材料力学课件

,大连理工大学基础力学教学研究所,材料力学,MechanicsofMaterials,张昭综合实验1号楼523电话：84707608邮箱：297277243QQ：297277243助教：赵磊QQ：526947211手机材料力学案例李锋编著科学出版社2011,材料力学季顺迎主编科学出版社2013,材料力学解题指导马红艳主编科学出版社2014,材料力学教材及辅导书,材料力学课程考核方式,总学时：64学时考核方式课堂表现4%课下作业8%课程论文8%期中考试10%期末考试：70%,答疑,时间：每周四下午3:30-4:30地点：力学楼401,绪论,材料力学与工程材料力学的地位材料力学的任务材料力学的研究对象材料力学的基本假设材料力学的基本概念,一、材料力学与工程源于工程用于工程材料力学起源于17世纪，这时的材料力学以木材、石材等为研究主体，因此，有很大的局限性。如伽利略的石梁破坏试验、木材弯曲试验。材料力学分为两个流派：斯坦福大学教授铁木辛柯，构成了欧美材料力学课程体系的基础；前苏联工科院校的材料力学课程体系，代表人物是列宁格勒铁道学院教授别辽耶夫。,铁摩辛柯（StephenPTimoshenko，18781971），出生于乌克兰，去世于德国，190l年毕业于俄国彼得堡交通道路学院。之后他按规定服役一年，于1902年回彼得堡交通道路学院任实验讲师，一年后到彼得堡工学院任讲师。从1903年到1906年，他每年利用夏天的时间去德国哥廷根大学进修，在克莱因、普朗特的指导下进行研究工作。在19071921年间先后在基辅、彼得堡与南斯拉夫任教。1922年到美国费城振动专业公司，第二年到匹兹堡威斯汀豪斯电器公司从事力学研究工作。从1928年起他在美国密歇根大学、1936年到斯坦福大学任教。,米约高架桥,海洋石油钻井平台,海洋石油201船托管架,战神火箭,神舟六号返回舱(由CZ2F发射),神舟X号返回舱计算,火箭全长58.3米起飞质量479.8吨。,美国土星5,CZ2F,火箭轴力图(2.2)、剪力图和弯矩图(5.3),垂直载荷工况下的底架中梁中部最大下挠与转向架中心距的比值小于1/1500。,纽约世贸中心,埃菲尔铁塔,北京.国家体育场,二、材料力学的地位,性质技术基础课地位固体力学的基础工程设计的基础,三、材料力学的任务1研究材料在外力作用下破坏的规律；破坏断裂，塑性变形,材料的力学性能试验,任务,2研究杆件的强度条件，刚度条件，稳定性条件；强度(strength)材料抵抗破坏的能力；刚度(stiffness)构件抵抗变形的能力；稳定性(stability)构件维持原有平衡形式的能力。,稳定性问题,1940年美国塔柯姆大桥,强度问题刚度问题,稳定问题,稳定问题,3解决结构设计安全可靠与经济合理、美观的矛盾优化设计,任务,四、材料力学的研究对象,1.构件(member)基本形式,曲杆,变截面直杆,杆件bar,等截面直杆,构件基本形式,构件基本形式,板,壳,块,2.材料力学的研究对象,轴线axis,等截面直杆,直杆,横截面crosssection,形心,等截面杆,埃菲尔铁塔,五、材料力学基本假设,建立理想弹性体模型的必要性微观上看，材料是不连续、不均匀的，也是各向异性的。,灰口铸铁的显微组织,球墨铸铁的显微组织,普通钢材的显微组织,优质钢材的显微组织,在宏观上，可以认为材料是连续、均匀的，部分工程材料是各向同性的。,2.材料力学基本假设,连续性假设材料连续无孔隙continuityassumption均匀性假设材料各处性质相同homogenizationassumption各向同性假设任意方向材料性质相同isotropyassumption4.小变形假设变形量远小于构件尺寸便于用变形前的尺寸和几何形状进行计算,1.4外力,一、集中力F,A,A,单位,N或kN,外力,二、分布力,单位,N/m或kN/m,q,线分布力q,合力,大小F=分布图面积ql,作用线-过分布图形心,外力,分布力q,线分布力,均布力,非均布力,外力,分布力p,面分布力,p=z,p=z,单位Pa,1Pa=1N/m2,蓄水池,外力,面分布力p,压力容器,外力,三、力偶m,集中力偶,分布力偶,单位Nm,单位Nm/m,1.5内力截面法,一、内力internalforce,2.附加内力外力引起，连续分布,1.固有内力,使物体平衡,假想截面,分布内力,3.内力通常指横截面上附加内力向截面形心简化所得主矢和主矩在三个坐标轴方向的分量。（共六个）,内力主矩,内力主矢,内力分量（简称内力）,二、截面法methedofsection求内力的基本方法,假想一个平面将构件分开，将舍弃部分对剩余部分的作用代之以内力，通过求剩余部分的局部平衡来得到未知内力的数值。,假想截面,例题：,求m-m截面内力,解：给定一个坐标系，如图所示。由平衡方程，有,O,O,1.概念,应力分布内力在一点的集度,1.6应力stress,工程构件，大多数情形下，内力并非均匀分布，通常“破坏”或“失效”往往从内力集度最大处开始，因此，有必要区别并定义应力概念。,应力就是单位面积上的内力,切应力t位于截面内的应力称为切应力,正应力s垂直于截面的应力称为正应力normalstress,单位：Pa,1Pa=1N/常用单位：MPa,1MPa=106Pa,（剪应力）shearstress,2.正应力和切应力,FQ,FN,注意事项,1.讲应力应注意讲是哪一点的应力；2.讲一点应力，应讲是哪一个截面上的应力;,3.讲一点应力，通常应同时考虑正应力和切应力.,1.7位移变形应变,一、位移displacement线位移一点空间位置的改变单位：m,mm角位移一面方位的改变单位：rad,二、变形deformation,尺寸改变形状改变变形引起位移,三、应变strain,线应变(linearstrain)一点在某方向上尺寸改变程度的描述。切应变(shearingstrain)过一点两互相垂直截面的角度改变。,直角改变量,=+,微元体element,注释,线应变与点的位置有关；与x的方向有关；伸长变形为正；无量纲。切应变与点的位置有关；与垂直两边的方位有关；无量纲。,1.8杆件变形的基本形式,1.轴向拉伸和压缩axialtensionorcompression,拉伸,压缩,2.剪切shear,3.扭转torsion,联轴器,轴,4.平面弯曲planebending,结论与讨论,1.材料力学研究杆件的强度、刚度、稳定性问题，因此其研究对象为变形体，不再是刚体。应注意适用于刚体的概念、原理和方法，用于变形体时是否适用，如静力等效等。,2.内力是附加内力的主矢分量和主矩分量，它由外力引起，与变形有关，应满足平衡方程。3.计算内力的基本方法为截面法，其原理为局部平衡，应逐步习惯用截面法计算内力。4.应力是强度计算的基本参数，应注意两种应力（和）的点的概念，面的概念，注意其单位的规范写法（MPa)。,5.构件受力发生变形，卸载后消失的变形