吉大材力考研课件第1章.ppt

1、,第一章 绪 论, 1.1 材料力学的任务 1.2 变形固体的基本假设 1.3 内力.截面法和应力的概念 1.4 变形与应变的概念 1.5 杆件变形的基本形式,力,刚体,运动,变形,它以高等数学,工程图学,理论力学等为基础,和各种机械汽车设计等打下坚实基础.,材料力学是工科院校一门重要的技术基础课,是第一次学习变形体力学,并为今后学习,弹性力学,结构力学,断裂力学,塑性力学,计算力学,建筑,桥梁,一.工程要求,设计,机械 结构,合理的解决构件的承载能力,构件的承载能力包括,强度 -构件抵抗 破坏的能力 刚度 -构件抵抗变形的能力 稳定性 -维持原有平衡状态的能力,构件的承载能力 1.构件安全工

2、作应有足够的强度:即构件在规定的载荷作用下不发生破坏.,强度- 构件抵抗 破坏的 能力,1999年1月4日，我国重庆市綦 江县彩虹桥发生垮塌，造成： 40人死亡；14人受伤； 直接经济损失631万元。,2.构件安全工作必须具有足够的刚度 -,刚度-构件抵抗变形的能力,构件的承载能力 2.构件安全工作应有足够的刚度:即构件在规定的载荷作用下变形不能过大.,F,构件的承载能力3、构件安全工作应具有足够的稳定性稳定性 -构件维持原有平衡状态的能力即:构件 (压杆)在规定载荷作用下不失稳 例如:脚手架失稳,广州在建高速公路高架桥支架坍塌致9人死伤 20041214,广州在建高速公路高架桥支架坍塌致9人

3、死伤20041214,广州在建高速公路高架桥支架坍塌致9人死伤20041214,广州在建高速公路高架桥支架坍塌致40多人死伤 2005、12、15,变形,弹性变形-去掉载荷能恢复的变形,塑性变形-去掉载荷不能恢复的变形,（永久变形，残余变形）,足够的强度-构件在规定的载荷作用下不发,生破坏,足够的刚度-构件在规定的载荷作用下不发,生过大的弹性变形,足够的稳定性-构件在规定的载荷作用下,不失稳,香港青马大桥,南京长江二桥 （斜拉桥，628米）,江阴长江大桥 （悬索桥，1385米）,美国金门大桥 （悬索桥，1280米）,加拿大魁北克大桥,40人死亡；14人受伤； 直接经济损失631万元。,1999

4、年1月4日，我国重庆市綦江县彩虹桥发生垮塌，造成：,彩虹桥事件,垮塌前的彩虹桥,垮塌后的彩虹桥,d,h,b,h/b=?,材料力学的任务:保证构件具有足够的承载能力的前提下，以最经济的代价；,选择适宜的材料； 确定合理的截面形状和尺寸； 提供必要的理论基础和计算方法。,矛盾：安全-经济,为构件,要求构件具有足够的承载能力, 安全第一.还要经济合理,物美价廉.,1.三方面要求不一定同时都要满足， 对具体的构件一般以一方面为主要条件。,2.有些要求相反。,设计,地雷,安全销,（要求是相反的）,有些构件要求产生较大的弹性变形，如,跳水员跳板，轿车弹簧等。,三研究的内容和方法,内容,外力,变形的规律 破

5、坏的规律,材料的力学性质,截面形状和尺寸与承载关系,方法,实验手段 理论分析,几何方面 物理方面 静力方面,在研究中可能以整体,部分,微块为对象,在方法上要用到数学中的微积分,所以首先要对可变形固体进行一定的假设.,为什么要对变形固体做基本假设?,目的是:为了抱住西瓜,忽略芝麻,是如何假设的?宏观上是否合理?用途?,1.连续性假设:认为组成固体的物质毫无空 隙的充满了固体的几何空间 描述物体内受力和变形的物理量可以 表示为连续函数 2.均匀性假设:认为固体内各点处的力学性质 都是相同的. 3.各向同性假设:认为固体内一点处在各个方 向上的力学性质也都是相同的,金属材料等 可认为各向同性材料.,

