材料力学1第一章绪论

1、1,2,课程基本要求（教学大纲）,对材料力学的基本概念和基本的分析方法有明确的认识； 具有将一般杆类零构件简化为力学简图的初步能力，具有力学建模的初步概念与能力； 能比较熟练地作出杆件在基本变形下的内力图、计算其应力和位移、并进行强度和刚度计算； 对应力状态理沦和强度理论有明确的认识，并能将其应用于组合变形下杆件的强度计算； 理解掌握简单超静定问题的求解方法； 对能量法的有关基木原理有明确认识，并比较熟练地掌握一种计算位移的能量方法； 对压杆的稳定性概念有明确的认识，会计算轴向受压杆的临界载荷与临界应力，并进行稳定性校核等计算； 理解动载荷中的动荷系数和交变应力中的疲劳破坏、持久极限等基本概念

2、，会计算杆件承受冲击载荷时的应力和变形； 对于常用材料在常温下的基本力学性能及其测试方法有初步认识； 对于电测实验应力分析的基本原理、方法和实验方案有初步认识。,3,基本情况,总学时：80=64+16（1-16周） 先修课程：高等数学、理论力学 考试方式：实验+平时期末闭卷 课外要求：1倍上课时间进行复习与作业 作业：每周二作业交 注意区分理论课作业与实验报告,4,教师基本情况,姓名：李敏 职称：教授 单位：航空科学与工程学院固体力学所 电话：82317815(O)E-mail：limin 办公室：校本部东办公楼316 助教：盖玉新 （五馆A 202 ） 助教联系方式

3、 131-2123-2353,5,我的任务 知识体系；概念导入；重点难点 你的任务 研读教材；例题习题；理解总结,参考书与特色:国内:孙训方/刘鸿文等，国外:铁摩辛柯,我的课程特点任务协调,6,第一章 绪 论,1-2 材料力学发展简史,1-3 材料力学的基本假设,1-1 材料力学的任务与研究对象,7,1-1 材料力学的任务与研究对象,如何设计结构尺寸？,8,9,构件：组成机械与结构的零构件，统称为构件。(例证),变形：构件尺寸与形状的变化,弹性变形：外力解除后可消失的变形,塑性变形：外力解除后不能消失的变形,破坏显著的塑性变形和断裂。,构件与构件的力学响应,失稳原有平衡形式的丧失。,10,断裂

4、,11,变形,A350XWB机翼翼展为64.75米，翼尖最大向上弯曲约5.2米,密封设计、管路布线、机构协调,12,平衡状态的丧失,13,经济性,安全性,14,保证构件安全性的指标,强度构件在外力作用下抵抗破坏的能力；,刚度构件在外力作用下抵抗变形的能力；,稳定性构件在外力作用下保持原有平衡形式的能力。,构件安全工作的基本要求： 具有足够的强度、刚度与稳定性,材料力学的任务：(解决安全性与经济性的矛盾) 研究构件在外力作用下变形、内部受力与破坏的规律，为合理设计构件提供强度、刚度与稳定性 分析的基本理论与方法。,15,合理设计解决矛盾的方法,16,17,18,材料力学的研究对象 杆件，简单杆系

5、，某些形状与受力都较简单的板壳,杆件： lb,h,19,讨论：仅研究杆件，有何意义？,栋梁、骨架、中流砥柱 由简单到复杂,20, 杆件变形的基本形式,轴向拉伸与压缩,扭转,弯曲,21, 杆件的组合变形,压弯组合,弯扭组合,H,22,材料力学发展史反映了人类认识与改造自然的历史,1-2 材料力学发展简史,从古代人类开始建筑房屋的时候起，人们就觉察到有必要获得有关建筑材料强度的知识，以便作出决定构件安全尺寸的法则。,23,中国古代有关材料力学的应用,赵州桥隋朝,试弓定力图东汉,24,1103年，李诫在营造法式大木作制度指出： “凡梁之大小，各随其广分为三份，以二份为厚”,25,中国古代力学史的启示

6、 自豪：世界文明发源地之一 遗憾：少有完整科学理论,26,材料力学在近代的发展,伽利略像,1638年：材料力学的开端 关于两种新科学的对话,开创了用实验观察假设逻辑证明与实验验证形成科学理论的方法,27,关于两种新科学的对话,伽利略讨论了几何相似结构物体的强度问题：一个小型方尖塔、柱子，无论平放或者直立都不会发生断裂的危险，而那些很大的则在稍微触动下都很容易崩散破碎,28,伽利略总结：无论是人工的或天然的结构物，都不可能将尺寸增加到非常大；同样也不可能将船只、宫殿或庙宇造得非常巨大而能使它们的船桨、庭院、梁、铁螺栓以及其他部件都能结合在一起；自然界也不能生出异乎寻常的大树，因为树枝在其本身重量

