材料力学ch1-绪论

1、1,材料力学（）,工程力学（2）,2,第一章绪论,本章介绍“材料力学”的研究对象与任务，并介绍材料力学的一些重要概念，包括内力、应力与应变的概念，以及应力与应变间的关系。,3,第一章绪论,1材料力学的任务与研究对象2材料力学的基本假设3外力与内力4应力5应变6胡克定律,4,解释：材料力学？,力学是研究物体宏观机械运动现象的一般规律的学科。,5,解释：材料力学？,当研究飞机的运动轨迹时，飞机可视为质点。当研究飞机的运动姿态时，飞机可视为刚体。当研究飞机的承载能力时，飞机可视为变形体。,6,构件的变形、破坏与失稳强度、刚度与稳定性材料力学的任务材料力学的研究对象,1材料力学的任务与研究对象,7,材

2、料力学？,材料力学是通过研究各种类型工程构件的受力与变形之间关系，来确定结构的承载能力的一门学科，以保证工程构件既能安全正常的工作，又经济。,构件：组成机械与结构的零件,8,变形：在外力作用下，构件尺寸与形状的变化,9,工程结构或构件要在外力作用下正常工作，需要满足什么样的条件？,10,11,2、足够的刚度：构件变形不能超过允许范围刚度：材料抵抗弹性变形的能力。,华盛顿州的TacomaNarrows桥,发射架,如果刚度不够，会产生过大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。,12,3、足够的稳定性稳定性：细长杆件在受压的情况下保持原有平衡形式的能力。,翻斗货车的液压机构中

3、的顶杆,立柱要求一定的高度，承力好；但是过高会发生失稳。,(失稳不能保持原有平衡形式),13,材料力学的任务,足够的强度、刚度、稳定性,合理选用材料、降低材料消耗量，以节约资金或减轻构件自身重量,多用材料,少用材料,为了承受弯曲载荷，桥面必须有一定的厚度。但是并非越厚越好，桥面太厚，重力载荷过大，不利于安全。,材料力学的任务就在于合理解决这种矛盾,14,受力分析平衡变形分析协调（连续）受力与变形符合材料性质,材料力学分析的基本原则,15,横截面与轴线：横截面与轴线相正交；轴线通过横截面的形心,杆件：细而长的构件,种类：直杆与曲杆，等截面杆与变截面杆,材料力学的研究对象,构件类型,16,板件：薄

4、片状构件,中面：厚度平分面,板：中面为平面之板件壳：中面为曲面之板件,17,主要研究对象是杆（包括薄壁杆），以及由若干杆组成的简单杆系，同时也研究一些形状与受力均较简单的板与壳。,材料力学的研究对象,18,杆件变形的基本形式,拉伸或压缩（tensionorcompression）,当杆件两端承受沿轴线方向的拉力或压力载荷时，杆件的主要变形是长度的改变。这种变形形式称为轴向拉伸或轴向压缩。,19,杆件变形的基本形式,剪切(shearing),在一对相距很近的大小相等、指向相反的横向外力作用下，直杆的主要变形是横截面沿外力方向发生错动，这种变形形式称为剪切。,20,杆件变形的基本形式,扭转(tor

5、sion),在一对转向相反、作用面垂直于直杆轴线的外力偶作用下，直杆的相邻横截面将绕轴发生相对转动，而轴线仍然维持直线。这种变形形式称为扭转。,21,杆件变形的基本形式,弯曲(bending),在一对转向相反、作用面在杆件纵向平面内的外力偶作用下，直杆的相邻横截面将绕垂直于杆轴线的轴发生转动，变形后杆轴线将变成曲线。这种变形形式称为纯弯曲。,22,2材料力学的基本假设,连续性假设均匀性假设各向同性假设,23,连续性假设,连续性：在构件所占有的空间内处处充满物质,构件内的一些力学量（例如各点的位移）可用坐标的连续函数表示，也可采用无限小的数学分析方法。当空穴与缺陷不能忽略时，采用断裂力学方法专门

