料抵抗破坏的能力。,注：既与材料有关，也与结构截面大小、形状有关。,1、强度 (Strength)：,(2)破坏(Failure)不独指断裂(Rupture or fracture)。明显的塑性变形也是破坏的一种形式,2、刚度(Stiffness) ：,3、稳定性(Stability)：,注：杆件在压力作用下，发生突然侧向弯曲，称： 屈曲(buckling)。它与杆件正常弯曲有区别。,大型结构的强度问题,大型结构的刚度问题,构件失稳稳定性问题,小结：材料力学的任务,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，选择适宜的材料，提供必要的理论基础和安全的计算方法。,另一方面，利用材料的破坏的特点，可以设计出安全阀，爆炸拴等零件，以完成预定的工作要求。,1、连续性 (Continuity)： 物质密实地充满物体所在空间，毫无空隙。,2、均匀性 (Homogeneity) ：物体内，各处的力学性质完全相同,作用：各力学量可以表示为坐标的连续函数， 可用微积分数学工具处理。,作用：在材料任意一处测得的力学性质（例如：弹性摸量和泊松比），在材料其它部位均相同。,在微细观尺度下，材料一般不服从此假设。,1-2 基本假设（Basic hypotheses),注：以上假设在宏观尺度下适用，是材料的理想化模型。,灰口铸铁的 显微组织,球墨铸铁的 显微组织,普通钢材的 显微组织,优质钢材的 显微组织,高分子材料 微观结构,4、小变形假设和原始尺寸原理,3、各向同性 (Isotropy),作用：在材料的任意方向都可以取相同的力学量计算。,材料沿不同方向的力学性质（如：弹性模量、泊松比）完全相同。,注：具有纤维结构的材料（如：木材、玻璃钢等）不服从此假设。,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析时可忽略其变形。计算用变形前尺寸。,板类,块体,杆件,材料力学研究的对象：,杆件及杆件系统,问题：你能用数学语言描述杆件的定义吗？,柱类、轴类简单结构,矩形截面梁简单结构,简易机械或装置,塔式起重机,桥面,承力柱,缆索,拉杆,江阴长江大桥,缆索,长度可调的拉杆,防掸护栏,江阴长江大桥缆索,拦河大坝的水压力是表面力，为面分布载荷，单位：MPa。,面分布载荷还可以简化为线分布载荷 单位：N/m，kN/m。,1.3 外力及其分类,例如：火车车轮与钢轨的接触可看作点接触，因而相互作用力可视为集中力,集中力是一种简化，是一种抽象，是相对的，而分布力是绝对的,集中力,术 语 1、 构件 Component or Member ：组成机械的零件或构 筑物的杆件统称为构件 2、 结构 Structure：由构件组成的体系，工程结构是工 程实际中采用的结构 3、 载荷 Load：构件和结构承受的负载或荷重 载荷有 内载荷 外载荷 4、 变形 Deformation：在载荷的作用下，构件的形状及 尺寸发生的变化称为变形,1、内力 指由外力作用所引起的、物体内相邻部分之间分布内力系的合成（附加内力）。,1.4 内力、 截面法和应力,问题： 材料力学中的内力概念与理论力学中的内力概念有何异同？,2、截面法求内力(Internal Forces) 用截面假想地把构件分成两部分，以显示并确定内力的方法。,弹性体内力的特征: (1)连续分布力系 (2)与外力组成平衡力系(特殊情形下内力本身形成 自相平衡力系),用 截面法 求内力可归纳为四个字：,建立留下部分的平衡条件，确定未知的内力,欲求某一截面的内力，沿该截面将构件假想地截成两部分,取其中任意部分为研究对象，而弃去另一部分,用作用于截面上的内力，代替弃去部分对留下部分的作用力,1）截：,2）取：,3）代：,4）平：,应力：杆件截面上的内力分布的集中程度,平均应力,一点处的总应力,3应力(stress),应力是一个矢量 平均应力某个范围内，单位面积上的内力的平均集度 一点的应力当面积趋于零时，平均应力的大小和方向都将趋于一定极限，得到,应力的国际单位为N/m2 1N/m2 = 1Pa（帕斯卡） 1MN/m2 = 1MPa = 106 N/m2 = 106Pa 1GPa = 1GN/m2 = 109Pa,应力的特征,对于构件任一点的变形，只有线变形和角变形两种基本变形，分别由线应变和角应变来度量,4、应变（strain）,（1）线应变（normal strain）- 用表示,1、位移(displacement)和变形(deformation),1.5 变形和应变,对于构件任一点的变形，只有线变形和角变形两种基本变形，分别由线应变和角应变来度量。,2、应变（strain）,（1）线应变（normal strain）- 用表示，长度的相对变形，即单位长度上的变形量，无量纲。, = L / L,位移是一点矢量，指物体内任一点位置的变化。 变形是两点矢量，指物体内任两点位置的相对变化。,(2)角应变（shear strain）- 用表示，表示两棱角直角的改变量，无量纲，用弧度表示。,线应变与剪应变,g = lim,ML 0,MN 0,（,2,LMN,),M点在xy平面内的剪应变是直角的改变量,平均线应变,M点线应变,拉伸(Tension),B,A,A,B,B,1-6 杆件变形的基本形式,压缩(Compression),B,B,C,C,剪切(Direct Shear),扭转(torsion),弯曲(bendin