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1、2020/6/29,郑州大学工程力学系编制,材 料 力 学,Mechanics of Materials,2020/6/29,欢迎各位同学！,希望合作愉快！,2020/6/29,材料力学,绪 论,Introdution,2020/6/29,1. 材料力学的分析任务,2. 材料力学与工程,绪 论,2020/6/29,材料力学分析构件的力学表现，研究构件承载力与受力、 材料、截面之关系,结构承受荷载、机械传递运动时，必须保证各构件、零件正常工作而不失效须有足够的承载力,滑道（导轨）,滑块,曲柄,连杆,（机构）,零件,（结构）,构件,1 分析对象与任务,工程构筑物中, 起主要受力传力及支承作用的骨架
2、,（ Objectives and Task of Mechanics of Materials ）,专业基础学科,2020/6/29,绪 论,承载力三方面衡量,不发生断裂具有足够的强度,1. 强度 ,抵抗断裂或过量塑性变形的能力.,（冲床冲杆、机床丝杠、传动轴，不弯折或扭断）,2020/6/29,绪 论,变形不超出允许的范围具有足够的刚度,2. 刚度 ,抵抗弹性变形的能力.,纽约地标 帝国大厦,2020/6/29,绪 论,稳定性试验,加魁北克桁式桥,原有形状下的平衡应是稳定的.,3. 稳定性 ,保持其原有直线平衡状态的能力.,2020/6/29,绪 论,安全性多用材料、优质,经济性节省材料、
3、廉价,除确保构件安全，还应符合经济性原则,通过构件的内力、变形分析，提出满足强度、刚度和稳定性的计算准则以合理选用截面形状尺寸、材料，达到安全适用与经济的工程承载要求.,( 降低成本造价、材料消耗，减轻自重 ),2020/6/29,2. 材料力学与工程发展,绪 论,都江堰(安澜)索桥,赵州桥,都江堰(安澜)索桥,（ Mechanics of Materials and Engineering Developing ）,2020/6/29,2020/6/29,桥梁工程,澳 门 桥,2020/6/29,荷兰风车,能源电力,海洋石油钻井平台,2020/6/29,美国纽约 马尔克大桥坍塌,大型桥梁强度
4、 刚度 稳定问题,绪 论,2020/6/29,斜拉桥,2020/6/29,绪 论,2020/6/29,空间站和航天器,2020/6/29,2020/6/29,中国093型核攻击潜艇战斗想像图,导弹,兵器工业,绪 论,2020/6/29,(航母),2020/6/29,(歼10),绪 论,T-50、J-20、F-22同角度对比图,2020/6/29,绪 论,达芬奇,在斜塔上落下铁球，也分析过弯曲受力； 研究了加速度，也提出了合力定律,“力学是数学的乐园，因为我们在这里获得了数学的果实.” 达.芬奇,2020/6/29,人类是多么矛盾的主体! 既是真理的贮藏所, 又是不确定与错误的渊源; 帕斯卡,站
5、在巨人的肩头，想和宇宙对话. 除了其它众所周知的领域，在力学园 地同样有 不朽的建树.,绪 论,2020/6/29,用几何绘图的方法在 应力分析和强度理论方面 打开过一个新的空间.,光弹实测的先行者，也是电气火车头的设计者. 还是力学教育的实践者 所编写的力学教科书影响了几代人,绪 论,2020/6/29,材料力学,第一章 基本概念,Basic Concepts,2020/6/29,1. 变形固体及基本假设,2. 内力与应力,3. 位移与变形,4. 杆件基本变形形式,第一章 基 本 概 念,2020/6/29,1 变形固体及其基本假设,1. 连续性假设：,2. 均匀性假设：,3. 各向同性假设
6、：,（力学量可用点坐标的连续函数表示和分析, 可用数学方法：微积分， 代数、微分方程 ）,物质密实地充满物体所在空间，毫无空隙,物体材料的力学性质沿各方向完全相同,（此类材料称为各向同性材料； 力学 性质沿各方向的不同的材料称为各向异性材料.）,物体材料的力学性质各处完全相同,一.几个基本假设,( Basic Assumptions of Deformable Solid ),固体材料,可变形,2020/6/29,小变形 ：在载荷作用下的 变形与原始尺寸相比甚小，,外力去除后可完全恢复的变形弹性,外力去除后不可恢复的变形塑性,二. 弹、塑性 小变形,故对构件进行平衡分析时可忽略微小变形的影响,
