材料力学完整版本

1、.,大连理工大学 基础力学教学研究所,材料力学,Mechanics of Materials,张昭 综合实验1号楼523 电话：84707608 邮箱： 297277243 QQ：297277243 助教：赵磊 QQ：526947211 手机.,材料力学案例 李 锋 编著 科学出版社 2011,材料力学 季顺迎 主编 科学出版社 2013,材料力学解题指导 马红艳 主编 科学出版社 2014,材料力学教材及辅导书,.,材料力学课程考核方式,总学时： 64 学时 考核方式 课堂表现 4% 课下作业 8% 课程论文 8 % 期中考试 10 % 期末考试： 70 %,.,答

2、疑,时间：每周四下午3:30-4:30 地点：力学楼401,绪 论,材料力学与工程 材料力学的地位 材料力学的任务 材料力学的研究对象 材料力学的基本假设 材料力学的基本概念,.,一、材料力学与工程 源于工程 用于工程 材料力学起源于17世纪，这时的材料力学以木材、石材等为研究主体，因此，有很大的局限性。如伽利略的石梁破坏试验、木材弯曲试验。 材料力学分为两个流派： 斯坦福大学教授铁木辛柯，构成了欧美材料力学课程体系的基础； 前苏联工科院校的材料力学课程体系，代表人物是列宁格勒铁道学院教授别辽耶夫。,铁摩辛柯（Stephen PTimoshenko，18781971），出生于乌克兰，去世于德国

3、，190l年毕业于俄国彼得堡交通道路学院。之后他按规定服役一年，于1902年回彼得堡交通道路学院任实验讲师，一年后到彼得堡工学院任讲师。从 1903年到1906年，他每年利用夏天的时间去德国哥廷根大学进修，在克莱因、普朗特的指导下进行研究工作。在19071921年间先后在基辅、彼得堡与南斯拉夫任教。 1922年到美国费城振动专业公司，第二年到匹兹堡威斯汀豪斯电器公司从事力学研究工作。从1928年起他在美国密歇根大学、1936年到斯坦福大学任教。,.,.,米约高架桥,海洋石油钻井平台,.,海洋石油201船托管架,战神火箭,神舟六号返回舱 (由CZ2F发射),神舟X号返回舱计算,火箭全长58.3米

4、 起飞质量479.8吨。,.,美国土星5,CZ2F,火箭轴力图(2.2)、剪力图和弯矩图(5.3),垂直载荷工况下的底架中梁中部最大下挠与转向架中心距的比值小于1/1500。,纽约世贸中心,.,埃菲尔铁塔,.,北京.国家体育场,二、材料力学的地位,性质 技术基础课 地位 固体力学的基础 工程设计的基础,.,三、 材料力学的任务 1 研究材料在外力作用下 破坏的规律 ； 破坏断裂，塑性变形,.,材料的力学性能试验,.,任务,2 研究杆件的强度条件， 刚度条件，稳定性条件； 强度(strength)材料抵抗破坏的能力； 刚度(stiffness)构件抵抗变形的能力； 稳定性(stability)构

5、件维持原有平衡 形式的能力。,.,稳定性问题,1940年美国塔柯姆大桥,.,强度问题 刚度问题,.,.,稳定问题,.,.,稳定问题,.,3 解决结构设计安全可靠 与经济合理、美观的矛盾 优化设计,任务,.,四、材料力学的研究对象,1. 构件(member)基本形式,.,曲杆,变截面直杆,杆件bar,等截面直杆,构件基本形式,.,构件基本形式,板,壳,块,.,2. 材料力学的研究对象,轴线axis,等截面直杆,直杆,横截面cross section,形心,等截面杆,.,埃菲尔铁塔,.,.,.,五、材料力学基本假设,建立理想弹性体模型的必要性 微观上看，材料是不连续、 不均匀的，也是各向异性的。,

