材料力学课件路桥第1章绪论

1、第一章第一章 绪绪 论论n三、外力及其分类三、外力及其分类n二、变形固体的性质及基本假设二、变形固体的性质及基本假设n六、杆件变形的基本形式六、杆件变形的基本形式n五、正应变与切应变五、正应变与切应变n四、内力、截面法和应力四、内力、截面法和应力n一、材料力学的任务及与工程的联系一、材料力学的任务及与工程的联系1-1、材料力学的任务及与工程的联系、材料力学的任务及与工程的联系材料力学与工程设计密切相关。材料力学与工程设计密切相关。材料力学：研究物体受力后的内在表现，材料力学：研究物体受力后的内在表现， 即，变形规律和破坏特征。即，变形规律和破坏特征。 工程设计的任务之一就是保证构件在确定的外力

2、作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、刚度失效和失稳，即用下正常工作而不发生强度失效、刚度失效和失稳，即保证构件具有足够的保证构件具有足够的强度强度(strength)、刚度刚度(rigidity)与与稳稳定性定性(stability)。强度强度是指构件在荷载作用下抵抗破坏的能力；是指构件在荷载作用下抵抗破坏的能力；刚度刚度是指构件在荷载作用下抵抗变形的能力；是指构件在荷载作用下抵抗变形的能力；稳定性稳定性是指构件在压缩载荷的作用下，保持原有形是指构件在压缩载荷的作用下，保持原有形状下的平衡形式的能力。例如：细长直杆在轴向压力作状下的平衡形式的能力。例如：

3、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。然从直线平衡形式转变为弯曲的平衡形式。 （1）强度：构件的抗破坏能力。强度：构件的抗破坏能力。 机械加工用的钻床的机械加工用的钻床的立柱，如果强度不够，就立柱，如果强度不够，就会折断会折断(断裂断裂)或折弯或折弯(塑性塑性变形变形)；如果刚度不够，；如果刚度不够，钻床立柱即使不发生断裂钻床立柱即使不发生断裂或者折弯，也会产生过大或者折弯，也会产生过大弹性变形（图中虚线所示弹性变形（图中虚线所示为夸大的弹性变形），从为夸大的弹性变形），从而影响

4、钻孔的精度，甚至而影响钻孔的精度，甚至产生振动，影响钻床的在产生振动，影响钻床的在役寿命。役寿命。 （2）刚度：构件的抗变形能力。刚度：构件的抗变形能力。 和和 稳定失效的例子稳定失效的例子多见于承受轴向压力多见于承受轴向压力的工程构件。的工程构件。 翻斗货车的液压翻斗货车的液压机构中的顶杆，如果机构中的顶杆，如果承受的压力过大，或承受的压力过大，或者过于细长，就有可者过于细长，就有可能突然由直变弯，发能突然由直变弯，发生稳定失效。生稳定失效。 压杆（3）稳定性：构件保持原有平衡状态的能力。稳定性：构件保持原有平衡状态的能力。大型桥梁的强度大型桥梁的强度 刚刚度度 稳定问题稳定问题澳澳 门门

5、桥桥上海南浦大桥上海南浦大桥南京长江大桥南京长江大桥1940年年11月，华盛顿州的月，华盛顿州的tacoma narrows桥，由于桥面刚度太差，桥，由于桥面刚度太差，在在45 mph风速的情形下，产生风速的情形下，产生“galloping gertie”（驰振）。（驰振）。上海标志性建筑上海标志性建筑楼高：楼高：420.5m（世界第三，中国第一）（世界第三，中国第一）共共 88 层层中国传统建筑风格与世界高新中国传统建筑风格与世界高新技术的完美结合技术的完美结合 金茂大厦金茂大厦美国建筑师学会室内建筑奖（美国建筑师学会室内建筑奖（2001）空间站和航天器空间站和航天器兵器工业飞机与导弹兵器工

6、业飞机与导弹疲劳引起的破坏疲劳引起的破坏材料力学的任务材料力学的任务f在满足在满足强度、刚度、稳定性强度、刚度、稳定性的要的要求下，以最经济的代价，为构件求下，以最经济的代价，为构件确定合理的形状和尺寸，选择适确定合理的形状和尺寸，选择适宜的材料，而提供必要的理论基宜的材料，而提供必要的理论基础和计算方法。础和计算方法。1、连续性假设：物质密实地充满物体所在空间，毫无、连续性假设：物质密实地充满物体所在空间，毫无 空隙。（可用微积分数学工具）空隙。（可用微积分数学工具）2、均匀性假设：物体内，各处的力学性质完全相同。、均匀性假设：物体内，各处的力学性质完全相同。3、各向同性假设：组成物体的材料

