工程力学C 第4章 材料力学基本假设和基本概念

1、材料力学 Mechanics of Materials第二篇第四章 材料力学的基本假设 和基本概念 Basic Assumptions and Concepts of Material Mechanics第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念Basic Assumptions and Concepts of Material Mechanics材料力学本章介绍本章介绍材料力学的材料力学的任务任务应变应变的概念的概念杆件杆件变形变形的基本形式的基本形式材料力学的材料力学的基本假设基本假设外力、内力外力、内力与与截面法截面法应力应力的概念的概念4.1 4.1 引引

2、言言第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念Basic Assumptions and Concepts of Material Mechanics材料力学破坏（失效）破坏（失效）：构件：构件断裂断裂或产生或产生显著的塑性变形显著的塑性变形。断裂断裂塑性大变形塑性大变形问题：如何保证构件能够问题：如何保证构件能够安全安全、正常正常地工作？地工作？第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念Basic Assumptions and Concepts of Material Mechanics材料力学第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概

3、念材料力学的基本假设和基本概念Basic Assumptions and Concepts of Material Mechanics材料力学材料的力学性能：材料的力学性能：材料受力时，在强度和变材料受力时，在强度和变形方面表现出的性质。形方面表现出的性质。 第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念Basic Assumptions and Concepts of Material Mechanics材料力学一、连续性假设：一、连续性假设： 认为组成固体的物质不留空隙认为组成固体的物质不留空隙地充满了整个固体的体积地充满了整个固体的体积 。二、均匀性假设：二、均匀

4、性假设：认为在固体内各点处具有相同认为在固体内各点处具有相同的力学性能。的力学性能。 材料力学的研究对象是：材料力学的研究对象是：构件构件。材料力学中对变形固体所作的材料力学中对变形固体所作的基本假设：基本假设：第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念Basic Assumptions and Concepts of Material Mechanics材料力学三、各向同性假设三、各向同性假设:四、小变形假设四、小变形假设:认为固体受力后的变形比固体认为固体受力后的变形比固体的原始尺寸小得多。的原始尺寸小得多。 ll第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力

5、学的基本假设和基本概念Basic Assumptions and Concepts of Material Mechanics材料力学1. 1. 按作用方式分类按作用方式分类连续分布在物体表面上的力。如连续分布在物体表面上的力。如水的压力等。水的压力等。表面力表面力：作用在物体表面上的力。：作用在物体表面上的力。集中力：集中力：分布力：分布力：作用面积很小的力。如火车轮对作用面积很小的力。如火车轮对铁轨的压力等。铁轨的压力等。第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念Basic Assumptions and Concepts of Material Mechani

6、cs材料力学体积力集中力分布力表面力外力即：体积力：体积力：第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念Basic Assumptions and Concepts of Material Mechanics材料力学冲击载荷交变载荷动载荷静载荷外力即：第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念Basic Assumptions and Concepts of Material Mechanics材料力学因外力引起固有内力（分子之间的因外力引起固有内力（分子之间的吸引力）的改变量称为吸引力）的改变量称为附加内力附加内力。 刚度应变强度应力内力

7、外力第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念Basic Assumptions and Concepts of Material Mechanics材料力学 内力是由外力引起的；不是指的分子力。内力是由外力引起的；不是指的分子力。 内力指截面上分布力系向形心（即截面形内力指截面上分布力系向形心（即截面形状的几何中心）简化，得到的主矢和主矩状的几何中心）简化，得到的主矢和主矩。一般包括轴力。一般包括轴力FN、切力、切力FS、扭矩、扭矩T 和和弯矩弯矩M。 注意：注意：TFNMFS第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念Basic Ass

8、umptions and Concepts of Material Mechanics材料力学显示显示并求并求内力内力的方法。的方法。2. 截面法：截面法：TFNMFS步骤：步骤：P97分二留一；分二留一；内力代弃；内力代弃；内外平衡。内外平衡。例例4.1 ：P97注意：注意：内力与截面的形状和大内力与截面的形状和大小无关，只与外力有关。小无关，只与外力有关。第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念Basic Assumptions and Concepts of Material Mechanics材料力学F1F2FiFnF3M1M2问题：问题： 由同一种材料制

