材料力学刘洪文

第一章是绪论。材料力学研究物体受力后的内部行为，即变形规律和破坏特征。1.1、材料力学的任务构件结构或称为构件的机械构件。1.1.1研究对象，1.1材料力学的任务，理论力学将物体视为刚体，并讨论其力平衡和运动。在研究材料力学时，必须考虑物体的变形，这种力学称为可变形固体。它属于固体力学范畴，不再接受刚体假设。材料力学的主要研究对象是“杆件”，1.1.2的内容，构件的强度、刚度、稳定性和材料的力学性能。当结构或机械承受载荷或传递运动时，对部件的要求可归纳如下：3.(1)不应损坏(断裂或过度塑性变形)，即应具有足够的强度。(2)产生的变形不应超过工程允许的范围，即应具有足够的刚度。(3)原始形式的部件的平衡应保持稳定，即满足稳定性的要求。构件损坏、构件变形过大、稳定平衡、不稳定平衡、稳定平衡和不稳定平衡的压杆，在一定外力作用下构件，要求能正常工作，一般必须满足以下三个要求：1.1材料力学任务、1.1.3研究方法、理论方法和实验方法；现代方法：计算机分析法。材料力学：的任务是在设计构件时，在保证满足强度、刚度和稳定性要求的前提下，还必须尽可能合理地选择材料并减少材料的消耗，以节约资金或减轻构件的重量。1.1材料力学的任务，材料：在外力作用下的力学性能，材料的变形与外力的关系，以及材料抵抗变形和损伤的能力。部件的强度、刚度和稳定性都与所用材料的机械性能有关。这些机械性能需要通过材料测试来确定。1.2材料力学与生产实践的关系，在封建社会以前，建筑主要是由石头、木头、粗铸铁、铸铜等建筑材料制成的。与此同时，这些建筑的工作条件相对简单，大多数都是通过经验或模仿来设计的。在古代建筑中，也已表明当时的劳动人民根据生产实践中积累的经验，对构件的力学特性和材料的力学特性有了初步的了解，并能结合构件的力学特性正确地使用材料。1.2、材料力学与生产实践的关系，例如，在中国古代，一些砌体结构被拱起以充分发挥材料的抗压强度；封建社会解体后，生产力迅速发展。为了建造新的建筑、汽车、船只和机械，单靠经验或模仿不能解决新的问题。在这种情况下，材料力学逐渐成为一门科学。吊桥由竹绳制成，充分利用了竹子的抗拉强度。此外，我们在制造木结构的梁柱方面积累了丰富的经验。例如，对于横截面为矩形的木梁，横截面的长宽比为3:2，这实际上符合材料力学的基本原理。1.2、材料力学与生产实践的关系，意大利科学家伽利略为了解决建造船只和水闸所需的梁的尺寸问题，进行了一些实验，并在1638年首次提出了计算梁强度的公式。由于他采用了刚体力学的方法，没有考虑梁受力后变形的重要因素，所以他的结论并不正确，但他开辟了一条通过实验和理论方法计算构件的新途径。1678年，英国科学家胡克发表了一个重要的物理定律，他从实验观察中总结出来。力与变化成正比。从那时起因此，有必要提高材料的强度，这促进了冶金工业的发展，使得高强度金属如钢、铝合金和其他材料逐渐成为主要的工程材料，从而使得有可能减小部件所需的横截面尺寸以满足其强度要求。然而，由于采用了细长构件，载荷下的变形显著增加。因此，确保构件的刚度成为计算中必须考虑的另一个方面。1.2、材料力学与生产实践的关系，此外，由于细长杆在压力作用下，失去其原有的平衡形式的稳定性问题，所以构件稳定性计算，也成为理论计算中不可忽视的另一个方面。载荷作用下构件的强度、刚度和稳定性需要计算，这是随着生产发展中出现的新问题而逐渐提出的。1.2、材料力学与生产实践的关系，生产的进一步发展带来了更多的新问题，如许多部件需要在随时间交变载荷的作用下，或长时间在高温环境中工作等。为了计算在这些条件下工作的部件的强度、刚度和稳定性，必须考虑更多的影响因素。此外，随着超高强度钢的应用，由于结构或部件中遗漏的初始裂纹，已经发生了意外的断裂事故。为了解决这些问题，近年来发展了断裂力学的一个分支。