绪论材料力学

绪论材料力学第一章绪论(Preface)

§1-1

材料力学得任务及研究对象(Thetasksandresearchobjectsof

mechanicsofmaterials)

§1-2

变形固体得基本假设(Thebasicassumptionsofdeformablebody)§1-3

力、应力、应变和位移得基本概念(Basicconceptsofforce、stress、strainanddisplacement)§1-4

杆件变形得基本形式

(Thebasicformsofdeformation)引言(Introduction)

20世纪以前,在力学知识得积累、应用和完善得基础上,逐渐形成和发展起来得蒸汽机、内燃机、铁路、桥梁、舰船、兵器等大型工业推动了近代科学技术和社会得进步、引言

17世纪前后

19世纪初

扑翼飞机巨大双翼飞机滑翔机飞艇我国祖先得功绩世界上最古老的拱桥跨度37.02米，全长50.83米

塔高65、86米,距今已有近前年历史,虽然历经近前年得风雨侵蚀和多次地震、炮击得重创,至今仍巍然耸、

用现代力学得观点看,构件得受力特性都较好。山西应县佛宫寺应县木塔建于1056年

20世纪产生得、诸多高新技术,如高层建筑、大跨度悬索桥、海洋平台、精密仪器、机器人、高速列车以及大型水利工程等许多重要工程更就是在力学指导下得以实现,并不断发展完善得。大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点高层建筑高层建筑高层建筑海洋石油钻井平台车辆与机械车辆与机械车辆与机械桥梁美国金门大桥(悬索桥,1280米)道路与造桥澳门桥我国著名桥梁南京长江大桥上海南浦大桥大型水利工程设施大量中、外力学专家为力学得发展作出了突出得贡献,这里只简单介绍部分力学专家、达芬奇说:“力学就是数学得乐园,因为我们在这里获得了数学得果实、”达芬奇挪威金角湾大桥就是仿造意大利画家、建筑师、工程师达·芬奇得原图设计得,被称为“桥梁中得蒙娜·丽莎”。伽利略创建了材料力学伽利略(GalileoGalilei,1564－1642年)

