材料力学第章ppt课件.pptVIP

返回总目录 范钦珊教育与教学工作室 材料力学 1 28 2020 返回总目录 清华大学范钦珊 我的希望 希望大家喜欢我的课希望大家参与我们的课程 勇于回答我的问题勇于向我提出问题勇于参与我们的讨论希望大家能够有所收获 收获一点新意 国家力学教学基地网址 我的联系方式 E mail fqs Telephone 62782521 O 82641017 H Cellphone 答疑地点 逸夫技术科学楼1205 请电话预约 考试 考核方法 1 资格考试 考试内容 家庭作业考试方式 笔试 闭卷成绩认定 通过与不通过卷面成绩100分 75分通过 通过者即可获得本课程的学分 同时获得参加水平考试的资格 2 水平考试 考试内容 全学期教学内容 注重考察能力 考试方式 笔试 大开卷成绩认定 卷面成绩100分3 总成绩 资格考试成绩 0 6 水平考试成绩 0 4 总成绩4 附加分 积极参与课堂讨论者 撰写小论文有创新者 最多不超过10分 参考书目 1 材料力学 范钦珊主编 高等教育出版社 2000年2 工程力学 1 范钦珊王琪主编 高等教育出版社 2002年3 材料力学教程 I 范钦珊 高等教育出版社 1995年4 工程力学学习指导与解题指南 中册 范钦珊 中国建筑工业出版社 1979年 第1章材料力学的基本概念 材料力学 第1章材料力学的基本概念 理论力学研究力系的等效 简化与力系的平衡 并且应用这些基本概念和理论 分析 确定物体的受力 理论力学的模型是质点和质点系以及刚体和刚体系 材料力学则主要研究变形体受力后发生的变形 以及由于变形而产生的附加内力 分析方法上 材料力学与理论力学也不完全相同 建立在实验基础上的假定 简化计算 是材料力学分析方法的主要特点 本章介绍材料力学的基本概念 研究方法以及材料力学对于工程设计的重要意义 第1章材料力学的基本概念 材料力学概述 弹性体及其理想化 弹性体受力与变形特征 应力及其与内力分量之间的关系 正应变与切应变 结论与讨论 线弹性材料的物性关系 工程结构与构件 杆件变形的基本形式 第1章材料力学的基本概念 材料力学概述 返回 返回总目录 材料力学概述 材料力学 strengthofmaterials 所涉及的内容分属于两个学科 第一个学科是固体力学 solidmechanics 即研究物体在外力作用下的应力 变形和能量 统称为应力分析 stressanalysis 但是 材料力学所研究的仅限于杆 轴 梁等物体 其几何特征是纵向尺寸远大于横向尺寸 这类物体统称为杆或杆件 bars或rods 大多数工程结构的构件或机器的零部件都可以简化为杆件 第二个学科是材料科学 materialsscience 中的材料的力学行为 behavioursofmaterials 即研究材料在外力和温度作用下所表现出的力学性能 mechanicalproperties 和失效 failure 行为 但是 材料力学所研究的仅限于材料的宏观力学行为 不涉及材料的微观机理 材料力学概述 材料力学与工程设计密切相关 楼高420 5m共88层 金茂大厦 材料力学概述 金茂大厦中庭 荣获2001年 美国建筑师学会室内建筑奖 材料力学概述 材料力学概述 材料力学概述 桥面结构 材料力学概述 材料力学概述 材料力学概述 旧金山金门大桥每根主缆由27572根钢丝组成 桥墩 材料力学概述 材料力学概述 桥面结构 材料力学概述 澳门桥 材料力学概述 材料力学概述 1940年11月 华盛顿州的TacomaNarrows桥 由于桥面刚度太差 在45mph风速的情形下 产生 GallopingGertie 驰振 材料力学概述 1940年11月 华盛顿州的TacomaNarrows桥 由于桥面刚度太差 在45mph风速的情形下 产生 GallopingGertie 驰振 40人死亡 14人受伤 直接经济损失631万元 1999年1月4日 我国重庆市綦江县彩虹桥发生垮塌 造成 材料力学概述 垮塌前的彩虹桥 材料力学概述 垮塌后的彩虹桥 材料力学概述 简单力学问题 大部队过桥时不能齐步走 高等力学问题 冲击载荷的概念 人跑步时脚上的力量有多大 损伤累积与结构寿命与跑步的次数有关 材料力学概述 材料力学概述 高等力学问题 损伤累积与结构寿命与跑步的次数有关 材料力学概述 材料力学概述 材料力学概述 民用航空飞机 材料力学概述 疲劳引起的破坏 材料力学概述 材料力学概述 