9、成的两根杆。由同一种材料制成的两根杆。它们受相同的外力它们受相同的外力作用。因此有相同作用。因此有相同的内力。的内力。F1F2FiFnF3M1M2哪个会先破坏？哪个会先破坏？为什么？为什么？答：它们的应力不同，细杆的应力大。答：它们的应力不同，细杆的应力大。答：细杆。答：细杆。第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念Basic Assumptions and Concepts of Material Mechanics材料力学mApplim0AAPpm分布内力的集度或单位面积上的内力。分布内力的集度或单位面积上的内力。4.4.1 应力：应力：P) 1 . 4(li

10、m0APA4.4.2 应力的定义应力的定义1. 截面上任一点截面上任一点C的的全应力全应力C第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念Basic Assumptions and Concepts of Material Mechanics材料力学pPaMPaPa62101N/m单位：p2. 正应力正应力和和切应力切应力：设全应力为设全应力为p，如图，如图第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念Basic Assumptions and Concepts of Material Mechanics材料力学xuxABAB)2.4(xum一点

11、的一点的线位移：线位移：第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念Basic Assumptions and Concepts of Material Mechanics材料力学xuxABAB)3 . 4(lim0 xux线（正）应变线（正）应变：注意：注意：无量纲。无量纲。= E单位长度的线变形。单位长度的线变形。 第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念Basic Assumptions and Concepts of Material Mechanics材料力学角位移：角位移：第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基

12、本假设和基本概念Basic Assumptions and Concepts of Material Mechanics材料力学即：即：第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念Basic Assumptions and Concepts of Material Mechanics材料力学20（练习册（练习册2.7，P13）第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念Basic Assumptions and Concepts of Material Mechanics材料力学构件分类构件分类杆杆板板壳壳块块杆：杆：第四章第四章 材料力学的

13、基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念Basic Assumptions and Concepts of Material Mechanics材料力学第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念Basic Assumptions and Concepts of Material Mechanics材料力学轴轴 线线横截面横截面横截面横截面直杆直杆等直杆等直杆曲杆曲杆第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念Basic Assumptions and Concepts of Material Mechanics材料力学悬臂吊车悬臂吊车

14、 杆件的四种基本变形形式杆件的四种基本变形形式1.1.轴向拉伸或压缩：轴向拉伸或压缩：（P101，图，图4.6，托架），托架）ABCDE(a)FCB(c)CFBF(d)BCBFCF第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念Basic Assumptions and Concepts of Material Mechanics材料力学杆：杆：以轴向拉、压变形为主的杆件。以轴向拉、压变形为主的杆件。FFFF第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念Basic Assumptions and Concepts of Material Mecha

15、nics材料力学2. 剪切剪切 铆接头铆接头铆钉铆钉第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念Basic Assumptions and Concepts of Material Mechanics材料力学变形特点：变形特点：相对错动。相对错动。 FF第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念Basic Assumptions and Concepts of Material Mechanics材料力学3. 3. 扭转扭转 第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念Basic Assumptions and C

16、oncepts of Material Mechanics材料力学变形特点变形特点： 任意两个横截面发生绕杆轴线的任意两个横截面发生绕杆轴线的相对转动。相对转动。 联轴器轴MM轴：轴：以扭转变形为主的杆件。以扭转变形为主的杆件。第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念Basic Assumptions and Concepts of Material Mechanics材料力学4. 4. 弯曲弯曲 举重举重第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念Basic Assumptions and Concepts of Material Mechanics材料力学单梁吊车单梁吊车l第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念Basic Assumptions and Concepts of Material Mechanics材料力学1F2FMq变形特点：变形特点：杆轴线由直线变为曲线。杆轴线由直线变为曲线。 第四章第四章 材