赵州桥(安吉桥)，591 599，跨度37.4米，采用一种拱高仅7米的浅拱开肩拱。开放式肩拱的使用是世界桥梁史上的第一次，被誉为“世界桥梁的鼻祖”。1.2材料力学与生产实践的关系，大型桥梁的强度和刚度稳定性，巫山长江大桥，1.2材料力学与生产实践的关系，大型桥梁的强度和刚度稳定性，重庆朝天门长江大桥，大型桥梁的强度和刚度稳定性，上海长江大桥长16.63公里，跨河9.97公里。大型桥梁的强度和刚度是稳定的。杭州湾大桥长36公里，是世界上正在建设或已经建成的最长的桥梁。建于1056年，采用桶形结构和各种桶形拱，历经900多年的多次地震考验。1.2材料力学与生产实践的关系，山西应县木塔，浦东开发区高层建筑，广州电视观光塔总高度600米，其中塔身450米，天线杆150米。广州塔于2010年9月29日正式对外开放。迪拜塔位于阿拉伯联合酋长国的迪拜。它是世界上最高的建筑，高828米。迪拜塔，长江三峡工程，1.2材料力学与生产实践的关系-核工业，应用核工业力学，导论，1.2材料力学与生产实践的关系-石油工程，1500吨巨型挖掘机，工程部件的强度、刚度，自行车结构的强度、刚度和稳定性，1.2材料力学与生产实践的关系，1.2材料力学与生产实践的关系，材料力学要解决的问题范围随着生产的发展而扩大。一方面，生产实践提供了大量的成功经验和失败教训。同时，实验室开展的大量科学实验也积累了丰富的材料力学实验数据，有利于材料力学的发展。另一方面，材料力学的发展也对生产实践起着重要的指导作用。它为构件的计算提供了一种简单实用的方法，不仅保证了构件在各种条件下都能正常工作，合理使用材料。力学研究力和运动的基本规律和实际应用。它是科学进步和主要工程技术之间的桥梁。本世纪力学的前沿包括微观力学和跨尺度关联、湍流和复杂流动、高温气体“十一五”期间，我们将发展断裂力学、细观力学、损伤力学、跨尺度相关(宏观、细观和微观)方法，改造传统的均质连续介质力学、强度理论和新的材料实验方法，各种复杂应力环境下构件和结构变形破坏行为的判断理论和方法，按所需函数设计材料，计算力学、湍流和复杂流动理论，研究各种设计的优化问题。重视信息科学、生命科学、航空航天、自然灾害等重要应用领域力学问题的研究。完善力学学科的理论框架，发展新的实验和数值模拟方法，促进力学与其他学科的交叉。国家“十一五”基础研究发展规划:力学，1.3变形实体的基本假设，用于制造部件的材料的材料结构和性质是多种多样的，但它们有一个共同的特征，即所有的实体都在载荷下变形。因此，这些材料统称为可变形固体。工程材料的材料结构是不同的，例如，金属具有晶体结构；塑料由长链分子组成。玻璃和陶瓷是由硅原子和氧原子按照一定的规则排列而成的。因此，各种材料的材料结构具有不同程度的空隙，并且可能具有诸如孔隙和杂质的缺陷。然而，与部件的尺寸相比，该间隙的尺寸非常小(金属晶体结构的尺寸大约为10-10m数量级)，因此可以忽略，并且认为物体的结构是紧凑的。此外，对于实际材料的基本成分，如金属晶体、混凝土石头、沙子和水泥，它们之间以及基本成分和成分之间的机械性能存在不同程度的差异。然而，因为基本部件的尺寸与部件的尺寸相比非常小，并且排列方向是随机的，所以材料的机械性能反映了无数随机排列的基本部件的机械性能的统计平均值。1.3变形固体的基本假设，例如，组成金属的晶体的机械性能是方向性的，但是由数千个随机排列的晶体组成的金属材料的机械性能在统计上是各向同性的。固体有许多性质，有不同的研究角度和重点。在研究构件的强度、刚度和稳定性时，为了抽象出力学模型，掌握与问题相关的主要属性并省略一些次要属性，对变形实体作出以下假设：1.3变形实体的基本假设：1。连续性假设，认为一个物体的整个体积都充满了物质，没有空隙，其结构紧凑。根据这一假设，可以在受力构件的任何点截取体积元素进行研究。换句话说，当一些力学量被视为点的坐标的函数时，可以对这些量进行极限分析，而坐标的增量是无限小的。