《材料力学绪论》PPT课件.ppt

1,材料力学 Mechanics of materials,土木工程学院-力学系,主讲教师：杨大方,联系方式：,考试方式： 采用闭卷方式 考试题型： （填空、选择、判断）、计算 考试成绩： 卷面成绩（70%）+课后作业（15%）+出勤率及课堂纪律（15%）,课堂纪律： 1.不要乱讲话； 2.不允许缺勤、有事可以请假； 3.上课期间手机一律调为静音或振动。,古代建筑,北京奥运2008鸟巢,埃菲尔铁塔占地一公顷，除了四个脚是用钢筋水泥之外，全身都用钢铁构成，塔身总重量7000吨。,现代建筑,6,上海南浦大桥,海洋石油钻井平台,上海南浦大桥是上海最早建成的越江大桥，全长8346m,通航净高46m，5.5万吨级巨轮可从桥下通过，主桥设6条机动车道，桥面总宽度为30.35m，于1991年底建成通车。,7,空间站和航天器,8,国防的兵器工业,大型水利工程设施,葛洲坝,三峡大坝,小浪底,都江堰,10,波音737飞机,汽车,民用生活,11,第一章 绪论及基本概念,12,1-1 材料力学的任务,荷载；结构物和机械由构件组成。,第一章 绪论及基本概念,13,第一章 绪论及基本概念,结构物实例,意大利比萨斜塔，是中世纪欧洲最重要的建筑遗迹之一，即使不倾斜也依然是建筑史上的瑰宝。它始建于1173年，设计为垂直建筑，但是在工程开始后不久便由于地基不均匀和土层松软而倾斜，1372年完工，塔身倾斜向东南。由于倾斜程度过于危险，比萨斜塔曾于1990,年1月7日停止向游客开放，经过12年的修缮，斜塔被扶正44cm， 基本达到了预期的效果，2001年12月15日起再次向游人开放。,14,对构件在荷载作用下正常工作的要求,. 具有足够的强度荷载作用下不断裂，荷载去除后不产生过大的永久变形(塑性变形),第一章 绪论及基本概念,15,强度问题,重庆綦江县彩虹桥事件 （1999年1月4日）,16,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,第一章 绪论及基本概念,17,塑形变形示例,第一章 绪论及基本概念,18,塑形变形示例,第一章 绪论及基本概念,19,. 具有足够的刚度荷载作用下的弹性变形不超过工程允许范围。,第一章 绪论及基本概念,20,第一章 绪论及基本概念,弹性变形示例,21,. 满足稳定性要求构件在原有形态下的平衡应保持稳定的平衡。,第一章 绪论及基本概念,22,毁坏的高压电线塔（2008年春节，南方大雪造成很多电线塔失稳破环）,稳定性问题,23,稳定性问题,2007年1月30日，宁波一18层楼高塔吊突然拗断 操控工人坠落摔死,24,在满足上述强度、刚度和稳定性要求的同时，须尽可能合理选用材料和降低材料消耗量，以节约投资。,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,第一章 绪论及基本概念,25,1-2 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,第一章 绪论及基本概念,26,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,第一章 绪论及基本概念,27,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,第一章 绪论及基本概念,28,1-3 可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可变形固体。,对可变形固体的基本假设：,1. 连续性假设无空隙、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：,第一章 绪论及基本概念,对于可变形固体制成的构件，在进行强度、刚度或稳定性计算时，通常略去一些次要因素，将它们抽象为理想化的材料，然后再进行分析。,29,2. 均匀性假设各点处材料的力学性能相同。对常用工程材料，尚有各向同性假设。,4. 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。,第一章 绪论及基本概念,构件进行受力分析时可忽略其变形。因此，在确定构件内力和计算应力及变形时，均按构件的原始尺寸进行分析计算。,3.各向同性假设材料沿各个方向的力学性能是相同的。