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1、1 材 料 力 学材 料 力 学 Mechanics of MaterialsMechanics of Materials 赠同学们一句话：赠同学们一句话： 物格而后知至， 知至而后意诚，意诚而后心正， 心正而后身修，身修而后家齐，家齐而后国治，国治 而后天下平。 自天子以至于庶人， 壹是皆以修身为 本。 物格而后知至， 知至而后意诚，意诚而后心正， 心正而后身修，身修而后家齐，家齐而后国治，国治 而后天下平。 自天子以至于庶人， 壹是皆以修身为 本。 曾子大学曾子大学 格物格物至知至知 诚意诚意 正心正心 修身修身 齐家齐家 治国治国 平天下平天下 2 目的目的 对学科有一个初步的对学科有一
2、个初步的概念上概念上的了解的了解 懂得懂得重要性重要性，引起学习它的，引起学习它的兴趣兴趣 了解恰当的了解恰当的学习方法学习方法 内容内容 材料力学的材料力学的任务任务、作用作用和和地位地位 基本基本假设假设 基本基本概念概念 变形变形的基本形式的基本形式 第一章绪论第一章绪论 3 1.1 材料力学的来龙去脉1.1 材料力学的来龙去脉 本节站在本节站在力学史力学史和和力学方法论力学方法论的发展观、自然科 学的 的发展观、自然科 学的价值观价值观上，追根溯源 ，展望去向，力图使你对于 材料力学 有如下的宏观感觉和总体把握 上，追根溯源 ，展望去向，力图使你对于 材料力学 有如下的宏观感觉和总体把
3、握 会当凌绝顶，一览众山小会当凌绝顶，一览众山小 一一、材料力学的、材料力学的由来由来 学科发展的必然性 二、材料力学的 学科发展的必然性 二、材料力学的任务任务 工程需要的迫切性 三、材料力学的 工程需要的迫切性 三、材料力学的作用作用 承前启后的阶段性 四、材料力学的 承前启后的阶段性 四、材料力学的学习学习 爱学会学的自觉性爱学会学的自觉性 4 一一、材料力学的、材料力学的由来由来 学科发展的必然性学科发展的必然性 你将会确信：你将会确信：从学科发展观的角度，材料力学的 出现，是力学学科的必然结果 从学科发展观的角度，材料力学的 出现，是力学学科的必然结果 物理和理论力学：运动的一般规律
4、（质点、刚体）物理和理论力学：运动的一般规律（质点、刚体） 质点质点：只有质量，没有大小：只有质量，没有大小 刚体刚体：有质量，有大小，但没有变形：有质量，有大小，但没有变形（相对位置不变）（相对位置不变） 变形体变形体：有质量，有大小，有变形：有质量，有大小，有变形（相对位置变化）（相对位置变化） 变形：变形：物体内部各质点之间的相对位置变化、尺寸和 形状的改变 质点 物体内部各质点之间的相对位置变化、尺寸和 形状的改变 质点 刚体刚体 变形体，人类的认识深化变形体，人类的认识深化 5 变形体力学变形体力学 变形体受力后的运动或变形规律变形体受力后的运动或变形规律 涉及到变形，理论力学涉及到
5、变形，理论力学无能为力无能为力，材料力学，材料力学当仁不让当仁不让 材料力学是变形体力学最早的分支，有最简捷的结果材料力学是变形体力学最早的分支，有最简捷的结果 （1）最简单的模型 （ ）最简单的模型 （2）最基本的概念 （ ）最基本的概念 （3）最根本的方法 （ ）最根本的方法 （4）最典型的结论）最典型的结论 特点：特点： 概念多， 变形多， 公式多， 实验多概念多， 变形多， 公式多， 实验多 研究对象研究对象 质点？刚体？变形体？质点？刚体？变形体？ 根据根据相对性相对性 6 二、材料力学的二、材料力学的任务任务 工程需要的迫切性工程需要的迫切性 工程需要上看，材力是必然产物工程需要上