值得注意的是，在正常工作条件下，变形的固体仍应保持其连续性。因此，变形实体的变形必须满足几何相容条件，即变形实体既不会产生“空洞”也不会产生“挤压”现象。1.3变形固体的基本假设是，固体中各处都有相同的机械性质。从对象中的任意点获取的体积元素的机械属性可以表示整个对象的机械属性。2.同质性假设，1.3变形固体的基本假设据信固体的机械性质在任何方向都是相同的。3.各向同性假设，具有这种性质的材料称为各向同性材料，如钢、铜、玻璃等。在不同方向上具有不同机械性能的材料称为各向异性材料，如木材、胶合板和一些合成材料。1.3变形固体的基本假设，因为l比l小得多，当计算a端的反作用力时，l的影响可以忽略，力p仍被认为作用于b点。变形比部件的尺寸小得多。当研究部件的平衡和运动时，计算变形前的原始尺寸，以确保问题在几何上是l随着研究的深入，上述假设的限制将逐步放宽。例如，各向异性问题、大变形问题和包含缺陷或裂缝的不连续介质在后续课程中逐渐讨论。1.4、外力及其分类。根据作用方式，外力分为：负载结构或机器通常会受到各种外力的影响，这些外力被称为负载。如：建筑物承受的风压、地震时产生的惯性力、部件自重、机床主轴承受的齿轮啮合力和销切力等。体积力：是连续分布在物体内部各点的力，如重力和惯性力。面积力：是连续分布在物体一个表面上的力。集中力：力的面积很小。1.4、外力及其分类，根据作用时间分类：静载荷：从零慢慢增加到一定值不随时间变化(不使物体产生加速度)。动态载荷：力随时间变化(交变载荷、冲击载荷)。1.5内力，截面法和应力，1.5.1外力和内力，外力作用在研究对象的其他构件上。内力：是由外力作用构件的颗粒之间的相对位置的变化引起的附加内力。(内力是由外力引起的)。由于假设物体是均匀连续的可变形固体，物体内部相邻部分之间相互作用的内力实际上是一个连续分布的内力系统。分布式内力系统的组成(力或力偶)简称为内力。换句话说，内力是指由外力引起的分布在物体相邻部分之间的内力系统的组成。1.5内力，截面法和应力，1.5.2截面法，截面法是研究材料力学中内力的一种基本方法，步骤：在图中物体的任何截面上求mm的内力，(1)在求内力的截面上，该分量被假想切割成两个部分，m，m，(2)部分被留下，部分被丢弃，内力被用来代替被丢弃部分对左边部分的影响。(3)根据剩余部分的平衡条件计算截面内力，并计算截面上A点的应力。以点a周围的微A,A A为例。点a上的内力之和为f，法向分量为Fn，切向分量为Ft，分布在构件截面上的内力集中称为应力。根据应力的定义，应力具有以下特征：(1)应力是指受力物体某一截面上的某一点；因此，关于应力的讨论必须清楚应力在哪个截面上。(2)截面上某一点的应力是一个矢量。对于应力分量，一般规定离开截面的正应力为正，指向截面的正应力为负，即拉应力为正，压应力为负。在截面内的一点(靠近截面)产生顺时针力矩的剪应力是正的，反之亦然。(3)整个截面上每个点的应力与微区dA的乘积的合力是该截面上的内力。1 pa=1牛顿/m2 (n/m2)，1 mpa=1106 n/m2=1n/mm2=106 pa，1 GPA=109 pa，1.5内力，截面法和应力，(4)应力尺寸为ML-1T-2。应力的单位是帕。材料力学还需要研究外力引起的固体变形和内力的分布。1.6变形和应变，假设固体不能被刚体位移。点M的位移都是由变形引起的。让我们假设周围的m点是一个有x、y和z边的微小的正六面体。当正六面体的边长趋于无穷大时，称之为单元体。1.6变形和应变，变形后，六面体的长度和边缘之间的角度都会发生变化。固体的变形是大小和形状的：度变化。x是变形前平行于x轴的线段MN的原始长度。x s是变形后MN的长度。m称为线段MN的平均(线)应变。1.6、变形和应变，称为m点沿x方向的线应变是c试着