,30,直杆的主要几何因素：横截面、轴线，前者指直杆沿垂直于其长度方向的截面；后者为所有横截面形心的连线。,第一章 绪论及基本概念,直杆是纵向（长度方向）尺寸远比横向（垂直于长度方向）尺寸要大得多的构件。梁、柱和传动轴都可抽象为直杆。,等截面曲杆的几何因素仍为横截面和轴线，前者为曲杆沿垂直于其弧长方向的截面；轴线为所有横截面形心的连线。,材料力学中所研究的多数是等截面的直杆，等直杆的计算原理一般也可以近似地用于曲率很小的曲杆和横截面变化不大的变截面杆。,等截面杆和变截面杆：前者指横截面沿轴线不变的杆； 后者指横截面沿轴线变化的杆。,32,1-5 杆件变形的基本形式,. 轴向拉伸或轴向压缩,第一章 绪论及基本概念,变形形式是由大小相等、方向相反、作用线与杆轴线重合的一对力引起的，表现为杆件的长度放生伸长或缩短。,33,. 剪切,第一章 绪论及基本概念,变形形式是由大小相等、方向相反、相互平行的力引起的，表现为受剪杆件的两部分沿外力作用方向发生相对错动。,34,剪切变形,35,. 扭转,第一章 绪论及基本概念,变形形式是有大小相等、方向相反、作用面都垂直于杆轴的两个力偶引起的，表现为杆件的任意两个横截面发生绕轴线的相对转动。,36,第一章 绪论及基本概念,扭转变形,37,. 弯曲,第一章 绪论及基本概念,变形形式是有垂直于杆件轴线的横向力，或由作用于包含杆轴的纵向平面内的一对大小相等、方向相反的力偶引起的，表现为杆件轴线由直线变为曲线。,38,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,39,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。本书将先分别讨论构件的每一种基本变形，然后再分析组合变形问题。,第一章 绪论及基本概念,40,个人的智慧不是一个器具,等待老师去填满;而是一块可以燃烧的煤,有待于老师去点燃。 法考留达克,绪论结束,41,赵州桥 世界上现存最早、跨度最大的空腹式单孔圆弧拱石桥。位于中国河北省赵县，跨洨水。原名安济桥，俗称大石桥。隋开皇十五年至大业元年(595605年)由匠人李春修建。净跨 37.02 m，矢高7.23 m，桥面宽9 m。拱由28券(窄拱)并列组成。大拱券上两端各建有两个小拱(净跨分别为2.85 m和3.81 m)，以减轻桥身自重和增大泄洪面积。由于桥位良好、基底应力适宜，千余年来虽经多次洪水和地震，桥身基本完好。该桥构思精巧，造型稳重，是世界桥梁史上的杰作。1961年定为中国全国重点文物保护单位。,第一章 绪论及基本概念,42,安澜索桥 安澜索桥是国家重点文物保护单位，相传始建于李冰建都江堰的战国末期，宋代时重建。历史上这座桥曾毁坏过几次，当时的政府均马上加以重修。这座桥原为一座竹索桥，现已改建成钢索桥，只是表面进行了仿竹木处理。全桥有九墩八孔，长340 m,宽1.4 m ，高13 m。,第一章 绪论及基本概念,43,胡克（Hooke Robert,16351703年),胡克1635年出生于英格兰怀特岛清水村,1653年到牛津大学作工读生。 1655年成为玻意耳的助手，由于他的实验才能，1662年被任命为皇家学会的实验主持人，1663年获硕士学位，同年被选为皇家学会正式会员，又兼任了学会陈列室管理员和图书管理员。1665年任格雷姆学院几何学教授，16671683年任学会秘书并负责出版会刊。1703年在伦敦逝世。,17世纪英国优秀的物理学家和天文学家。他的成就是多方面的。在光学和引力研究方面仅次于牛顿，而作为科学仪器的发明者和设计者，在当时是无与伦比的。,第一章 绪论及基本概念,44,1665年，胡克提出了光的波动学说，将光振动的传播同水波的传播相比较。1672年，他进一步指出，光振动可以垂直于光传播的方向，他还研究了云母片的颜色，确认光现象随着云母片厚度的变化而变化。,胡克根据弹簧实验的结果，于1678年得出了胡克定律，即在比例极限内，弹性物体的应力与应变成正比。,1674年，胡克根据修正的惯性原理，以及离开太阳的离心力同向着太阳的吸引力之间的平衡，提出了行星运动的理论。,胡克的主要著作有显微检测法、哲学实验与观察等。,第一章 绪论及基本概念,45,伽利略（Galileo Galilei,15641642年) 意大利物理学家、天文学家。生于意大利北部佛罗伦萨一个贵族的家庭。1581年入比萨大学学医。主张研究自然界必须进行系统的观察和实验，是近代实验科学与机械唯物主义的奠基者之一。通过实验，推翻了向