材料力学第01章 绪论

1、材材 料料 力力 学学Mechanics of Matericals第一章第一章 绪绪 论论1. .1 材料力学的任务材料力学的任务1. .2 变形固体的基本假设变形固体的基本假设1. .3 杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式1. .4 材料力学与生产实践的关系材料力学与生产实践的关系*材料力学材料力学第一章第一章 绪论绪论一、一、理论力学与材料力学的比较理论力学与材料力学的比较二、二、材料力学的任务材料力学的任务三、材料力学与其它课程的关系三、材料力学与其它课程的关系1. .1 材料力学的任务材料力学的任务1. .1 材料力学的任务材料力学的任务一、一、理论力学与材料力学的比较理论力学与材

2、料力学的比较研究对象：研究对象：研究内容：研究内容：研究手段：研究手段： 理论力学理论力学 材料力学材料力学刚体刚体 变形体变形体外力外力和和运动运动内力内力和和变形变形平衡方程平衡方程截面法截面法 + + 平衡方程平衡方程1. .1 材料力学的任务材料力学的任务二、二、材料力学的任务材料力学的任务1. .三个名词三个名词 如：如：机器中的机器中的轴轴、连杆连杆、螺栓螺栓 建筑物中的建筑物中的板板、梁梁、柱柱 构件构件 载荷载荷( (荷载荷载) ) 变形变形组成机器或建筑物的组成机器或建筑物的部件部件构件的构件的重量重量和作用在构件上的和作用在构件上的外力外力在载荷作用下构件的在载荷作用下构件

3、的形状形状和和尺寸尺寸的的改变改变也称为也称为形变形变1. .1 材料力学的任务材料力学的任务 为设计既为设计既安全安全又又经济经济的构件提供理论和计算方法的构件提供理论和计算方法即：即：研究构件的研究构件的强度强度、刚度刚度和和稳定性稳定性问题问题2. .材料力学的任务材料力学的任务 刚刚 度度 强强 度度 稳定性稳定性即：即：构件保持原有构件保持原有平衡平衡形式的能力形式的能力 构件抵抗构件抵抗破坏破坏的能力的能力构件抵抗构件抵抗变形变形的能力的能力构件抵抗构件抵抗失稳失稳的能力的能力1. .1 材料力学的任务材料力学的任务 2000年年12月月1日下午日下午2:30左右，东莞市厚街镇赤岭

4、工业区内，左右，东莞市厚街镇赤岭工业区内，一幢一幢擅自擅自由一层加至到三层由一层加至到三层的私人建筑物突然发生的私人建筑物突然发生整体倒塌整体倒塌。当。当场上百人被埋，至少场上百人被埋，至少8人死亡人死亡，32人受伤人受伤。1. .1 材料力学的任务材料力学的任务 2008年年 1月月26日湖日湖北咸宁供电北咸宁供电公司输电部公司输电部员工在员工在110千伏桂犀线千伏桂犀线38号铁塔上号铁塔上破冰抢修破冰抢修 1. .1 材料力学的任务材料力学的任务 2008年年1月月31日下午，湖北咸宁学院篮球场风雨棚不堪积雪重日下午，湖北咸宁学院篮球场风雨棚不堪积雪重压，发生压，发生坍塌坍塌。正在球场内打

5、球的。正在球场内打球的11名学生被砸伤，其中名学生被砸伤，其中1人经抢人经抢救无效死亡救无效死亡。 1. .1 材料力学的任务材料力学的任务 受连日的恶劣天气影响，位于江西省南昌县泾口乡水各村的受连日的恶劣天气影响，位于江西省南昌县泾口乡水各村的220千伏南梅千伏南梅I线线0075号号高压铁塔倒塌高压铁塔倒塌。该塔的倒塌给南昌至抚州。该塔的倒塌给南昌至抚州方向的供电造成较大影响。（方向的供电造成较大影响。（2008年年2月月1日摄）日摄）1. .1 材料力学的任务材料力学的任务 2008年年2月月1日，贵州电建二公司工人正在抢修位于龙里县日，贵州电建二公司工人正在抢修位于龙里县210国道附近观

