工程力学完整ppt课件

材料力学，哈尔滨工程大学航空航天与建筑工程学院，第1章导论，1.1材料力学的任务1.2部件的强度、刚度和稳定性的概念1.3材料的基本假设1.4小变形的限制1.5内力1.6应力1.7位移、变形和应变1.8部件的基本变形形式，力学和数学、物理、化学、天文学、地理学和生物学被列为七个基本学科。力学应该是工科专业的必修课。力学的发展历史悠久。20世纪以前，机械工业、大型水利工程、大跨度桥梁、铁路和机车、船舶、武器等现代工业都是在机械知识积累和完善的基础上诞生和发展起来的。例如，在高新技术领域，航空航天技术(包括人类登陆月球、建立空间站、航天飞机以及卫星测量和控制)主要是由机械开发的。由于现代空气动力学的成就，一架承载400名乘客、质量超过100吨的波音747飞机可以在空中自由翱翔。当飞机遇到不稳定气流时，机翼能够克服上下振动，保证航行安全，这是固体力学和结构力学的成果。客机可以日夜穿越海洋数万英里，到达目的地，没有任何延误、损失或失控。这是导航和自动控制技术的贡献。其核心技术是一般力学研究的成果。材料力学的任务材料力学课程的重点是在工程设计中建立学生明确的强度、刚度和稳定性的基本概念，掌握必要的基础知识，培养相对熟练的计算能力和初步的实验分析能力。1.2构件强度、刚度、稳定性概念，1。强度要求要求部件在负载下不会断裂或永久变形。2.刚度要求部件在外部载荷下的弹性变形不能超过允许值。3.稳定性要求部件的平衡在工作条件下保持稳定。部件满足强度、刚度和稳定性要求的能力称为部件的承载能力。1912年4月14日，最大、最豪华的4600吨英国游轮泰坦尼克号首次载着2227名乘客离开南安普敦港前往纽约。乘客们都认为他们在最豪华、最坚固的船上，从未想过会有大灾难。因为船底已经被分成了单独的舱室，任何舱室损坏和进水都不会影响其他舱室。即使在最糟糕的情况下，如果与另一艘船的碰撞导致一些船舱进水，整个泰坦尼克号至少需要3天才能下沉，而且在如此长的时间内，无论如何都可以获得救援。因此，这次首航可以说是万无一失，更何况造船是由当时最高质量的钢材制成的。然而，令人遗憾的是，“泰坦尼克号”没能逃脱世界航海史上最困难的海上事故的命运。被称为“永不沉没的船”的泰坦尼克号及其1513名乘客仅用了三个小时就被格陵兰海冰冷的海水吞没了。这艘大型游轮到底为什么沉入海底？由于技术原因，直到1991年，第一个科学考察队才开始调查水下的碎片，并收集碎片的金属碎片用于科学研究。残骸和海底沉船的状况最终解开了泰坦尼克号死亡的谜团。团队成员发现了导致泰坦尼克号沉没的两个重要细节。一个细节表明造船工程师只考虑船底、船尾或船首受损的可能性。半夜旅行的泰坦尼克号遇到了冰山，但是当人们发现它并想要避开它时已经太晚了。如果值班人员没有发现冰山，船直接撞上了冰山，也许只有船头的船舱受损，船不会完全沉没。然而，不幸的是，服务员发现了冰山，幸运的是，他想让船掉头避开冰山。结果，冰山像一把锋利的剑一样切入船的侧面，把船从中间切断。这样，不是一两个船舱被淹，而是所有的船舱都被淹了。结果，泰坦尼克号在几个小时内就沉入大海。第二个细节是造船工程师只考虑增加钢的强度，而没有考虑增加它的韧性。将残骸的金属碎片与现有的造船钢进行对比，发现在泰坦尼克号沉没地点的水温下，现有的造船钢在受到冲击时会弯曲成v形，而残骸上的钢由于韧性不足会很快断裂。发现钢的冷脆性，即在-40 0温度下，钢的力学行为由韧性变为脆性，从而导致灾难性的脆性断裂。然而，用现代技术制造的钢只有在-70到-60时才会变脆。然而，当时的工程师们不能受到责备，因为当时没有人知道为了增加钢的强度而在炼钢原料中加入大量硫化物会大大增加钢的脆性，从而导致泰坦尼克号沉没的悲剧。根据另一份美国报告纽约时报，一组海洋法医专家分析了回收的“泰坦尼克号”船体上的铆钉，发现固定船体钢板的铆钉含有异常多的玻璃渣颗粒，这使得铆钉非常脆弱，容易断裂。分析表明，在冰山的冲击下，铆钉可能已经断裂，导致船体解体，最终将泰坦尼克号掩埋在大西洋中。切尔诺贝利核电站为什么会爆炸？切尔诺贝利核电站是前苏联于1973年建造的最大的核电站，于1977年开工。