7、作用下是会折断的；因此徜若人的、马的或其他动物的身体高度增加得异常高，那末这些动物的骨胳组织就不可能结合在一起来完成其正常机能；因为高度增加只能由较平常的骨胳更硬更强力的材料或者借放大骨胳才能达到目的，这样会改变它们的形体，以至使它们的形状变成一个怪物。如果缩小一物体的尺寸，该物体的强度并不按同样比例减小；实际上物体愈小，它的相对强度反愈提高。因此，一只小狗也可能在它的背上驮起三只同它一样大的狗；但是我相信一匹马就甚至连一匹和它一样大的马也驮不起。,29,伽利略讨论空心梁的强度：因不须增加重量而能大大提高强度，故在工艺上应用很广。在自然界更为普遍，象这类例子实在太多。例如鸟类的骨骼和很轻的但能

8、高度抗弯和抗断裂的各种芦草秆。一根麦秆所负载的麦穗较整个麦杆要重得多，如果麦秆是用同样多的材料作成实心形状，那末它将减低其抗弯和抗断裂的能力。一根空心枪杆或一根木制或金属制的管子比同长度同重量的实心杆要强得多，这是一个已在实际应用中被证实的经验。,30,胡克的弹性实验装置,1678年：发现“胡克定律”,雅各布.伯努利，马略特： 得出了有关梁、柱性能的基础知识，并研究了材料的强度性能与其它力学性能。,库伦： 得到了梁的弯曲正应力和圆杆扭转切应力的正确结果,31,(瑞士)欧拉像,主要研究梁的变形： 曲线的变分法，推导出受横向力的悬臂杆的挠度表达式 关于柱的承载力，讨论了压杆稳定问题，引入了临界载荷

9、的概念。 还研究了大变形问题、变截面梁的问题、具有初始曲率杆的问题。,32,(瑞士)约翰.伯努利像,(意大利)拉格朗日像,提出“虚位移原理”,阐述了“虚功原理”,33,(英国)托马斯.杨像,(法国)纳维像,定义“弹性模量”,研究了扭转问题、梁的弯曲问题、提出了解超静定问题的位移法 1826年，第一本材料力学,34,(法国)泊松像,定义“泊松比”,(法国)圣维南像,研究了扭转和弯曲问题，提出了“圣维南原理”,35,(乌克兰)铁摩辛柯像,建立“铁摩辛柯梁”模型,研究了圆孔附近的应力集中问题，梁板的弯曲振动问题，薄壁杆件扭转问题，弹性系统稳定性问题等,出版了大量力学教材：材料力学， 高等材料力学，

10、结构力学， 板壳理论等20多部,36,材料力学在现代的发展,19世纪中叶，铁路桥梁工程的发展，大大推动了材料力学的发展；,当时，材料力学的主要研究对象为钢材；,20世纪，各种新型材料(复合材料、高分子材料等)广泛应用，实验水平、计算方法不断提高；,材料力学所涉及的领域更加广阔，它仍在发展。,37,1-3 材料力学的基本假设, 材料力学研究材料的宏观力学行为, 材料力学主要研究钢材等金属材料,关于材料的基本假设：, 连续性假设：认为材料无空隙地充满于整个构件。 力学量可以用坐标的连续函数表示。, 均匀性假设：构件内每一处的力学性能相同。 通过试样得到的材料性能可用于构件的任何部位。, 各向同性假设：构件某一处材料沿各个方向的力 学性能均相同,38,铸铁模具材料的细观图像,39,问题：金属材料在宏观、细观和微观是否连续、均匀与各向同性？,铁碳合金（0.2C%）,宏观：连续，均匀，各向同性； 细观：非连续（微缺陷、微孔洞等）；非均匀（微夹杂、晶界等）；各向异性（晶粒方位）； 微观：分子原子内部结构的非连续，非均匀，各向异性。,40,问题：举例说明均匀与非均匀、各向同性与各向异性的概念。,41,附加的两个假设,线弹性假设：物体的变形与外力的关系是线性的，且外力移除后，变形可恢复。 小变形假设：物体的变形远小于物体的几何尺寸，在建立方程时，可以按未变形的位形考虑，并可略去二阶以上的高阶小量