6、研究。,24,注意：连续性保证变形前连续的构件在变形后仍然是连续的,25,均匀性假设,均匀性：材料的力学性能与其在构件中的位置无关,铁碳合金（0.2C%）,微观非均匀宏观均匀,从物体内任意一点处取出的体积单元，其力学性能相同，都能代表整个物体的力学性能。,26,各向同性假设,各向同性：材料沿各个方向的力学性能相同,宏观各向异性材料,晶粒各向异性材料宏观各向同性,纤维增强复合材料,金属材料,27,构件是由连续、均匀与各向同性材料制成的可变形固体,连续性：构件所占有的空间内处处充满物质（密实体）均匀性：材料的力学性能与其在构件中的位置无关（力学性能与位置无关）各向同性：材料沿各个方向的力学性能相同

7、（力学性能与受力方向无关）,基本假设小结,28,3外力与内力,外力内力与截面法例题,29,外力：作用于研究对象上的载荷与约束反力,外力,分布力：连续分布在构件表面某一范围的力,集中力：当分布力的作用范围远小于构件表面面积（或杆长）时，可简化为作用于一点处的力,作用方式：表面力、体积力,30,静载荷：随时间变化极缓慢或不变化的载荷,动载荷：随时间显著变化或使构件各质点产生明显加速度的载荷,31,内力与截面法,内力：,构件在外力作用下变形,引起,内部各质点位置变化,质点间相互作用力发生改变,内力,内力的计算是分析构件强度、刚度、稳定性等问题的基础,32,内力与截面法,由于外力作用，构件内部相连两部

8、分之间的相互作用力连续分布内力,内力:应用力系简化的基本方法，将截面上的分布内力向截面形心C处简化，得一主矢FR和一主矩M,33,FN沿横截面轴线的内力分量轴力,FSy,FSz作用线位于所切横截面的内力分量剪力,Mx矢量沿轴线的内力偶矩分量扭矩,My,Mz矢量位于所切横截面的内力偶矩分量弯矩,内力分量,34,1.假想地将杆切开2.画受力图，内力用分量表示3.由平衡条件建立内、外力间的关系,内力的确定,截面法要点,35,例1求横截面m-m上的内力,解：1.假想地将杆切开,2.画受力图,3.由平衡方程确定内力,例题,36,确定了杆件的内力之后，就能判断杆件在外力作用下是否会因强度不足而破坏了呢？,

9、判断杆是否因强度不足而破坏，必须知道度量分布内力大小的内力分布集度，即应力。,37,4应力,应力概念正应力与切应力应力状态与切应力互等定理,38,应力概念,截面mm上DA内的平均应力,截面mm上k点处的应力,应力定义,应力特点,1.应力：力的方向、作用面方位2.同一横截面上，不同点处的应力一般不同3.过同一点，不同方位截面上的应力一般不同,方向：F的极限方向量纲：力/长度2作用面：m-m截面、k点,39,应力分解：,s正应力,t切应力,正应力与切应力,40,简单应力状态,通常：.不同截面上的内力是不同的2.同一截面上，不同点处的应力一般不同.同一点不同方位截面上的应力一般也不同为全面研究一点处

10、的应力状态，围绕该点取无限小六面体（微体）进行研究。,可以证明：只要知道了这六个面上的应力，那么这一点上所有方向上的应力状态都可以通过这六个应力分量表达出来。,41,应力状态与切应力互等定理,单向应力状态（单向受力）,纯剪切状态,两种常见应力状态：,微体：一点处边长无限小的六面体,42,“在微体互垂截面上，垂直于截面交线的切应力数值相等，方向则均指向或离开该交线”,切应力互等定理,切应力互等定理,截面上存在正应力时，互等定理仍成立（请自证）,43,5应变,正应变概念切应变概念例题,44,正应变概念,棱边ka的平均正应变,k点沿棱边ka方向的正应变,正应变定义,正应变特点,1.正应变是无量纲量2

11、.过同一点，不同方位的正应变一般不同,符号：伸长为正;缩短为负,45,切应变定义,微体相邻棱边所夹直角的改变量g，称为切应变,切应变为无量纲量切应变单位为rad,切应变概念,符号：所夹直角增大为正；所夹直角减小为负,46,例2,解：,例题,47,6胡克定律,胡克定律剪切胡克定律例题,48,实验表明：当正应力s不超过一定限度时，,E弹性模量,或,胡克定律,49,实验表明：当切应力t不超过一定限度时,G切变模量,或,剪切胡克定律,50,胡克定律,1：试验表明，绝大多数材料在一定条件下均符合胡克定律-普遍适用2：并不所有材料都满足。（新型材料）3：E、G量纲与应力相同4：E、G属于材料的力学性能，因材料而异。其值由试验测定。钢：E=200220GPa