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1、Mechanics of Materials 材 料 力 学 陈华燕陈华燕 QQ: 6394175 Cellphone:18980098119QQ: 6394175 Cellphone:18980098119 EMAILEMAIL：kay_chykay_chy 基本情况 n上课时间地点：周一 1-2节；周三 3-4节。 n总学时：56 117周（本学期） n先修课程：高等数学、理论力学 n考试方式：平时成绩期中考试+期末考试 n课外要求：2倍上课时间进行复习与作业 n答疑 n注意区分理论课作业与试验报告 参考书:国内:孙训方，刘鸿文、单辉祖等，国外:铁摩辛柯 课程特点你们的学习方法 科学像一株
2、常青之树，在实验室、图书馆和博物科学像一株常青之树，在实验室、图书馆和博物 馆中缓慢生长，成千上万的人完成了大量出色的工作，馆中缓慢生长，成千上万的人完成了大量出色的工作， 这些人并非具有超常才智，但他们受过这些人并非具有超常才智，但他们受过良好的训练良好的训练，掌，掌 握了握了有效的方法有效的方法并且具有并且具有很大的耐心很大的耐心。 美国美国 乔治乔治. .萨顿（萨顿（George George SartonSarton 1884 188419561956， 美国科学家美国科学家, ,科学近代史学科的重要奠基人）科学近代史学科的重要奠基人） 同学们思考： 什么样的学生是优秀学生？ 优秀学生
3、应该具有的品质或特点！ 怎样学好材料力学课程? 36人 60分 80分 90分100分 10人14人6人 70分 97人参加考试（正常77，重修20） 17人14人 正 常 2491541410及格率 68.8% 重 修 12521-及格率 40% 2012-2013学年秋 材料力学 期末考试情况 7人 60分80分90分100分 5人20人21人 70分 82人参加考试（正常66，重修16） 14人15人 正 常 491019195及格率 93.9% 重 修 36421-及格率 81.25 % 2013-2014学年秋 材料力学 期末考试情况 17人 60分80分90分100分 10人19人
4、19人 70分 92人参加考试（正常87，重修5）5人缺考 18人9人 正 常 15917181810及格率 82.75% 重 修 20111-及格率 60 % 2014-2015学年春 材料力学 期末考试情况 第第 一一 章章 绪绪 论论 Chapter OneChapter One IntroductionIntroduction 材料力学材料力学 你身边的科学你身边的科学 材料力学材料力学 你身边的科学你身边的科学 材料力学材料力学 你身边的科学你身边的科学 材料力学材料力学 你身边的科学你身边的科学 材料力学材料力学 你身边的科学你身边的科学 机械、结构等 受力如何？ 如何运动？ 如何
5、变形？破坏？ 如何控制设计？ 其其目的目的是：是： 了解工程系统的性态了解工程系统的性态 并为其设计提供合理的规则并为其设计提供合理的规则。 工程力学工程力学（或者应用力学）（或者应用力学）是是: : 将力学原理应用实际工程系统的科学将力学原理应用实际工程系统的科学。 性态 规则 回顾回顾 力学是工程科学的基础 受力如何？受力如何？ 如何运动？如何运动？ 理论力学、振动理论等， 研究对象为刚体； 基本方程是平衡方程、运动方程平衡方程、运动方程等。 如何变形？破坏？如何变形？破坏？ 材料力学、弹性力学、塑性力学等， 研究对象为变形体； 基本方程是平衡方程、物理方程、几何方程平衡方程、物理方程、几
6、何方程等。 本构方程本构方程 强度设计的一般方法强度设计的一般方法 ： 平衡方程平衡方程 变形几何条件变形几何条件 应力应变关系应力应变关系 内 力 应 力 强 度 条 件 满 意 ？ 强 度 计 算 材料试验材料试验极限应力极限应力选取安全系数选取安全系数许用应力许用应力 控制设计：强度是最主要的控制指标。控制设计：强度是最主要的控制指标。 研究对象是无缺陷变形体，研究对象是无缺陷变形体， 研究目的是保证在最大载荷下有足够的强度。研究目的是保证在最大载荷下有足够的强度。 NONO 修改 设计 结束结束 YESYES 初步设计初步设计 设计目标设计目标 结构结构/ /构件强度的控制参量是应力构
7、件强度的控制参量是应力。 工作应力： 构件在可能受到的最大工作载荷作 用下的应力。 ( ( 由力学分析计算得到由力学分析计算得到 ) ) 极限应力： ys 、 b 材料可以承受的强度指标。 延性材料： ys ；脆性材料： b ( ( 通过材料力学性能的实验得到通过材料力学性能的实验得到 ) ) u 强度判据： ( 作用 抗力 ) 结构或构件的工作应力 材料的极限应力 ys 延性材料 b 脆性材料 举例Patran,LS- Dyna,Ansys， Abaqus 工程构件在外载荷作用下的变形模拟工程构件在外载荷作用下的变形模拟 LS_DANA_simulation LS_DANA_simulati
8、on LY_DANA Simulation ABAQUS_simulation ABAQUS_simulation ABAQUS_simulation 高级材料试验及系统(MTS) 高级材料试验及系统(MTS) 拉伸实验疲劳试验断裂力学实验 以杆件为主要对象，建立工程构件力学分析的主要概以杆件为主要对象，建立工程构件力学分析的主要概 念和方法。培养工程结构定量分析的逻辑思维能力，培养念和方法。培养工程结构定量分析的逻辑思维能力，培养 工程意识。工程意识。 强度强度 ( ( strength strength ) ) 刚度 ( stiffness ) 稳定性 ( stability ) 构件抵抗