6、在理论力学中,建立平衡方程,运动方程,动力方程,都是把物体抽象为刚体来进行的,在材料力学中,不能再把物体看作刚体.变形是客观存在的,当结构的支反力没有求出时,变形是无法求解的,为了应用静力平衡方程,求出支反力,引入小变形原理(原始尺寸原理),应用:应用小变形条件,在利用静力平衡方程求解反力的时候,按原始尺寸(未变形前)来计算.即完全按理论力学的方法求解.,5 完全弹性变形条件: 弹性变形:外力解除后可完全消失的变形. 塑性变形:外力解除后不能消失的变形. (永久变形或残余变形),一.内力,方法:,定义：在外力作用下，物体内部相互作用力,的变化量（附加内力）。,特点：外力增大,内力增大,但有限度

7、。,二.应力 问题的提出:,A2A1,内力相同,但谁先破坏?为什么?,二. 应力,全应力,-拉为正，压为负。,-对体内任一点取矩，顺时针为正,定义：内力的集度,一.变形 位移,构件在外力作用下要产生变形。,例：,. 均为无量纲的量。,1.5 构件的分类、杆件变形的基本形式,构件大致上可分为四类： 板、壳、块体和杆件。,凡是一个方向的尺寸（长度）远大于其它两个方向尺寸（宽度和高度）的构件称为杆。垂直于杆件长度方向的截面，称为横截面；横截面中心的连线，称为杆的轴线。如果杆的轴线为直线，则称为直杆；反之为曲杆。各横截面尺寸不变的杆，称为等截面杆；,否则称为变截面杆。工程中常见的是等直杆。 材料力学中

8、研究的主要对象就是这种等直杆。,等直杆,如果构件一个方向的尺寸（厚度）远小于其它两个方向尺寸，把平分这种构件厚度的面称为中面；中面为平面的构件称为平板，中面为曲面的构件称为壳。如果构件三个方向的尺寸相差不多，则称为块体。板、壳和块体这类构件不属于材料力学所研究的对象，它们在弹性力学中研究。,杆件变形的基本形式,工程中的杆件受载往往都是比较复杂的,其杆件的变形也有多种形式。但通过对杆件的变形进行分析,就不难将其归纳为四种基本变形。即：,轴向拉伸或压缩； 2.剪切；3.扭转； 4.弯曲。,一、轴向拉伸或压缩: 在一对大小相等、方向相反、作用线与杆件轴线重合的外力P作用下，引起杆件沿轴线方向发生伸长

9、或缩短，这种变形形式称为轴向拉伸或压缩。 二、剪切：在一对相距很近的大小相等、方向相反的横向外力P作用下，引起横截面沿外力作用方向发生相对错动，这种变形形式称为剪切。,三、扭转: 在一对大小相等、转向相反、作用面与垂直于杆件轴线的外力偶矩作用下，引起任意两个横截面绕轴线相对转动，这种变形形式称为扭转。 四、弯曲: 在一对大小相等、转向相反、作用面与杆的纵向平面重合的外力偶矩作用下，引起任意两个横截面绕垂直于杆轴线的轴发生相对转动，这种变形形式称为纯弯曲。,受力简图：,外力作用特点：通过轴线。,一、轴向拉伸或压缩:,二、 剪 切,三、 扭 转,受力简图：,四、 弯 曲,特点：力垂直轴线或力偶作用

10、面通过轴线,受力简图：,圣路易斯机场,发电厂的冷却塔,输油管,空中客车,温哥华的充气结构展览厅,作用在结构上的载荷：活动荷载,作用在结构上的载荷：活动荷载,作用在结构上的载荷：风载,被风载掀掉的屋顶,作用在结构上的载荷：风载,1965年月日 英国渡桥发电厂的冷却塔被风吹倒三座,每座塔英尺高。 年建造。 级风。 塔群靠得近。 用的是单塔实验风压 数据。 瞬时风估计小了。,作用在结构上的载荷：冰荷载,作用在结构上的载荷：雪荷载,雪载导致的天线破坏,由于桥洞被冰堵塞导致桥破坏,作用在结构上的载荷：地震载荷,伦敦阿尔伯特吊桥,Albert Bridge across the River Thames.