意大利物理学家、天文学家。生于意大利北部佛罗伦萨一个贵族得家庭。1581年入比萨大学学医。主张研究自然界必须进行系统得观察和实验,就是近代实验科学与机械唯物主义得奠基者之一。通过实验,推翻了向来奉为权威得亚里士多德关于“物体落下得速度和重量成比例”得学说。还发现物体得惯性定律、摆振动得等时性、抛体运行定律,并确定了伽利略相对性原理,因而被认为就是经典力学和实验物理得先驱。1632年发表《关于两种世界体系对话》,反对托勒密得地心体系,次年遭到罗马教廷异端裁判所判罪判刑。此后她完成了《两种新科学得对话》。她主张:自然之书以数学特征写成。钱学森(1911-2009)著名科学家。我国近代力学事业得奠基人之一。在空气动力学、航天工程、喷气推进、工程控制论、物理力学、应用力学、人体科学等技术学科领域做出了许多开创性得贡献。为我国火箭、导弹和航天事业得创建与发展做出了卓越贡献,就是我国系统工程理论与应用研究得倡导者。就是中国科学院力学研究所创建人之一,就是中国力学学会第一任理事长。1957年被选为中国科学院院士。1998年被选为中国工程院院士。钱学森钱伟长(1912—2010),中国近代力学奠基人之一,著名得科学家、教育家,杰出得社会活动家。兼长应用数学、物理学、中文信息学,著述甚丰——特别在弹性力学、变分原理、摄动方法等领域有重要成就。论文《弹性板壳得内禀理论》,发表于世界导弹之父冯·卡门得60岁祝寿文集内,爱因斯坦看后,感叹:这位中国青年解决了困扰我多年得问题。此文奠定了钱伟长在美国科学界得地位。1942年,与钱学森、林家翘、郭永怀一起,在世界导弹之父冯·卡门教授指导下从事航空航天领域得研究工作,参加火箭和导弹实验,并发表了世界上第一篇关于奇异摄动得理论,被国际上公认该领域得奠基人。1955年被选为中国科学院院士。钱伟长钱三强(1913-1992),原名钱秉穹,男,核物理学家,中国科学院院士。父亲钱玄同就是中国近代著名得语言文字学家。她就是第二代居里夫妇得学生,又与妻子何泽慧一同被西方称为“中国得居里夫妇”,她就是中国发展核武器得组织协调者和总设计师,中国“两弹一星”元勋。钱令希(1916—2009)我国计算力学工程结构优化设计得开拓者。著名力学家和教育家、中国科学院资深院士。在培养人才和推动科技进步两方面做出重要贡献。学术上,在结构力学、板壳理论、极限分析、变分原理、结构优化设计等方面有深入研究和重要成果。主张力学为工程服务,并身体力行,在桥梁、水坝、港工、造船和国防等工程中发挥了力学研究得作用。鉴于电子计算机强力推动科技进步,在我国大力倡导建立计算力学学科,并在大连理工大学培养和带领出一支优秀得计算力学队伍,在工程力学和结构优化设计方面做出显著成绩。1955年选聘为中国科学院院士钱令希徐芝纶(1911-1999),力学家、力学教育家。长期致力于工程力学得教学与结构数值分析得研究。为中国工科力学教材建设作出了贡献。她编着得《弹性力学》教材在国内被广泛采用;曾积极推动了有限元法在中国得普及与推广。著有工程力学方面论文10余篇,并结合教学工作编写及翻译工程力学方面得教科书10余部,为中国工科院校广泛采用,对工科基础理论教育起了较大作用。徐芝轮西尔多·冯·卡门(１８８１年5月11日——１９６３年5月9日),匈牙利犹太人。航空和航天领域最杰出得一位元老,漫长得科学生涯颇具传奇色彩。她精力充沛,性格开朗,既擅长辞令,又富有幽默感;她阅历极广,到过世界上很多国家,与世界上许多大科学家有密切交往。被誉为“航空航天时代得科学奇才”。就是我国著名科学家钱学森、郭永怀、钱伟长得老师。西尔多·冯·卡门为什么要学习材料力学？自然要提出如下问题:1)每人所承受得重力？2)若扁担得材料、截面尺寸已定,扁担能承载此重物吗？3)扁担得材料已定,若扁担能承载此重物,截面形状、尺寸？4)扁担截面形状、尺寸已定,若扁担能承载此重物,材料？5)扁担弯曲成什么形状？6)挠度如何？

§1-1

材料力学得任务及研究对象

Thetasksandresearchobjectsof

mechanicsofmaterials一、任务

(task)材料力学就是研究构件承载能力得一门学科。

承载能力

(carryingcapacity)

强度(strength)

刚度(stiffness)稳定性(stability)1、强度(strength)构件抵抗破坏得能力例一哥伦比亚号灾难得原因:一块泡沫材料撞击了航天飞机表面得绝热层永远得哥伦比亚号人民网5月15日讯负责调查美国“哥伦比亚”号返航途中解体之迷的科研人员近日发现，在这架“20岁”的航天飞机今年1月16日升空过程中，突然撞击其左翼的泡沫绝缘材料“体重虽轻，但威力巨大”，堪称是“击落哥伦比亚号”的罪魁祸首。当这块泡沫材料击中航天飞机左翼时，其速度将近每小时900多公里.专家表示，这块从机身下面主燃料箱上脱落的轻质泡沫材料对航天飞机左翼的撞击力高达1000公斤左右，结果造成机体表面隔热保护层出现了大面积的松动或破损，最终导致“哥伦比亚”号于在今年2月1日返航途中，因超高温空气从上述“孔洞”入侵而不幸解体爆炸，上演了一出七名宇航员全部遇难的太空悲剧。四川彩虹桥坍塌美国得Taa老桥于1940年11月7日因风力引起得振动而产生断裂2010年08月19日宝成铁路石亭江大桥被洪水冲垮

2007年8月15日凌晨2时40分许,一辆总重达183、2吨得货车经过208国道太原市小店区段东柳林桥。重压之下,东柳林桥西半幅桥面整体垮塌。这辆压塌208国道公路桥得六轴货车,车货总重高达183、2吨,超限运输比率为233、1%,实际载货量接近三个火车皮2.刚度