7、沿各方向的力学性质、各向同性假设：组成物体的材料沿各方向的力学性质 完全相同。（这样的材料称为各向同性材料；沿各方完全相同。（这样的材料称为各向同性材料；沿各方 向的力学性质不同的材料称为各向异性材料。向的力学性质不同的材料称为各向异性材料。4、小变形假设：材料力学所研究的构件在载荷作用下的、小变形假设：材料力学所研究的构件在载荷作用下的 变形与原始尺寸相比甚小，故对构件进行受力分析时变形与原始尺寸相比甚小，故对构件进行受力分析时 可忽略其变形。可忽略其变形。1-2 变形固体的性质及其基本假设变形固体的性质及其基本假设1-3 外力及其分类外力及其分类表面力表面力体积力体积力分布力分布力集中力集

8、中力静载荷静载荷动载荷动载荷交变载荷交变载荷冲击载荷冲击载荷作用在弹性体上作用在弹性体上的外力相互平衡的外力相互平衡内力与外力平衡；内力与外力平衡；内力与内力平衡。内力与内力平衡。f1f3f2fn假想截面假想截面f1f2f3fn分布内力分布内力1-4 内力、截面法和应力内力、截面法和应力ffn=ff整体平衡 & 局部平衡内力内力m m0m0m0m0整体平衡 & 局部平衡内力内力qnadpmppadd00limlimmaapppad d dd0limana应力：分布内力在一点的集度应力：分布内力在一点的集度0limaqa平均应力：平均应力：应力：应力：正应力：正应力：切应力：切应

9、力：p内力集度内力集度将物体沿任意平面切开，两侧物质之间的相互作将物体沿任意平面切开，两侧物质之间的相互作用力，总可以分解为两个分量：作用线垂直于截面的；用力，总可以分解为两个分量：作用线垂直于截面的；作用线位于横截面内的。作用线位于横截面内的。分布内力在一点的集度，称为分布内力在一点的集度，称为应力应力(stress)作用线垂直于截面的应力称为作用线垂直于截面的应力称为正应力正应力(normal stress)，用希腊字母，用希腊字母 表示；作用线位于截面内的应表示；作用线位于截面内的应力称为力称为切应力切应力或或剪应力剪应力(shear stress)，用希腊字母，用希腊字母 表示。应力的

10、单位记号为表示。应力的单位记号为pa或或mpa，工程上多用，工程上多用mpa。1-5 线应变与切应变线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线变形与剪切变形，这两种变形程度的度量分别称为称为“正应变正应变”( (normal strain) )和和“切应变切应变” ” ( (shear strain),),分别用分别用 和和 表示。表示。mm nmnsmnxdd00limlimmnmnm nmnsmnxddxx+smlnlnm(ml直角改变量直角改变量nnml00lim2mnmllm n工程中的常用构件工程中的常用构件杆件板壳块体1-6 杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式材料

11、力学以材料力学以“梁、杆梁、杆”为主要研究对象为主要研究对象工程中的梁、杆结构工程中的梁、杆结构拉伸或压缩拉伸或压缩（tension or compression） 当杆件两端承受沿轴线方向的拉力或压力载荷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。时，杆件将产生轴向伸长或压缩变形。剪切（剪切（shearing） 在平行于杆横截面在平行于杆横截面的两个相距很近的平面的两个相距很近的平面内，方向相对地作用着内，方向相对地作用着两个横向力，当这两个两个横向力，当这两个力相互错动并保持二者力相互错动并保持二者之间的距离不变时，杆之间的距离不变时，杆件将产生剪切变形。件将产生剪切变形。扭转（扭转（torsion） 当作用在杆件上的力组成作用在垂直于杆轴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平面内的力偶me时，杆件将产生扭转变形，即时，杆件将产生扭转变形，即杆件的横截面绕其轴相互转动杆件的横截面绕其轴相互转动 。弯曲（弯曲（bending） 当外加力偶当外加力偶m或外力作用于杆件的纵向平面内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。时，杆件将发生弯曲变形，其轴线将变成曲线。 组合受力组合受力 由基本受力形式中的两种或两种以上所共同形成由基本受力形式中的两种或两种以上所