6、音山上国道附近观音山上垮塌的电网垮塌的电网。 由于贵州出现持续低温、凝冻天气，电网线上的覆冰加厚。由于贵州出现持续低温、凝冻天气，电网线上的覆冰加厚。 1. .1 材料力学的任务材料力学的任务中中新新网网台台州州2008年年8月月21日日电：电： 2008年年8月月21日上午，甬台温铁路浙江黄岩金寺堂特大桥工程日上午，甬台温铁路浙江黄岩金寺堂特大桥工程项目项目38号墩号墩0号块梁板发生号块梁板发生坍塌坍塌事故，事故，240多吨的梁板掉落，埋住多吨的梁板掉落，埋住4人，其中人，其中2人死亡人死亡。据据“821”事故情况通报，现初步查明事故系施工人员事故情况通报，现初步查明事故系施工人员擅自拆擅自

7、拆除除翼板部位支撑钢管时翼板部位支撑钢管时支架失稳支架失稳导致。导致。 1. .1 材料力学的任务材料力学的任务理论分析理论分析实验分析实验分析3. .材料力学的研究方法材料力学的研究方法提出提出构件的内力和变形的构件的内力和变形的理论计算公式理论计算公式测定材料的力学性能测定材料的力学性能测量构件的内力和变形测量构件的内力和变形检验理论计算公式的正确性与误差检验理论计算公式的正确性与误差1. .1 材料力学的任务材料力学的任务三、三、材料力学与其它课程的关系材料力学与其它课程的关系 材料力学是一门材料力学是一门技术技术基础课基础课， 是沟通是沟通基础课基础课与与专业课专业课的桥梁。的桥梁。即

8、：即：以数学和理论力学为基础，以数学和理论力学为基础， 是其它技术基础课和专业课的基础。是其它技术基础课和专业课的基础。力学力学既是一门基础学科，又是一门应用性很强的学科。既是一门基础学科，又是一门应用性很强的学科。1. .1 材料力学的任务材料力学的任务三、三、材料力学与其它课程的关系材料力学与其它课程的关系 材料力学材料力学是一门与工程实际紧密结合的是一门与工程实际紧密结合的变形固体力变形固体力学学入门的技术基础课，它的研究内容入门的技术基础课，它的研究内容属于两个学科属于两个学科。第。第一个学科是一个学科是固体力学固体力学，即研究构件在外力和温度作用下，即研究构件在外力和温度作用下的应力

9、和变形，称为的应力和变形，称为应力分析应力分析。第二个学科是。第二个学科是材料科学材料科学中的材料的力学行为中的材料的力学行为，即研究材料在外力和温度作用下，即研究材料在外力和温度作用下的变形性能和失效行为，称为的变形性能和失效行为，称为力学性能研究力学性能研究。 材料力学是在实验的基础上，为工程中的构件设计材料力学是在实验的基础上，为工程中的构件设计提供理论依据和方法，以保证所设计的构件具有足够的提供理论依据和方法，以保证所设计的构件具有足够的强度、刚度和稳定性。强度、刚度和稳定性。 1. .1 材料力学的任务材料力学的任务三、三、材料力学与其它课程的关系材料力学与其它课程的关系 如前所述，

10、如前所述，材料力学材料力学是研究是研究材料材料在载荷作用下所表在载荷作用下所表现出的变形与破坏的性质以及现出的变形与破坏的性质以及构件构件抵抗变形、破坏、失抵抗变形、破坏、失稳能力的一门学科。稳能力的一门学科。 构件抵抗破坏、变形、失稳的能力是构件抵抗破坏、变形、失稳的能力是与材料有关与材料有关的。的。 为什么这门课程称为为什么这门课程称为材料力学材料力学？1. .1 材料力学的任务材料力学的任务三、三、材料力学与其它课程的关系材料力学与其它课程的关系2. .不不同的材料同的材料在在同样的受力同样的受力情况下的情况下的变形变形是不同的、是不同的、 所能承受的最大载荷所能承受的最大载荷也是不同的