6、看，材力是必然产物 材力能成为一门自然科学技术的学科，是人类文 明发展积累的成果 材力能成为一门自然科学技术的学科，是人类文 明发展积累的成果 每时每刻，人类都不得不同受力的物体或结构打交道：每时每刻，人类都不得不同受力的物体或结构打交道： 从土房、木屋从土房、木屋 到到钢铁塔架、钢筋混凝土大厦 （住） 从人力车、牛马车 钢铁塔架、钢筋混凝土大厦 （住） 从人力车、牛马车 到到 火车、汽车、轮船、飞机、火箭 （行） 从打猎用的木棍、竹棒 火车、汽车、轮船、飞机、火箭 （行） 从打猎用的木棍、竹棒 到到 用蒸汽或用电动的机器 （用） 用蒸汽或用电动的机器 （用） 人们（包括你）生活中的一切，无不
7、涉及受力的问题人们（包括你）生活中的一切，无不涉及受力的问题 受力问题的受力问题的安全安全？安全与经济安全与经济？ 7 长江、松花江的堤坝长江、松花江的堤坝 911的世贸大楼的世贸大楼 失事的飞机失事的飞机 日常的衣食住行涉及的结构日常的衣食住行涉及的结构 它们的第一功能它们的第一功能 某方面的第一价值 虽然安全保证不是追求的第一功能，但是 某方面的第一价值 虽然安全保证不是追求的第一功能，但是 是人类生存的基本功能是人类生存的基本功能 材料力学材料力学首先回答了首先回答了安全功能安全功能如何保证的问题如何保证的问题 也是在解决安全问题中发展起来的也是在解决安全问题中发展起来的 材料力学形成以
8、前，人们已经懂得一些相关知识，并积 累了实践经验 材料力学形成以前，人们已经懂得一些相关知识，并积 累了实践经验 隋代的赵州石桥，经计算，符合现代力学原理：隋代的赵州石桥，经计算，符合现代力学原理： 8 河北赵州桥河北赵州桥建于建于1400年前（隋朝）年前（隋朝）跨跨37.02米米、宽宽 9米米、拱高拱高7.23米米，隋允康教授的老师，隋允康教授的老师钱令希钱令希院士用弹 塑性理论计算，结果 院士用弹 塑性理论计算，结果 压力线完全通过拱轴压力线完全通过拱轴。 9 隋允康隋允康教授指导博士生用他提出的教授指导博士生用他提出的结构拓扑优化结构拓扑优化 ICM （ Independent Cont
9、inuous Mapping ）方法计算 的结果， ）方法计算 的结果，完全类似赵州桥的构型完全类似赵州桥的构型。 10 真正解决问题，还是真正解决问题，还是材料力学形成以后材料力学形成以后 达达.芬奇芬奇(Leonardo da Vinci, 1452-1519) 伽利略伽利略（Galilei, 1564-1642) 开始着手解决构件的强度计算问题开始着手解决构件的强度计算问题 从那时起，材料力学在奠基从那时起，材料力学在奠基 长期的积累、发展，逐渐完善形成长期的积累、发展，逐渐完善形成材料力学材料力学 材料力学关心的安全体现在材料力学关心的安全体现在 强度强度 (Strength) 刚度刚
10、度 (Stiffness) 稳定性稳定性 (Stability) . 11 具有足够的刚度具有足够的刚度 构件在外载作用下，抵抗可恢复变形的能力。构件在外载作用下，抵抗可恢复变形的能力。 例如机床主轴不应变形过大，否则影响加工精度。例如机床主轴不应变形过大，否则影响加工精度。 满足稳定性要求满足稳定性要求 构件在某种外载作用下，保持其原有平衡状态的 能力。 构件在某种外载作用下，保持其原有平衡状态的 能力。例如柱子不能弯等。例如柱子不能弯等。 对构件的三项基本要求对构件的三项基本要求 具有足够的强度具有足够的强度 构件在外载作用下，抵抗破坏的能力。构件在外载作用下，抵抗破坏的能力。 例如储 气
11、罐不应爆破。 例如储 气罐不应爆破。 （破坏（破坏 断裂或变形过量不能恢复）断裂或变形过量不能恢复） 12 上面提到了术语上面提到了术语 1、 构件构件 Component or Member ：组成机械的零件或构 筑物的杆件统称为构件 ：组成机械的零件或构 筑物的杆件统称为构件 2、 结构结构 Structure：由构件组成的体系，工程结构是工 程实际中采用的结构 ：由构件组成的体系，工程结构是工 程实际中采用的结构 3、 载荷载荷 Load：构件和结构承受的负载或荷重 载荷有 ：构件和结构承受的负载或荷重 载荷有 内载荷 外载荷 内载荷 外载荷 4、 变形变形 Deformation：在载