9、破坏的能力 构件抵抗变形的能力 构件保持原有平衡形态的能力 1. 1. 工程构件的力学分析工程构件的力学分析 2. 固体力学的基础性概念 1-1 材料力学的任务与研究对象 工程构件的基 本类型 杆杆 ( bar )( bar ) 体 ( body ) 板 ( plate ) 壳 ( shell ) 怎样研究这些工程构件? Y Z a b r X-轴向/纵 向/法向(l) 横向 面内 a b l 赤 道 地 轴 南 极 北 极 认识地球 地心 北极星 90o 低纬度 中纬度 中纬度 高纬度 高纬度 0o 0o 30o 30o 30o 30o 60o 60o 60o60o 90o 高中低纬度的划分
10、 北极圈66.5o 南极圈66.5o 南回归线23.5o 北回归线23.5o S N WE 15o 15o 60o45o30o 30o45o60o0o 本初子午线 东西半球的划分 界限：20W、160 E组 成的经线圈。 180经线 国际上以 经度180度子午线为 基础，绕过岛屿和海 峡，定为“国际日期 变更线”，简称“日界 线”。 1. 1. 关于关于材料材料性质的假定性质的假定 低碳钢细观结构 球墨铸铁细观结构 高碳钢细观结构 1-2 变形固体及其基本假设 1-2 变形固体及其基本假设 1. 1. 关于关于材料材料性质的假定性质的假定 108 m考察的尺度量级 ： 106 m考察的尺度量级
11、 ： 104 m考察的尺度量级 ： 102 m考察的尺度量级 ： 连续性连续性 ( continuity )( continuity ) 均质性均质性 ( uniformity )( uniformity ) 各向同性各向同性 ( isotropy )( isotropy ) 1-2 变形固体及其基本假设 1. 1. 关于关于材料材料性质的假定性质的假定 微观或细观层次上的随机性构成了宏观层次微观或细观层次上的随机性构成了宏观层次 上的各向同性。上的各向同性。 微观或细观层次上的规律性构成了宏观层次微观或细观层次上的规律性构成了宏观层次 上的各向异性。上的各向异性。 2. 关于变形的假定 小变
12、形）小变形） 二阶微量可以忽略二阶微量可以忽略 可以在未变形的构形中进行计算可以在未变形的构形中进行计算 h h b b L L h h b b L L v v maxmax v v max max h h 1-3 杆件变形的基本形式 一. 杆件：一个方向的尺寸远大于其它两个方 向尺寸的构件 纵向（长的一个方向） 横向（短的两个方向） 横截面：垂直于长度方向的截面 轴 线：所有横截面形心的连线，横截面和轴线垂直 固定端固定端 ( fixed end )( fixed end ) 杆件的支承杆件的支承 ( support ) ( support ) 形式形式 移动铰移动铰 ( movable p
13、in )( movable pin )固定铰固定铰 ( fixed pin )( fixed pin ) 杆杆 ( bar )( bar ) 轴轴 ( shaft )( shaft ) 梁梁 ( beam )( beam ) 柱柱 ( ( column )column ) 杆件的不同用途和形式杆件的不同用途和形式 悬臂梁悬臂梁 ( cantilever )( cantilever ) 简支梁简支梁 ( simple beam )( simple beam ) 扭转扭转 ( torsion )( torsion ) 剪切剪切 ( ( shearing shearing ) )弯曲弯曲 ( ( b
14、ending bending ) ) 定位非常重要! 拉压拉压 ( ( tension & compression tension & compression ) ) 二. 杆件的基本变形 (1)拉伸或压缩（拉杆、柱） 受力：杆受一对大小相等，方向相反的纵向 力，力的作用线与杆轴线重合； 变形：杆件伸长或缩短。 (2)剪切 受力：受垂直于轴线的横向力作用； 变形：相邻截面友相对错动的趋势。 FF P P (3)扭转 (轴） 受力：杆受一对大小相等，方向相反的力矩作 用，力矩平面垂直于杆轴线； 变形：相邻截面有绕轴线相对转动的趋势 4)弯曲 （梁） 受力：（力垂直与轴向）杆受一对大小相等，方 向
15、相反的力矩，力矩作用面是 包含轴线的纵向 面； 变形：相邻截面有绕与力矩平面垂直的轴线相对 转动的趋势。 m m mm 组合变形组合变形 分析与讨论分析与讨论 下面的结构具有下面的结构具有 什么变形效应？什么变形效应？P 力系的简化 扭转扭转 弯曲弯曲 杆件杆件变形的平截面假设变形的平截面假设 ( plane assumption )( plane assumption ) 拉压拉压 杆件的横截面在拉压、扭转或杆件的横截面在拉压、扭转或 弯曲变形过程中始终保持是平面，并弯曲变形过程中始终保持是平面，并 始终保持与轴线垂直。始终保持与轴线垂直。 分析与讨论分析与讨论 与理论力学的联系与区别与理论力学的联系与区别 力系的等效力系的等效 力的平移定理力的平移定理 物理分析物理分析 材料的力学性能材料的力学性能 材料的力学性能影响构件的强度、刚度和稳定性材料的力学性能影响构件的强度、刚度和稳定性 几何分