11、 One of the earliest cable-stayed bridges, it opened in 1873. The spans are 147 ft, 384 ft, and 147 ft. Width of the bridge is a little over 41 ft. (London, England),阿尔伯特吊桥上便步走公告,1808年，法国皇帝拿破仑率部10万入侵西班牙，当部队以整齐的步伐穿过一座铁索吊桥时，大桥崩塌了。数十年后，在俄国的圣彼得堡，又有一队军人在齐步通过卡坦卡河上的铁桥时，发生了蹋桥事故。,3.凭经验设计的例子,雅典女神庙,雅典女神庙,座落于雅典

12、卫城,建于438B.C.是古希腊建筑的典型例子。,建于公元1056年,总高67米.采双层环形空间结构形式.是现存中国最古老楼阁式木构佛塔. 塔建在4米高的两层石砌台基上，内外两排立柱构成双层套筒式结构，柱与柱之间还有大量水平构件，暗层内又有大量斜撑，使双层套筒内外层紧密结合连成一体。其柱不是直接插入地中而是搁置于石础之上。在连接上采用了传统的斗栱结构，为不同部分的特殊需要分别设计了50余种不同形式的斗栱。由于结构上的合理性，近千年间经历了12次6级以上的大地震，迄今安然无恙。,应县佛宫寺释迦塔,意大利比萨斜塔,建于公元1174年。直径52英尺，高151英尺3英寸。倾斜大约14英尺。,河北赵县赵

13、州桥,河北赵州安济桥。桥位于河北赵县城南5里，为隋匠人李春所建，成于隋开皇大业年间（594605年），是现存世界上最古老、跨度最大的敞肩拱桥。桥的主孔净跨37.02米，净矢高7.23米，栱腹线的半径为27.31米，栱中心夹角。桥形很扁，桥总长50.83米，宽9米。大栱之上两侧各有一小拱。 赵州桥在结构、地基处理、外观都达到尽善尽美。结构上减少了重量、增加了可靠性，使它历千年而不坏。所以外国人称：“它的结构是如此合乎逻辑和美丽，使大部分西方古桥相比之下显得笨重和不明确。”它的确是桥梁建筑史上世界的一绝。,古罗马的拱桥,罗马人是桥，大楼和沟渠使用拱门的先驱，在罗马的 Ponte Fabricio桥

14、 ,在河 Tiber和 Tiber岛的河岸之间，造于64 B.C. (罗马,意大利。）,1974年在福建泉州出土了一艘宋船残骸。它已是一艘长30余米、宽10余米、可载百余人的庞然大物。据文献载，当时的大船可载千人以上。这在世界造船史上是空前的。元初，意大利人马可波罗来华，在他写的马可波罗游记中，盛赞中国的造船业，与他见过的阿拉伯造船相比后者简陋得多。 公元1405年到1433年间，明朝太监郑和曾率众七次下西洋。每次率员达2、3万之众，船队300艘，浩浩荡荡，是中外航海史上的壮举。从有关文献记载可以推出，当时最大的船可达长120米、宽50米之巨。其排水量在500010000吨之间。这在当时世界上

15、是无与伦比的。那时，在世界上关于强度的知识还很少，而且造大船的实践上也前无古人。能使这些船安全可靠地航行公海，可见造船人已具有相当丰富的关于强度、浮力平衡和稳定的经验。,泉州出土宋代船复原图,北京天坛祈年殿,五台山显通寺内无梁殿,明清时期中国佛寺建筑上出现一种拱券式的砖结构殿堂，通称为“无梁殿”，如山西、南京灵谷寺、宝华山隆昌寺中都有此种殿堂建筑。这反映了明朝以来砖产量的增加，使早已应用在陵墓中的砖券技术运用到了地面建筑中来。五台山显通寺内的无梁殿为用砖砌成的仿木结构重檐歇山顶的建筑，高20.3米。这座殿分上下两层，明七间暗三间，面宽28.2米，进深16米，砖券而成，三个连续拱并列，左右山墙成为拱脚，各间之间依靠开拱门联系，型制奇特，雕刻精湛，宏伟壮观，是我国古代砖石建筑艺术的杰作。无梁殿正面每层有七个阁洞，阁洞上嵌有砖雕匾额。无梁殿有着很高的艺术价值，是我国无梁建筑中的杰作。,布瑞塔尼亚大桥（1846，铁管）,巴黎跨赛纳河的亚力山大桥,苏格兰铁路桥,铁塔底部,世界贸易双塔楼,华盛顿的悬索网展览厅,展览厅内部,悬索的固定处,金门大桥,广州虎门大桥,香港青马大桥 青衣島至 馬湾島 橋長：2160.0 最大跨度1377.0耗资9.15亿美元,温哥华附近的斜拉桥,斜拉桥拉杆根部的减振器,