12、荷的作用下，构件的形状及 尺寸发生的变化称为变形 ：在载荷的作用下，构件的形状及 尺寸发生的变化称为变形 13 材料力学的任务材料力学的任务 1）研究材料的力学性能）研究材料的力学性能 2）研究构件的强度、刚度和稳定性等）研究构件的强度、刚度和稳定性等 3）合理解决安全与经济之间的矛盾 构件的 ）合理解决安全与经济之间的矛盾 构件的强度强度、刚度刚度和和稳定性稳定性均与所用材料的力学 性能有关，因此在 均与所用材料的力学 性能有关，因此在实验研究实验研究基础上，进行和基础上，进行和理论分析理论分析 是完成材料力学的任务所必需的途径和手段。是完成材料力学的任务所必需的途径和手段。 14 三、材料
13、力学的三、材料力学的作用作用 承前启后的阶段性承前启后的阶段性 1。后续的力学（其它的变形体力学） 学好材料力学对学习其他变形体力学的奠基作用 。后续的力学（其它的变形体力学） 学好材料力学对学习其他变形体力学的奠基作用 结构力学，弹性力学，塑性力学，断裂力学结构力学，弹性力学，塑性力学，断裂力学, 纳米力学纳米力学 流体力学流体力学 理性力学理性力学 2。后续的专业课程。后续的专业课程 建筑结构建筑结构 机械设计机械设计 结构设计原理结构设计原理 3。有助于学习其它工程：。有助于学习其它工程：土木、机械、航空、航天、交 通、运输、材料、生物、工程、仪表等 土木、机械、航空、航天、交 通、运输
14、、材料、生物、工程、仪表等 4。今后工程工作中直接受益。今后工程工作中直接受益 15 四、材料力学的四、材料力学的学习学习 爱学会学的自觉性 学习要求 爱学会学的自觉性 学习要求 1。记笔记。记笔记 2。先读书，后做作业，按时交作业 步骤清晰，作图规范，书写工整，解答正确 。先读书，后做作业，按时交作业 步骤清晰，作图规范，书写工整，解答正确 3。认真做实验，完成实验报告。认真做实验，完成实验报告 4。课前要预习，上课要带书，讲授、自学和讨论相结合。课前要预习，上课要带书，讲授、自学和讨论相结合 5。上课要集中精力，认真听，重点记。上课要集中精力，认真听，重点记 平时成绩、作业、测验、实验平时
15、成绩、作业、测验、实验 30%。 期末成绩期末成绩 70% 16 学习方法学习方法 1。弄清。弄清基本概念基本概念思考再思考，观察生活实例 适当读参考书 认真做好实验 思考再思考，观察生活实例 适当读参考书 认真做好实验 2。注意。注意知识发生过程知识发生过程公式推导：基本假设 基本思路 基本要点 公式推导：基本假设 基本思路 基本要点 3。认真完成。认真完成作业作业理解、体验，举一反三 培养解决问题的能力 理解、体验，举一反三 培养解决问题的能力 4。养成写。养成写总结和体会总结和体会的习惯的习惯 5。写。写小论文小论文 17 1.2 变形固体的基本假设1.2 变形固体的基本假设 在外力作用
16、下，一切固体都将发生变形，故称为变 形固体，而构件一般均由固体材料制成，故构件一 般都是变形固体。 在外力作用下，一切固体都将发生变形，故称为变 形固体，而构件一般均由固体材料制成，故构件一 般都是变形固体。 变形固体的假设变形固体的假设 1连续性假设：认为整个物体体积内毫无空隙地充 满物质 连续性假设：认为整个物体体积内毫无空隙地充 满物质（数学）（数学） 2均匀性假设：认为物体内的任何部分，其力学性 能相同 均匀性假设：认为物体内的任何部分，其力学性 能相同（力学）（力学） 3各向同性假设：认为在物体内各个不同方向的力 学性能相同 各向同性假设：认为在物体内各个不同方向的力 学性能相同（物理）（物理） 4. 小变形假设：变形与本身的尺寸相比很小小变形假设：变形与本身的