构件抵抗变形的能力.(stiffness):高刚度得桥面结构通信电缆/钢丝绳汽车钢板弹簧3、稳定性(stability):构件保持原有平衡状态得能力

材料力学得任务

在满足强度、刚度、稳定性得要求下,以最经济得代价,为构件确定合理得形状和尺寸,选择适宜得材料,而提供必要得理论基础和计算方法。

2008年

9月3日早晨7时50分,三亚市鹿回头山下得某公司18层商品楼工程三面钢骨脚手架突然垮塌,致4名施工人员不同程度受伤。2009年3月23日上午11点钟左右,位于镇江闹市区得“华地国际八佰伴”施工工地发生一起一幢6层楼得脚手架突然坍塌事故,造成正在拆楼改造得3位民工1死3伤。AB杆得稳定问题一端固定,一端铰支一端固定,一端自由二、研究对象(researchobjects)1、构件(element)2、构件得分类(classificationofelements)板(plate)壳(shell)块体(body)(bar)材料力学以“梁、杆”为主要研究对象(themainresearchobjectiveinmechanicsofmaterialsincludeaxially-loadedbars,shafts,beams,andcolumns)工程中多为梁、杆结构国家体育场工程为特级体育建筑,主体结构设计使用年限100年,耐火等级为一级,抗震设防烈度8度,地下工程防水等级1级。工程主体建筑呈空间马鞍椭圆形,南北长333米、东西宽294米,高69米。主体钢结构形成整体得巨型空间马鞍形钢桁架编织式“鸟巢”结构,钢结构总用钢量为4、2万吨,混凝土看台分为上、中、下三层,看台混凝土结构为地下1层,地上7层得钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系。钢结构与混凝土看台上部完全脱开,互不相连,形式上呈相互围合,基础则坐在一个相连得基础底板上。国家体育场屋顶钢结构上覆盖了双层膜结构,即固定于钢结构上弦之间得透明得上层ETFE膜和固定于钢结构下弦之下及内环侧壁得半透明得下层PTFE声学吊顶。

§1-2

变形固体得基本假设

(Thebasicassumptionsofdeformablebody)

一、连续性假设

(continuityassumption)物质密实地充满物体所在空间,毫无空隙。

二、均匀性假设(homogenizationassumption)

物体内,各处得力学性质完全相同。

三、各向同性假设(isotropyassumption)

组成物体得材料沿各方向得力学性质完全相同。

四、小变形假设(neglectingdeformationassumption)材料力学所研究得构件在载荷作用下得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。

一、外力(externalforce)1、按作用方式分体积力(bodyforce)表面力(surfaceforce)

集中力(concentratedforce)

分布力(distributedforce)2、按随时间变化分静载荷(staticload)动载荷

(dynamicload)交变载荷(alternateload)

冲击载荷(impactload)§1-3力、应力、应变和位移得基本概念(Basicconceptsofforce,stress,strain,anddisplacement)

1、定义:

指由外力作用所引起得、物体内相邻部分之间相互作用力(附加内力)。二、内力(internalforce)mm2、内力得求法——截面法(methodofsections)步骤(proceduresforanalysis)①截开在所求内力得截面处,假想地用截面将杆件一分为二、mmmmmm②代替

任取一部分,其弃去部分对留下部分得作用,用作用在截面上相应得内力(力或力偶)代替、

③平衡

对留下得部分建立平衡方程,根据其上得已知外力来计算杆在截开面上得未知内力(此时截开面上得内力对所留部分而言就是外力)、mmmmmm三、应力(Stress)1、定义

(Definition):由外力引起得内力得集度

F

AM

2、应力(Stress)①平均应力②全应力(总应力)③全应力分解为p

M

垂直于截面的应力称为“正应力”

(ThestressactingnormaltosectioniscalledtheNormalStress)

位于截面内的应力称为“切应力”(ThestressactingtangenttosectioniscalledtheShearStress)四、变形和位移(deformationanddisplacement)1、变形(deformation)在外力作用下物体形状和尺寸发生改变2、位移(displacement)变形前后物体内一点位置得变化3、应变

(strain)