11、也是不同的( (如：如：铁丝与橡皮铁丝与橡皮 筋筋) )。1. .同一种材料同一种材料在在不同的受力不同的受力( (如如受拉受拉和和受扭受扭) )情况下的情况下的 破坏形式破坏形式是不同的是不同的( (如：如：粉笔粉笔) )；例如：例如：1. .1 材料力学的任务材料力学的任务三、三、材料力学与其它课程的关系材料力学与其它课程的关系工程实际问题的解决方法工程实际问题的解决方法( (过程过程) ): : 实际问题实际问题力学模型力学模型数学模型数学模型求解求解 在材料力学课程的教学过程中，主要：在材料力学课程的教学过程中，主要： 1. .教授教授学生求解构件的强度、刚度和稳定性等力学学生求解构件

12、的强度、刚度和稳定性等力学问题的问题的技能；技能； 2. .培养培养学生将工程实际问题提炼成力学问题学生将工程实际问题提炼成力学问题( (即即力力学建模学建模) )的的能力能力。 工程师创新工程师创新力学家创新力学家创新数学家创新数学家创新第一章第一章 绪论绪论1. .2 变形固体的基本假设变形固体的基本假设一、一、变形固体的概念变形固体的概念二、二、变形固体的两种变形变形固体的两种变形三、变形固体的基本假设三、变形固体的基本假设四、变形的假设四、变形的假设1. .2 变形固体的基本假设变形固体的基本假设一、变形固体的概念一、变形固体的概念 物质物质常见的常见的三种状态：三种状态：固态固态、液

13、态和气态、液态和气态变形固体变形固体在载荷的作用下发生变形的固体在载荷的作用下发生变形的固体也称为也称为可变形固体可变形固体 只有只有固体固体( (固态固态物质物质) )可以用作构件的材料可以用作构件的材料二、变形固体的两种变形二、变形固体的两种变形弹性变形弹性变形塑性变形塑性变形又称为又称为残余变形残余变形或或永久变形永久变形载荷除去后载荷除去后 能能 自行消失的变形自行消失的变形载荷除去后载荷除去后不能不能自行消失的变形自行消失的变形1. .2 变形固体的基本假设变形固体的基本假设是材料本身的一种特性，是指物体在外力是材料本身的一种特性，是指物体在外力作用下发生变形，当外力除去后物体能作用

14、下发生变形，当外力除去后物体能恢恢复复原来大小和形状原来大小和形状的性质。的性质。弹性弹性塑性塑性也是材料本身的一种特性，是指物体在外也是材料本身的一种特性，是指物体在外力下力下产生产生永久变形而不破坏永久变形而不破坏的能力。的能力。二、变形固体的两种变形二、变形固体的两种变形1. .2 变形固体的基本假设变形固体的基本假设 对于给定的材料，当载荷对于给定的材料，当载荷小于小于某一数值某一数值时，所产生时，所产生的变形是的变形是弹性变形弹性变形；当载荷；当载荷超过超过某一数值某一数值时，所产生的时，所产生的变形是变形是弹性变形弹性变形加上加上塑性变形塑性变形。三、变形固体的基本假设三、变形固体

15、的基本假设1. .连续性假设连续性假设 认为组成固体的物质不留空隙地认为组成固体的物质不留空隙地充满充满了固体的整个了固体的整个体积体积即：即：认为固体的性质是连续的认为固体的性质是连续的1. .2 变形固体的基本假设变形固体的基本假设三、变形固体的基本假设三、变形固体的基本假设1. .连续性假设连续性假设认为固体的性质是连续的认为固体的性质是连续的2. .均匀性假设均匀性假设 认为在固体内认为在固体内各处各处的材料的材料( (力学性能力学性能) )相同相同即：即：认为固体的性质不随坐标变化认为固体的性质不随坐标变化1. .2 变形固体的基本假设变形固体的基本假设三、变形固体的三、变形固体的基

16、本假设基本假设1. .连续性假设连续性假设认为固体的性质是连续的认为固体的性质是连续的2. .均匀性假设均匀性假设认为固体的性质不随坐标变化认为固体的性质不随坐标变化3. .各向同性假设各向同性假设1. .2 变形固体的基本假设变形固体的基本假设各向同性材料，如：各向同性材料，如：钢材钢材，塑料塑料，玻璃玻璃。各向异性材料，如：各向异性材料，如：木材木材，竹材竹材，胶合板胶合板。 钢材钢材 木材木材固体的各个方向有固体的各个方向有不同不同的力学性能的性质的力学性能的性质1. .2 变形固体的基本假设变形固体的基本假设各向异性各向异性各向同性各向同性固体的各个方向有固体的各个方向有相同相同的力学

