材料力学综合概述

同学们好请联系我我（张竞）的联系方式电话86914554（Omail:zj6299@办公室（答疑）：仰仪中楼212室

独立完成作业同学之间多交流问题关注生活和工程中的力学问题不要随意旷课考试卷面成绩100，占总成绩的75％，平时作业、课堂表现及实验占25％。课程学习要求材料力学概述

1.1材料力学的研究内容材料力学（strengthofmaterials）的研究内容分属于两个学科。第一个学科是固体力学(solidmechanics)，即研究物体在外力作用下的应力、变形和能量，统称为应力分析（stressanalysis）。材料力学研究的物体的几何特征：杆、轴、梁等物体，其几何特征是纵向尺寸（长度）远大于横向（横截面）尺寸，这类物体统称为杆或杆件（bars或rods）。大多数工程结构的构件或机器的零部件都可以简化为杆件。第二个学科是材料科学（materialsscience）中的材料的力学行为（behavioursofmaterials），即研究材料在外力和温度作用下所表现出的力学性能（mechanicalproperties）和失效（failure）行为。限制条件：材料力学所研究的仅限于材料的宏观力学行为，不涉及材料的微观机理。1.1材料力学的研究内容综合以上两方面研究内容，材料力学研究构件在外力作用下的变形、受力与破坏或失效的规律，为合理设计杆状构件或零部件提供有关强度、刚度与稳定性分析的基本理论与方法，保证它们具有足够的强度（strength）、刚度（stiffness）和稳定性（stability）。

强度、刚度的问题机械加工用的钻床的立柱，如果强度不够，就会折断(断裂)或折弯(塑性变形)；如果刚度不够，钻床立柱即使不发生断裂或者折弯，也会产生过大弹性变形（图中虚线所示为夸大的弹性变形），从而影响钻孔的精度，甚至产生振动，影响钻床的在役寿命

稳定性问题工程构件稳定性实验稳定性是指构件在压缩载荷的作用下，保持平衡形式不能发生突然转变的能力。

材料力学与工程设计密切相关。河北赵州桥建于1400年前（隋朝）跨37.02米、宽9米、拱高7.23米，经计算，符合现代力学原理。钱令希院士用弹塑性理论计算，结果——压力线完全通过拱轴。

建筑工程

金茂大厦中庭

荣获2001年“美国建筑师学会室内建筑奖”