6、.,灰口铸铁的显微组织,.,球墨铸铁的显微组织,.,普通钢材的显微组织,.,优质钢材的显微组织,.,在宏观上，可以认为材料是连续、均匀的，部分工程材料是各向同性的。,.,.,2.材料力学基本假设,连续性假设材料连续无孔隙 continuity assumption 均匀性假设材料各处性质相同 homogenization assumption 各向同性假设任意方向材料性质相同 isotropy assumption 4. 小变形假设变形量远小于构件尺寸 便于用变形前的尺寸和几何形状进行计算,.,1.4 外力,一、集中力 F,A,A,单位,N或 kN,.,外力,二、分布力,单位,N/m或 kN/

7、m,q,线分布力q,合力,大小F =分布图面积 ql,作用线-过分布图形心,.,外力,分布力 q,线分布力,均布力,非均布力,.,外力,分布力 p,面分布力,p =z,p =z,单位 Pa,1 Pa=1 N/m2,蓄水池,.,外力,面分布力 p,压力容器,.,外力,三、力偶 m,集中力偶,分布力偶,单位 Nm,单位 Nm/m,.,1.5 内力 截面法,一、内力 internal force,2.附加内力 外力引起，连续分布,1.固有内力,使物体平衡,.,假想截面,分布内力,.,3.内力通常指横截面上附加内力向截面 形心简化所得主矢和主矩在三个坐标轴方 向的分量。（共六个）,内力主矩,内力主矢,

8、.,内力分量（简称内力）,.,二、截面法methed of section 求内力的基本方法,假想一个平面将构件分开，将舍弃部分对剩余部分的作用代之以内力，通过求剩余部分的局部平衡来得到未知内力的数值。,假想截面,.,例题：,求 m-m截面内力,解： 给定一个坐标系，如图所示。 由平衡方程，有,O,O,.,1. 概念,应力分布内力在一点的集度,1.6 应力stress,.,工程构件，大多数情形下，内力并非均匀分布，通常“ 破坏”或“失效”往往从内力集度最大处开始，因此，有必要区别并定义应力概念。,应力就是单位面积上的内力,.,切应力t 位于截面内的应力称为切应力,正应力s 垂直于截面的应力称为

9、 正应力 normal stress,单位： Pa, 1 Pa = 1 N/ 常用单位：MPa, 1 MPa= 106 Pa,（剪应力）shear stress,2. 正应力和切应力,.,FQ,FN,.,注意事项,1.讲应力应注意讲是哪一点的应力； 2.讲一点应力，应讲是哪一个截面上的 应力;,3.讲一点应力，通常应同时考虑正应 力 和切应力 .,.,1.7 位移 变形 应变,一、位移displacement 线位移 一点空间位置的改变 单位：m , mm 角位移 一面方位的改变 单位：rad,.,二、变形 deformation,尺寸改变 形状改变 变形引起位移,.,三、应变strain,线

10、应变 (linear strain) 一点在某方向上尺寸改变程度的描述。 切应变 (shearing strain) 过一点两互相垂直截面的角度改变。,.,直角改变量,=+,微元体element,.,注释,线应变 与点的位置有关； 与 x 的方向有关； 伸长变形为正； 无量纲。 切应变 与点的位置有关； 与垂直两边的方位有关； 无量纲。,.,1.8 杆件变形的基本形式,1. 轴向拉伸和压缩 axial tension or compression,拉伸,压缩,.,2. 剪切shear,.,3. 扭转torsion,联轴器,轴,.,4. 平面弯曲plane bending,.,结论与讨论,1. 材料力学研究杆件的强度、刚度、 稳定性问题，因此其研究对象为变 形体，不再是刚体。 应注意适用于刚体的概念、原 理和方法，用于变形体时是否适用， 如静力等效等。,.,2. 内力是附加内力的主矢分量和主矩分 量，它由外力引起，与变形有关，应满足 平衡方程。 3. 计算内力的基本方法为截面法，其原 理为局部平衡，应逐步习惯用截面法计算 内力。 4. 应力是强度计算的基本参数，应注意 两种应力（ 和 ）的点的概念 ，面的 概念，注意其单位的规范写法（MPa)。,.,5. 构件受力发生变形，卸载