南航材料力学第1讲绪论课件

材料力学,MechanicsofMaterialsStrengthofMaterials,材料力学好学吗？,好学也不好学。材料力学以分析为主，不必死记硬背。理论少于数学、物理；公式简单、物理概念容易理解。工程模型贴合实际，比理论力学更易分析、更易理解。每年有大量不及格学生，不容马虎。,我能学好材料力学吗？,进了北大、清华就一定能成材？南航学生该如何认识自己？只要不马虎，一定能学好材料力学。为什么会不及格？不听课不愿动脑子对工程问题不干兴趣不自己做作业虎头蛇尾,我们的目标是,消灭不及格如何消灭不及格？,你知道这些构件受力的区别吗？,你知道为什么要用如此多的杆？这么做不嫌烦？,第一章绪论,诀窍理解概念掌握方法灵活应用,张明,习题,1.91.101.111.12,这是在干什么？,承载能力，强度,测桩：压载试验,直升机起飞后旋翼会怎样？,刚度,结构抵抗变形的能力,你能把锯条拉断吗？,不能！不过我可以轻而易举把它压断。,稳定性,你能猜出他驾驶的是什么吗？,想不到吧？,原来这是一台简易起重机，据说能起吊一吨重的物体。,别小看这土玩意儿，其中既有强度问题，也有刚度问题和稳定问题，更有复杂的机械传动问题。,在满足强度、刚度和稳定性的要求下，为设计既经济又安全的构件，提供必要的理论基础和计算方法-1.1材料力学的任务,材料力学,材料力学的基本思想,一切固体受力后必然产生变形刚体是不存在的。任何固体变形大到一定程度都会发生破坏。只有三向等应力压缩是个例外。刚体力学是变形体力学的基础，变形体力学的计算仍需借助于刚体力学的计算方法。由于变形体力学远比刚体力学复杂，因而材料力学的结论往往需借助于实验力学检验。,河北赵州桥,双曲拱桥不用钢筋水泥一千四百余年仍可行车马,伦敦桥,最早的索桥，也是最丑的索桥。塔身过于肥大，索链过于细小，美学比例失衡。伦敦桥是现代索桥的祖先。,澳大利亚悉尼,双拱结构，桁架与拱的结合。凭桥面的承拉能力，拉压自成平衡，对桥墩的抗弯要求不高，对桥墩的支座沉降不敏感。,20世纪以前,在力学知识的积累、应用和完善的基础上，逐渐形成和发展起来的蒸汽机、内燃机、铁路、桥梁、舰船、兵器等大型工业推动了近代科学技术和社会的进步。,力学发展的历史,蒸汽机车,上海南浦大桥,探索与风险,探索与风险,现代桥梁的箱形结构,结构破坏的航空器实例,海洋石油钻井平台,航空航天器,长征三号乙运载火箭发射成功,核电站的热核反应堆,什么样才算结构破坏？,结构断裂才算破坏吗？NO！对于塑性材料，材料发生大的塑性变形即认为结构即已破坏。,构件拉伸破坏,刚度问题影响使用吗？,压杆稳定问题的重要性,材料力学解决的三大问题,强度设计、刚度设计、稳定性设计确定截面尺寸强度校核、刚度校核、稳定性校核校核是否安全或变形是否过大确定许可载荷确定满足强度、刚度、稳定性要求的最大载荷,如此复杂的结构该如何研究？,模型结构简化受力简化计算简图力学计算,要抓住主要矛盾。,材料力学的研究对象,材料力学能解决的问题,简单构件简单的独立的结构机械零件及较复杂的结构问题机床、传动部件、简易型机械大型机械结构及建筑结构等各种起重机械、各种车辆、桥梁等,简易机械或装置,几种简单结构或装置,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,防撞护栏,江阴长江大桥缆索,材料力学与其它课程的关系,前导课程高等数学、理论力学后续课程结构力学、弹性力学、复合材料力学、疲劳与断裂力学等平行课程工程力学,1.2变形固体的基本假设,理论力学有哪些假设？质点、刚体、光滑接触、弹性碰撞等材料力学的基本假设连续性假设均匀性假设各向同性假设小变形假设,1.3外力及其分类,外力与内力按作用方式分：体积力、表面力重力、惯性力；接触力按分布面积分：分布力、集中力重力、水压力、散布外力；火车车轮、支座等按随时间变化分：静载荷、动载荷自重，变化相对较慢；交变载荷、冲击,拦河大坝的水压力是表面力，为分布载荷,钢筋混凝土结构的自重是主要载荷,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,动载荷的例子,1.4内力、截面法和应力的概念,内力的起因原子间力（结晶体）；分子间力分析方法宏观（统计）方法从微观角度分析的方法属（亚）微观力学范畴杆件内力分析的特点截面；横截面横截面上的内力；截面法,弹性体受力后，由于变形，其内部各点均会发生相对位移，因而产生相互作用力。,外力与内力,内力主矢与内力主矩,使用静力平衡方程求出内力FR和MSFi=FRSmo(Fi)=M,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),截面上的内力；截面法,杆件、轴线、横截面,材料力学研究什么？杆件有什么特点？特殊的截面？,横截面上的内力分量,轴向分量常义力：轴力FN广义力：扭矩T横向分量常义力：剪力FS广义力：弯矩M,横截面及内力分量,沿着轴线方向的力：轴力FN垂直于轴线方向的力：剪力FS矢量方向沿轴线方向的力偶矩：扭矩T矢量方向垂直于轴线方向的力偶矩：弯矩M,截面法的三步曲,沿横截面截开，留下一部分作为研究对象，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对留下部分立平衡方程并解之,应力的概念,横截面上内力的变化局部区域的内力微小面积与单元体（注：统计概念，非微观）全应力与应力分量正应力s与剪应力t量纲：F/L2单位：N/m2PaMN/m2MPa,全应力、正应力和剪应力,p,t,s,p=lim,DP,DA,DA0,DA,1.5变形与应变,变形体与刚体变形的定义及特点构件内任意两点间的位置发生了变化变形在弹性体内是连续的变形与刚性位移的区别对变形的定量描述应变两种基本变形长度变化及角度变化应变定义：线应变；剪应变(角应变),M,M,x,y,o,变形与应变,线应变与剪应变,g=?,线应变,量纲？,无量纲,剪应变切应变,量纲？,无量纲,例1.2,250,200,a,d,c,b,a,0.025,g,求ab边的平均应变和ab、ad两边夹角