楼高420.5m共88层材料力学与工程设计密切相关，工程设计的主要内容：强度、刚度、稳定性桥梁工程桥面结构

桥梁工程（立柱与缆索）

工程中中的缆缆索桥梁工工程（（澳门门桥））桥梁工工程（（重庆庆彩虹虹桥））坍塌后后的彩彩虹桥桥力学问问题简单力力学问问题－－大部队队过桥桥时不不能齐齐步走走高等力力学问问题－－冲击载载荷的的概念念：人跑步步时脚脚上的的力量量有多多大？？损伤累累积与与结构构寿命命与跑步步的次次数有有关运动中中的力力学计计算脚上的力量假设人体重量为750N3000N3500N4500N6000N12500N湖南凤凤凰县县沱江江大桥桥突然然垮塌塌,2007.8.1364人人遇难难广东九九江大大桥垮垮塌4车坠江江9人失踪踪航空工工程（（前起落落架锁锁连杆杆安安装装螺栓栓(销销子)意外外断裂裂机械工工程机械工工程交通工工程道路设设计隧道设设计铁路工工程交通工工具设设计(汽车车、火火车、、轮船船等））如青藏藏铁路路，最最长、、路况况最复复杂的的铁路路水利工工程水电站站设计计大坝设设计监控系系统设设计水流系系统的的计算算生活中的的力学脚手架中中的力学学2007年9月6日14时许，郑州市内一处正在施工的建筑工地发生垮塌事故，7遇难(图片：中新社)电力工程程2008年初的南南方冰雪雪灾难生活中的的力学高压输电电线路保保持相间间距离的的受压构构件生活中的的力学生活中的的力学上海火车车站附近近一新建建住宅区区，某幢幢8层楼楼房发生生明显震震动，居居民无法法正常生生活，地地震？有有鬼？经检查发发现，距距离800米处处有一石石料加工工厂的石石料切削削机的工工作频率率与大楼楼的固有有频率安安全一致致，共振振。石料料切削机机关闭，，震动停停止。但调整该该切削机机的运转转速度，，加快转转速，低低层发生生晃动，，放慢转转速，高高层晃动动，需要要调整整整个地基基，设计计减震机机构。1.2杆杆件的基基本变形形当杆件两两端承受受沿轴线线方向的的拉力或或压力载载荷时，，杆件将将产生轴轴向伸长长或压缩缩变形拉伸或压压缩（tensionorcompression）杆件的基基本变形形在平行于于杆横截截面的两两个相距距很近的的平面内内，方向向相对地地作用着着两个横横向力，，当这两两个力相相互错动动并保持持二者之之间的距距离不变变时，杆杆件将产产生剪切切变形。。剪切(shearing)杆件的基基本变形形扭转(torsion)当作用在在杆件上上的力组组成作用用在垂直直于杆轴轴平面内内的力偶偶Me时，杆件件将产生生扭转变变形，即即杆件的的横截面面绕其轴轴相互转转动。杆件的基基本变形形弯曲(bend)当外加力力偶M或外力作作用于杆杆件的纵纵向平面面内时，，杆件将将发生弯弯曲变形形，其轴轴线将变变成曲线线。杆件的基基本变形形弯曲(bend)当外加力力偶M或外力作作用于杆杆件的纵纵向平面面内时，，杆件将将发生弯弯曲变形形，其轴轴线将变变成曲线线。组合受力力（变形形）(complexloadsanddeformation)由两种或或两种以以上基本本受力形形式中所所共同形形成的受受力与变变形形式式即为组组合受力力与变形形1.3材料力学学的基本本假设连续性假假设均匀性假假设各向同性性假设微观各向向异性，，宏观各各向同性性；微观各向向异性，，宏观各各向异性性。各向同性性与各向向异性宏观各向向同性均匀连续续问题灰口铸铁铁的显微组织织微观不均均匀连续续，宏宏观均匀匀连续球墨铸铁铁的显微组织织微观不均均匀连续续，宏宏观均匀匀连续宏观各向向同性均匀连续续问题普通钢材材的显微组织织微观不均均匀连续续，宏宏观均匀匀连续宏观各向向同性均匀连续续问题优质钢材材的显微组织织微观不均均匀连续续，宏宏观均匀匀连续宏观各向向同性均匀连续续问题高分子材材料微观结构构宏观各向向同性均匀连续续问题弹性体受受力与变变形特征征FN=FFFFFFFFM＝M0M0M0M0M0M0弹性体受受力与变变形特征征弹性体上上的外力力与内力力外力：集集中力、、约束力力、分布布力、力力偶截面法F1F3F2Fn假想截面F1F2F3Fn分布内力作用在弹弹性体上上的外力力相互平平衡内力与外外力平衡衡；内力与内内力平衡衡。变形形前前变形不协协调变形不协协调变形协调调一致弹性体变变形的协协调性图示直杆杆ACB在两端A、B处固定。。关于其其两端的的约束力力有四种种答案。。试分析析哪一种种答案最最合理。。例题1ABFPFAFB第一，关关于变形形体的概概念根据平衡衡，有基于刚体体模型，，不可能能求出FA和FB。基于弹性性体模型型，再应应用变形形协调的的概念，，就有可可能求出出FA和FB变形协调调体现为为AB杆的总变变形量等等于零，，即这表明，，AC段杆的伸伸长量必必须等于于CB段杆的缩缩短量，，即第二，关关于变形形协调的的概念FPABCFPABCFP这三种情情形下，，AB杆的总变变形量都都不等于于零，即即不满足足变形协协调的要要求，所所以是不不正确的的。ABCFPFP/2FP/2FPABFPl2lCFAFBABFPl2lCFAFB第三，关关于内力力的概念念AC段和CB段杆的受受力等于于什么？？需要用用截面法法将杆件件截开AFAFNACFNBCFBBFPFPFPAC段和CB段杆的受受力都等等FP？ABFPl2lCFAFB第四，力力与变形形之间的的物性关关系的概概念根据胡克克定律，，杆的变变形与作作用在杆杆上的力力以及杆杆的长度度成正比比，即代入平衡衡方程ABFPl2lCFAFB第五，平衡衡和协调概概念的进一一步深化问题：有没没有可能使使两端的约约束力相等等？1.5材材料力学学的分析方方法受力物体的的平衡分析析，确定内内力的形式式通过变形关关系和物性性关系，确确定内力的的分布规律律通过物体变变形的现象象做出一定定的假设，，分析物体体的变形规规律1.6应应力与应应变及其相相互关系应力：正应应力和切应应力与截面相切切的应力称称为“切应应力”(ShearingStress).垂直于截面面的应力称称为“正应应力”(NormalStress)；正应力与切切应力FP1FP2ΔFQyΔFQzΔFNyxzΔAp2＝σ2＋τ2应变：各点点变形程度度的度量正应变是各各点线变形形程度的度度量剪应变直角角的改变量量的度量)(直角改变量bag+=xu+duxxdxxu应力与应变变的物性关关系胡克定律σxεxOτγO结论与讨论论所有工程结结构的构件件，实际上上都是可变变形的弹性性体当变形形很小时，，研究运动和和平衡问题题时一般可可将变形略略去，从而而将弹性体体抽象为刚刚体。刚体和弹性