材料力学（第2版）课件 第0章 绪论

天津大学材料力学章节课时：2课时章节课程（0）绪论0.1研究对象基本变形

内力及应力概念Reviewofdevelopment

Basicassumptions

ThebasicdeformationInternalforceandstressIntroductionofMechanicsofmaterials0.20.30.40.5第0章绪论材料力学任务发展回顾基本假定天津大学材料力学0.1材料力学任务

力学与物理学VirusProteinsMEMS10-8

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BacteriaAtomsCellsBloodCells10-7

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尺度与对象

问题与领域2025/7/27为什么学《材料力学》材料力学紧密联系工程实际，是连接科学与工程的桥梁。研究物体（构件）在外力作用下的变形响应与承载能力，为其合理设计提供一套科学方法。

？天津大学材料力学0.1材料力学任务

为什么学《材料力学》材料力学—属于固体力学一个分支，研究物体（构件）在外力作用下的安全问题（变形与破坏的规律）。对很多工程问题可以给出一套最简捷的、合理科学的设计方法。课程的知识是工程师的重要的基本功之一。在学习过程中我们一方面要学习这门课给我们的知识，另一方面还要学习这门课带给我们的分析方法，这也是力学课程的魅力所在。天津大学材料力学0.1材料力学任务1：构件与构件的力学响应构件：结构本身或组成结构零部件统称为构件（广义工程零件与结构）变形：在外力作用下构件尺寸与形状的变化弹性变形：外力解除后可恢复的变形塑性变形：外力解除后不可恢复的变形破坏：在外力作用下构件发生断裂或显著的塑性变形

失稳：在外力作用下构件不保持原有平衡形式

天津大学材料力学0.1材料力学任务如：行车结构中立柱、横梁、拉杆、吊索等）强度—构件抵抗破坏的能力（不断裂、不发生较大塑性变形）构件的承载能力—构件安全工作的基本要求

包括三个方面：强度、刚度、稳定性天津大学材料力学0.1材料力学任务刚度—构件抵抗变形的能力（构件不发生过大的弹性变形）刚度应用：钻孔机立柱、横梁与钻孔台

天津大学材料力学0.1材料力学任务构件的承载能力—构件安全工作的基本要求

包括三个方面：强度、刚度、稳定性稳定性—受压构件维持其原有平衡形式的能力装卸斗车液压油缸的推力杆受压力时不发生突然弯曲失稳天津大学材料力学0.1材料力学任务构件的承载能力—构件安全工作的基本要求

包括三个方面：强度、刚度、稳定性稳定性—受压构件维持其原有平衡形式的能力天津大学材料力学0.1材料力学任务构件的承载能力—构件安全工作的基本要求

包括三个方面：强度、刚度、稳定性构件强度与刚度问题构件承载能力—三个方面：强度、刚度、稳定性构件的承载能力往往是综合的，如：大型桥梁中桥面的强度与刚度、桥立柱的强度、桥悬索的强度、连接件的强度……天津大学材料力学0.1材料力学任务构件强度与刚度问题构件的强度、刚度、稳定性等力学问题往往是综合的构件承载能力—三个方面：强度、刚度、稳定性天津大学材料力学0.1材料力学任务构件强度与刚度问题力学很神奇我们身边处处有力学，小到原子力显微镜中微悬臂梁；生活中易拉罐开口；大到水库大坝，飞机结构设计。天津大学材料力学0.1材料力学任务构件承载能力—三个方面：强度、刚度、稳定性构件承载能力—构件安全工作的基本要求

力学很重要如果构件承载能力不能满足安全性要求，往往后果不堪设想，如：桥梁垮塌、飞机的空难、火车汽车的传动轴断轴，还有水库坝垮塌等等灾害性事故。

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加拿大蒙特利尔体育馆（1987年）西班牙圣家族大教堂（1883年---）建筑造型艺术之美与结构承载的科学性完美结合

--世界著名建筑天津大学材料力学0.1材料力学任务构件的承载能力—构件安全工作的基本要求

问题：为什么往往采用空心刚结构？因为空心结构可以在不增加材料与重量的情况下，大幅提高承载能力。构件的合理设计：在满足安全因素同时还要考虑经济、轻质、以及功能性等因素，合理选择构件截面尺寸与形状，并合理选择材料。

天津大学材料力学0.1材料力学任务构件的承载能力—构件安全工作的基本要求

天津大学材料力学0.1材料力学任务构件的承载能力—构件安全工作的基本要求

天津大学材料力学0.1材料力学任务WHYAREWEHERE?Asengineers,weneedaknowledgeofhowappliedloadscausedeformation,andeventualfailureofadevice.WHYAREWEHERE?Inyourfuturecareersyouwillberequiredtodesignloadcarryingobjects,ordevices.BasicElementsComplexStructuresPartsinDynamicMotion材料力学任务：研究构件在外力作用下的变形和破坏规律，研究其承载能力，为构件的合理设计提供分析理论、计算公式与实验方法构件的承载能力