7、( 如：移动式吊车大梁 ),原始尺寸原理,2020/6/29,移动式起重机,吊车梁,立 柱,行车（吊车大梁),（变形）最大垂度1/500跨度, 精密机械要求更严,2020/6/29,2 内力和应力,一.内力 截面法,由变形引起的物体内部各截面各点之间的抗力内力,构件受外力作用而变形物体内部各截面各点之间的相对位置发生变化,1. 材料的固态结合力（分子结合力、化学粘合力）,不同于：,2. 刚体系统中的内力研究对象内部各刚体(物体)之间的相互作用力（机械力）,内部各截面各点之间产生抵抗变形的相互作用力“内力”,( Internal Forces and Stress ),2020/6/29,内力在
8、截面内连续分布分布力系,（因材料的连续性假设变形、内力系连续）,分布内力系的合力、合力偶（主矢、主矩）内力,显示并确定内力的一般方法截面法,(普遍：六个分量),2020/6/29,（此时截开面上内力 对分析体而言是外力）,(在所求内力截面处) 假想截面将构件一分为二, 受力：,截面法基本步骤：,例,（弃去部分的作用由 相应截开面的内力（偶）代替）,建立平衡方程， 根据已知外力 求出未内力,画出 该部分作用的所有外-内力,任隔离一部分分析, 截开：, 平衡：,2020/6/29,200,求m , n 截面内力, 1kNm, 2kNm,例,2020/6/29,二.应力,(内力集度密集程度）,内力大
9、小不能衡量构件的强度大小,内力随外力而变, 仅据内力还无法判断构件是否安全,(平均应力),（如：两个材料相同但截面积不同的构件，强度不同；,大多数工程构件，内力并非均匀分布， 而“破坏” 或“失效” 往往从内力集度最大处发生.,（总应力）,受弯构件，凸出一侧先裂缝而另一侧完好无损）,2020/6/29,“切应力”( Shearing Stress ),（国际单位制） 基本单位,N/mm2 (MPa),“正应力”( Normal Stress )；,垂直于截面的应力分量,平行于截面的应力分量,1MPa =106 Pa,N/ m2,( 国际代号: Pa , Pascal ),常用单位,2020/6
10、/29,3 位移和应变,点沿直线方向移动的距离线位移,截面所旋转的角度 角位移,变形固体受力后，整体和局部 都将发生几何尺寸和形状的改变,由于变形，构件各点各截面 都可能发生空间位置的 改变 统称位移,统称变形,(位移),(应变),角位移,线位移,( Displacement and Strain),2020/6/29,构件任一点（微小局部）发生形状、尺寸的改变,（平均应变),（线应变),（切应变),（长度改变）,（角度改变）,(微小单元体）,例,应变,2020/6/29,例,B,O,A,B1,三角形薄板受外力作用变形，,求沿OB的平均应变 和 B点切应变,解：,（ ）,2,= 210-4 r
11、ad,2020/6/29,4 杆件变形基本形式,轴线,(1）杆件,变截面杆,( ),折杆,(轴线),一. 构件分类,两几何要素,符合实际 简便易行,（材料力学主要分析对象）,横截面,等截面杆,( Basic form of Deformation of Prismatic Bar ),(Geometric Character),2020/6/29,工程中的梁杆系结构,2020/6/29,工程中的梁杆系 结构,（青藏铁路）,2020/6/29,工程中的梁杆系 结构,塔吊,2020/6/29,（2）板壳,（3）块体,壳,滑块,块体,（l, b, h近似）,2020/6/29,板壳结构,（板）,（壳
12、）,国家大剧院（壳体结构）,2020/6/29,世博会建筑,2020/6/29,二滩水电站,葛洲坝水电站,2020/6/29,组合变形（Combined Loading）,二. (四种)基本变形,( 受力变形特点 ),扭转 Torsion,弯曲,Bending,外力合力沿轴线,外力合力垂直于轴线,外力偶转动面垂直于轴线,外力垂直于轴线 / 外力偶转动面平行于轴线,两截面距离伸长/缩短,交界两截面相对错动,相邻两截面转动,轴线弯成曲线,（Basic Form of Deformation ）,2020/6/29,本章结束,Thanks!,2020/6/29,L,Py,y,z,P,x,y,z,Py,Pz,P,L,m,m,Fy,F,P,P,P,q,B,A,x2,x1,C,绪 论,2020/6/29,强度,绪 论,构件抵抗破坏的能力,刚度构件抵抗变形的能力,2020/6/29,2020/6/29,北盘江悬索桥,