前起落架锁连杆安装螺栓 销子 意外断裂 材料力学概述 材料力学概述 我国的长征火箭家族 材料力学概述 SpaceShuttleDiscovery 材料力学概述 材料力学概述 和平号空间站 材料力学概述 太阳能电池帆板 材料力学概述 材料力学概述 材料力学概述 材料力学概述 材料力学概述 高压输电线路保持相间距离的受压构件 材料力学概述 工程构件稳定性实验 材料力学概述 材料力学概述 脚手架中的力学 材料力学概述 工程设计的任务之一就是保证构件在确定的外力作用下正常工作而不发生强度失效 刚度失效和稳定 即保证构件具有足够的强度 strength 刚度 rigidity 与稳定性 stability 所谓强度是指构件受力后不能发生破坏或产生不可恢复的变形的能力 所谓刚度是指构件受力后不能发生超过工程允许的弹性变形的能力 所谓稳定性是指构件在压缩载荷的作用下 保持平衡形式不能发生突然转变的能力 例如细长直杆在轴向压力作用下 当压力超过一定数值时 在外界扰动下 杆会突然从直线平衡形式转变为弯曲的平衡形式 材料力学概述 强度是指构件或零部件具有的一种能力 在确定的外力作用下 不发生破裂或过量塑性变形的能力 材料力学概述 材料力学概述 材料力学概述 机械加工用的钻床的立柱 如果强度不够 就会折断 断裂 或折弯 塑性变形 如果刚度不够 钻床立柱即使不发生断裂或者折弯 也会产生过大弹性变形 图中虚线所示为夸大的弹性变形 从而影响钻孔的精度 甚至产生振动 影响钻床的在役寿命 材料力学概述 稳定失效的例子多见于承受轴向压力的工程构件 翻斗货车的液压机构中的顶杆 如果承受的压力过大 或者过于细长 就有可能突然由直变弯 发生稳定失效 材料力学概述 材料力学概述 为了完成常规的工程设计任务 需要进行以下几方面的工作 分析并确定构件所受各种外力的大小和方向 研究在外力作用下构件的内部受力 变形和失效的规律 提出保证构件具有足够强度 刚度和稳定性的设计准则与设计方法 材料力学课程就是讲授完成这些工作所必需的基础知识 材料力学概述 第1章材料力学的基本概念 弹性体及其理想化 返回 返回总目录 弹性体及其理想化 各向同性与各向异性弹性体 各向同性弹性体的均匀连续性 弹性体及其理想化 各向同性与各向异性弹性体 各向同性与各向异性 微观各向异性 宏观各向同性 微观各向异性 宏观各向异性 弹性体及其理想化 各向同性与各向异性弹性体 灰口铸铁的显微组织 弹性体及其理想化 各向同性与各向异性弹性体 球墨铸铁的显微组织 弹性体及其理想化 各向同性与各向异性弹性体 普通钢材的显微组织 弹性体及其理想化 各向同性与各向异性弹性体 优质钢材的显微组织 弹性体及其理想化 各向同性与各向异性弹性体 高分子材料微观结构 弹性体及其理想化 各向同性与各向异性弹性体 弹性体及其理想化 各向同性弹性体的均匀连续性 弹性体及其理想化 各向同性弹性体的均匀连续性 微观不连续 宏观连续 均匀连续问题 球墨铸铁的显微组织 弹性体及其理想化 各向同性弹性体的均匀连续性 微观不连续 宏观连续 弹性体及其理想化 各向同性弹性体的均匀连续性 普通钢材的显微组织 微观不连续 宏观连续 第1章材料力学的基本概念 弹性体受力与变形特征 返回 返回总目录 内力与变形有关 FN F 弹性体受力与变形特征 M M0 内力与变形有关 弹性体受力与变形特征 内力必须满足平衡条件 弹性体受力与变形特征 变形协调一次 变形前 变形不协调 变形不协调 变形协调一致 弹性体受力与变形特征 第1章材料力学的基本概念 应力及其与内力分量之间的关系 返回 返回总目录 应力及其与内力分量之间的关系 分布内力集度 应力 应力与内力分量之间的关系 应力及其与内力分量之间的关系 分布内力集度 应力 应力及其与内力分量之间的关系 分布内力集度 应力 一般情形下的横截面上的附加分布内力 总可以分解为两种 作用线垂直于截面的 作用线位于横截面内的 分布内力在一点的集度 称为应力 stresses 作用线垂直于截面的应力称为正应力 normalstress 用希腊字母 表示 作用线位于截面内的应力称为切应力或剪应力 shrearingstress 用希腊字母 表示 应力的单位记号为Pa或MPa 工程上多用MPa 应力 分布内力在一点的集度 应力及其与内力分量之间的关系 分布内力集度 应力 工程构件 大多数情形下 内力并非均匀分布 集度的定义不仅准确而且重要 因为 破坏 或 失效 往往从内力集度最大处开始 