强度、刚度、稳定性

力学实验：认识材料力学性能所必需的手段。构件的合理设计

合理选材、降低成本，以及轻质等一些设计需求天津大学材料力学0.1材料力学任务

河北赵州桥建于隋代(605年）,由匠师李春监造，桥长64.4米，跨径37.02米。

山西应县木塔建于辽代（1056年）塔高9层共67.31米高，采用了梁柱木结构，整个塔体经受住了多次大地震的考验

。天津大学材料力学0.2材料力学发展简要回顾伽利略(1564—1642）

1638年伽利略《关于两门新科学对话》出版，被认为材料力学开端伽利略的梁实验创建了一套科学的力学研究方法实验观察

力学分析

提出理论并用数学描述天津大学材料力学0.2材料力学发展简要回顾虎克（1635-1703）他们分别在弹性体变形规律、梁弯曲与变形、柱体的扭转与弯曲、塑性变形等力学理论的研究中做出了突出贡献。

天津大学材料力学0.2材料力学发展简要回顾欧拉（1707-1783）圣维南（1797-1886）

铁摩辛柯（1878-1972）天津大学材料力学0.2材料力学发展简要回顾现代工程力学之父，是将力学运用于工程技术的推动者。一生做了大量的力学建模工作，把复杂工程问题凝炼为力学方程。

出版了系列的经典力学著作。他注重将力学与工程实践结合，他的理论成果对船舶制造和飞机设计都起到了重要指导作用。

了解材料力学的简史，有助于认识这门课程的特点与解决问题的方法1.观察你身边是否有由空心截面杆组成的工程结构？2.如果空心的麦秆或是竹竿变成实心杆会出现什么问题？3.观察细长钢丝或钢板尺受压后的失稳现象？

思考题天津大学材料力学0.2材料力学发展简要回顾假定1.均匀连续性假设：认为物体整个体积内毫无空隙地充满物质，且各个点的力学性能是完全一样的。

材料力学对变形固体作如出三个假设：灰口铸铁显微组织球墨铸铁显微组织普通钢材显微组织

假定2.各向同性假设：认为物体宏观表现为沿各个方向均具有相同的力学性能。天津大学材料力学0.3材料力学的基本假设为什么提出如下假定：1.连续性均匀性假设2.各向同性假设对工程构件的力学问题，用最简捷的方法给出最经典的结论作用：简化问题，抓住主要因素，理解构件宏观尺度材料变形与破坏规律。由此：通过试件实验，给出这类材料力学性能；材料中力学量可用坐标和连续函数表示。？各向异性材料天津大学材料力学0.3材料力学的基本假设ABCF如图桁架受力变形

节点平衡求各杆受力时，把杆的变形略去不计，仍按变形前的几何形状和原始尺寸，使计算得到很大简化。假定3.线弹性小变形假设:认为物体几何形状和尺寸的改变量与原始尺寸相比是非常小的。

天津大学材料力学0.3材料力学的基本假设？构件分类：杆、板、壳、块体材料力学主要研究杆轴线横截面杆：轴线与横截面，轴线方向尺寸远大于其它两个方向的尺寸等截面直杆—等直杆直杆—轴线为直线的杆曲杆—轴线为曲线的杆{等截面杆—横截面大小与形状不变变截面杆—横截面大小或形状变化{天津大学材料力学0.4研究对象及变形形式四种基本变形：拉压剪切扭转弯曲拉压变形上刀刃下刀刃nnFF剪切面剪切变形天津大学材料力学0.4研究对象及变形形式扭转变形四种基本变形：拉压剪切扭转

弯曲弯曲变形天津大学材料力学0.4研究对象及变形形式天津大学材料力学0.5内力概念天津大学材料力学FN0.5内力概念天津大学材料力学FSFN0.5内力概念天津大学材料力学正应力切应力全应力？0.6应力概念应力σ符号：拉“+”σ>0，压“-”σ<0应力单位：量纲为[力]/[长度]2，国际单位为帕斯卡，简称“帕”，代号为Pa。1

Pa＝1

N/m2.常用的应力单位：“兆帕”(MPa)和“吉帕”(GPa)1

MPa=106

Pa=1

N/mm21

GPa=109

Pa=103

MPa天津大学材料力学0.6应力概念材料力学[M]王世斌,亢一澜等,2022材料力学[M]范钦珊,殷雅俊,唐靖林2014材料力学I/II[M]刘鸿文2017材料力学I/II[M]孙训方等，2012材料力学I/II[M].单辉祖2016学习辅导书：材料力学史漫话[M]老亮等1993.材料力学史[M]S.Timoshenko1962.院士谈力学[M]刘俊丽,刘曰武2018.天津大学材料力学参考资料天津大学材料力学参考资料内力：外力作用引起构件内部的附加相互作用力求内力的方法—截面法1.切开：假想沿m-m横截面

将杆切开，留下左段或右段2.代替：移去部分对留下部

分的作用用内力替代3.平衡：对留下部分由平衡

求出内力值。截