1986年4月26日清晨，两次沉闷的爆炸打破了核电站周围的寂静。随着爆炸，一个30米高的火柱揭开了反应堆，直冲云霄。反应堆的保护结构和各种设备被吊起。高达2000的火焰吞噬了机房，熔化了巨大的钢架。水蒸气和灰尘携带着充满浓烟的高放射性物质。爆炸造成了灾难性的后果。爆炸释放的能量相当于投在广岛的500颗原子弹。爆炸摧毁了核反应堆，将反应堆中180多吨浓缩铀燃料的3%释放到大气中。放射性污染扩散到694.5万人居住的前苏联15万平方公里的土地上。核电站周围30公里的区域被指定为隔离区，所有农作物都被掩埋。那么，到底是什么造成了这场灾难呢？随后的调查表明，这是由一系列操作失误造成的人为事故。当刚刚检修过的第四个核反应堆重新启动时，产生的蒸汽被送至已经关闭的汽轮机，同时可以关闭反应堆的自动保护装置被提前切断。以这种方式，反应器连续工作以产生蒸汽，但是没有用于排气的出口。反应堆外壳上的蒸汽压力和温度远远超过其设计要求，最终引发了一场热爆炸。然而，爆炸对人类来说仍然是“幸运的”。因为这只是过热蒸汽爆炸，不是核爆炸。否则，这对人类来说绝对是一场灾难。大爆炸也给人类敲响了警钟：如何防止灾难性事故，如何在恶劣的环境条件下防止更多的灾难，也是机械工人面临的新挑战。1999年1月4日，中国一座城市的一座桥梁倒塌，造成40人死亡。14人受伤；直接经济损失631万元。球场外的问题-机械质量的重要性-从简单的机械问题到更高的机械问题。简单的机械问题团队在过桥时不能快速行进，更高的机械问题冲击负荷的概念：人们跑步时双脚的力量有多大？损伤累积与结构寿命和运行次数有关，4，4.7，6，8，16.7，更高的力学问题-损伤累积与结构寿命和运行次数有关，构件的基本形式，1。构件长度(纵向)远大于其他两个方向的构件称为构件。2.在所有方向上具有相似尺寸的组件称为块。3、构件的基本形式，板厚比其他两个方向尺寸小得多的构件称为板。如果中间平面是平的，该组件称为板。如果中间表面是曲面，1.3材料力学的基本假设1。关于材料特性的假设连续性假设均匀性假设各向同性假设，1.4小变形极限条件，变形的固体在载荷下可变形为两种不同的特性：1。弹性变形2。塑性变形材料力学研究弹性范围内构件的承载能力。本文讨论了由均匀、连续和各向同性材料制成的构件在加载后的微小弹性变形。材料力学和理论力学研究对象的区别理论力学的研究对象被认为是刚体的理想力学模型。材料力学的研究对象主要是研究力的运动效应。材料力学的研究对象是一种更接近实际主要研究力的变形效应的可变形力学模型。根据所研究的问题，实际物体通常被视为刚体或可变形体。理论力学中的一些定理在材料力学中的应用受到严格限制。加减平衡力系统的原理及其推理(力传递力系统简化的基础)、力的平移定理、力偶等价定理(力偶力矩相等的两力偶的等价性)等。仅适用于刚体，不适用于变形体。1.5内力，内力构件的一部分与其相邻部分之间的相互作用力内力是分布在横截面上的内力。内力通过横截面法计算，内力成对出现。显示和确定内力的方法是横截面法。分段法的基础是“平衡的物体的所有部分也应该保持平衡”。例如，有一根一端固定一端自由的直杆。在xOy平面上，有集中力和力偶作用在自由端。现在需要截面上的内力，杆被分成两部分。首先，参与研究平面力系统的平衡条件。如果参加研究，固定端的反力应由整体平衡方程求得。然后，截面上的内力可以通过局部平衡条件得到。显然，截面上的内力分别是作用力和反作用力。用截面法计算内力的过程可以概括如下：(1)沿所需内力切割截面，将构件切割成两部分。(2)放弃部分，留下部分，被放弃部分对左边部分的作用被内力代替。(3)平衡根据剩余部分的平衡状况，由已知内力转为未知内力。内力在某一点的集中称为该点的应力。如果作用在小面积上的内力是，那么作用在表面上的内力的平均集中是，(称为平均应力)，当，点c，(无限小)，某一极限值，我们称之为点c的总应力，它的表达式是：应力的维数是，单位通常是一个向量，为了方便和研究的需要，我们总是把它分成垂直和平行于横截面的两个分量。前者称为法向应力(或法向应力)，由下式表示。后者称为剪应力(或切向应力)，表示为“应力”和“压力”之差。虽然“压力”和“压力”有相同的维度，但它们有不