应力就是单位面积上的内力 应力及其与内力分量之间的关系 分布内力集度 应力 正应力和切应力 位于截面内的应力称为 切应力 ShearingStress 垂直于截面的应力称为 正应力 NormalStress 应力及其与内力分量之间的关系 分布内力集度 应力 应力及其与内力分量之间的关系 分布内力集度 应力 应力及其与内力分量之间的关系 应力与内力分量之间的关系 当外力已知时 可由平衡方程求得内力分量 静定问题 当内力分量已知时 只能确定应力与相关内力分量之间的关系 却无法求得各点应力 超静定问题 应力及其与内力分量之间的关系 应力与内力分量之间的关系 一般情形下 应力与相应内力分量关系如下 应力及其与内力分量之间的关系 应力与内力分量之间的关系 应力及其与内力分量之间的关系 应力与内力分量之间的关系 第1章材料力学的基本概念 正应变与切应变 返回 返回总目录 正应变与切应变 线变形与剪切变形 这两种变形程度的度量分别称为 正应变 NormalStrain 和 切应变 ShearingStrain 分别用 和 表示 正应变与切应变 问题 正应变是单位长度的线变形量 正应变与切应变 第1章材料力学的基本概念 线弹性材料的物性关系 返回 返回总目录 线弹性材料的物性关系 第1章材料力学的基本概念 工程结构与构件 返回 返回总目录 工程结构与构件 根据空间三个方向的几何特性 弹性体大致可分为 杆 板 壳 体四大类 1 杆 空间一个方向的尺度远大于其他两个方向的尺度 这种弹性体称为杆或杆件 2 板 空间一个方向的尺度远小于其他两个方向的尺度 且各处曲率均为零 这种弹性体称为板 plate 3 壳 空间一个方向的尺度远小于其他两个方向的尺度 且至少有一个方向的曲率不为零 这种弹性体称为壳 shell 4 体 空间三个方向具有相同量级的尺度 这种弹性体称为体 body 工程结构与构件 工程结构是工程中各种结构的统称 包括 机械结构 土木结构 水利与水电结构 火电站与核电站结构 核反应堆结构 航空航天结构 化工结构以及电器 电子元件结构 等等 工程结构的组成部分统称为结构构件 elementofstructure 简称为构件 element 包括各种零件 部件 元件 器件等等 根据构件的几何形状及几何尺寸可以将它们归属于杆 板 壳或体 本篇将主要涉及弹性杆件 第1章材料力学的基本概念 杆件变形的基本形式 返回 返回总目录 拉伸或压缩 tensionorcompression 杆件变形的基本形式 当杆件两端承受沿轴线方向的拉力或压力载荷时 杆件将产生轴向伸长或压缩变形 剪切 shearing 杆件变形的基本形式 在平行于杆横截面的两个相距很近的平面内 方向相对地作用着两个横向力 当这两个力相互错动并保持二者之间的距离不变时 杆件将产生剪切变形 扭转 torsion 杆件变形的基本形式 当作用在杆件上的力组成作用在垂直于杆轴平面内的力偶Me时 杆件将产生扭转变形 即杆件的横截面绕其轴相互转动 弯曲 bend 杆件变形的基本形式 当外加力偶M或外力作用于杆件的纵向平面内时 杆件将发生弯曲变形 其轴线将变成曲线 杆件变形的基本形式 弯曲 bend 当外加力偶M或外力作用于杆件的纵向平面内时 杆件将发生弯曲变形 其轴线将变成曲线 组合受力 complexloadsanddeformation 杆件变形的基本形式 由基本受力形式中的两种或两种以上所共同形成的受力与变形形式即为组合受力与变形 第1章材料力学的基本概念 结论与讨论 返回 返回总目录 结论与讨论 关于理论力学模型与材料力学模型 关于弹性体受力与变形特点 关于理论力学概念与原理在材料力学中的可用性与限制性 结论与讨论 关于理论力学模型与材料力学模型 结论与讨论 关于理论力学模型与材料力学模型 所有工程结构的构件 实际上都是可变形的弹性体 当变形很小时 变形对物体运动效应的影响甚小 因而在研究运动和平衡问题时一般可将变形略去 从而将弹性体抽象为刚体 从这一意义讲 刚体和弹性体都是工程构件在确定条件下的简化力学模型 结论与讨论 关于弹性体受力与变形特点 结论与讨论 关于弹性体受力与变形特点 弹性体在载荷作用下 将产生连续分布的内力 弹性体内力应满足 与外力的平衡关系 弹性体自身变形协调关系 力与变形之间的物性关系 这是材料力学与理论力学的重要区别 结论与讨论 关于理论力学概念与原理在材料力学中的可用性与限制性 注意弹性体模型与刚体模型的