17、性能的性质的力学性能的性质三、变形固体的三、变形固体的基本假设基本假设1. .连续性假设连续性假设认为固体的性质是连续的认为固体的性质是连续的2. .均匀性假设均匀性假设认为固体的性质不随坐标变化认为固体的性质不随坐标变化3. .各向同性假设各向同性假设 认为在固体认为在固体各个方向各个方向的力学性能相同的力学性能相同即：即：认为固体的性质不随方向变化认为固体的性质不随方向变化1. .2 变形固体的基本假设变形固体的基本假设三、变形固体的三、变形固体的基本假设基本假设1. .连续性假设连续性假设认为固体的性质是连续的认为固体的性质是连续的2. .均匀性假设均匀性假设认为固体的性质不随坐标变化认

18、为固体的性质不随坐标变化3. .各向同性假设各向同性假设认为固体的性质不随方向变化认为固体的性质不随方向变化1. .2 变形固体的基本假设变形固体的基本假设四、变形的假设四、变形的假设小变形假设小变形假设小变形小变形与与构件的原始尺寸构件的原始尺寸相比甚小的变形相比甚小的变形1. .2 变形固体的基本假设变形固体的基本假设 在小变形情况下，研究构件的在小变形情况下，研究构件的平衡平衡和和运动运动时，可时，可忽忽略变形的影响略变形的影响，仍按变形前的原始尺寸，仍按变形前的原始尺寸( (即按刚体即按刚体) )进行进行分析、计算。分析、计算。认为构件的变形是微小的认为构件的变形是微小的 总之，材料力

19、学是把构件看作是总之，材料力学是把构件看作是连续的连续的、均匀的均匀的和和各向同性的各向同性的变形固体，研究构件在变形固体，研究构件在小变形小变形情况下、情况下、弹性弹性范围内的范围内的内力内力和和变形变形。1. .2 变形固体的基本假设变形固体的基本假设第一章第一章 绪论绪论1. .3 杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式一、材料力学的研究对象一、材料力学的研究对象二、杆件的四种基本变形形式二、杆件的四种基本变形形式1. .3 杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式一、材料力学的研究对象一、材料力学的研究对象1. .工程中的构件工程中的构件杆杆板板壳壳块块梁，轴梁，轴楼板楼板屋顶，飞机机身屋顶

20、，飞机机身 水坝，齿轮水坝，齿轮2. .材料力学的研究对象材料力学的研究对象 杆杆 材料力学的研究对象是材料力学的研究对象是杆件杆件长度远大于其它两个横向尺寸的构件长度远大于其它两个横向尺寸的构件，简称为简称为杆杆 1. .3 杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式(1)(1)杆的两个主要几何因素杆的两个主要几何因素 横截面横截面 轴轴 线线垂直于杆长度方向的截面垂直于杆长度方向的截面各横截面形心的连线各横截面形心的连线1. .3 杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式轴线轴线横截面横截面形心形心 横截面与横截面与轴线之间的关系：轴线之间的关系：相互垂直相互垂直( (2) )杆的分类杆的分类 等截面杆等截面杆 变截面杆变截面杆 b. .按轴线的形式分为：按轴线的形式分为： a. .按横截面的形式分为按横截面的形式分为： 直杆直杆 曲杆曲杆 本课程主要研究的杆件：本课程主要研究的杆件： 等直杆等直杆横截面沿轴线不变的杆横截面沿轴线不变的杆横截面沿轴线变化的杆横截面沿轴线变化的杆轴线为直线的杆轴线为直线的杆轴线为曲线的杆轴线为曲线的杆横截面沿轴线不变的直杆横截面沿轴线不变的直杆1. .3 杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式1. .3 杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式 可见，材料力学是研究可见，材料力学是研究最简单的固体力学问题最简单的固体力学问题： 最简单的材料