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1、Mechanics of Mechanics of MaterialsMaterials材材 料料 力力 学学第第 一一 章章 绪绪 论论Chapter OneChapter One IntroductionIntroduction材料力学是工程力学的一门分支学科工程力学固体力学流体力学基础力学理论力学材料力学弹性力学实验力学弹塑性力学复合材料力学断裂力学1.1 材料力学的任务传统具有柱、梁、檩、椽的木 制房屋结构古代建筑结构建于隋代（605年）的河北赵州桥桥 长64.4米，跨径37.02米，用石2800 吨一、材料力学与工程应用古代建筑结构建于辽代（1056年）的山西应县佛宫寺释迦塔塔高9层
2、共67.31米，用木材7400吨900多年来历经数次地震不倒，现存唯一木塔1.1 材料力学的任务四川彩虹桥坍塌1.1 材料力学的任务美国纽约马尔克大桥坍塌比萨斜塔1.1 材料力学的任务天下黄河第一桥中山桥1.1 材料力学的任务二、 工程构 件的基本类 型Basic forms of structures instructures in engineering ngineering 杆 ( bar )板( plate )体 ( body )壳 ( shell )研究杆件或杆件结构系统在外力作用下的安全性问题 三、三、材料力学的任务(1) 强度 ( strength )材料抵抗外力破坏的能力称为材
3、料的强度 Ability of materials aginst broken caused by the external forces is called strength of materials.破坏时需要的外力越大则材料的 强度越好或越高安全性包括三个方面的要求:F F F FF F F FAbility of materials aginst deformations caused by external forces is called stiffness of materials.材料抵抗外力变形的能力称为材料的刚度(2) 刚度 ( stiffness )变形小刚度好F F材料
4、材料1 1F F变形大刚度差F FF F材料材料2 2(3) 稳定性 ( stability )构件在外力作用下保持原有平衡形态的 能力称为构件的稳定性Ability of a structure to keep its first equilibrium form during acted by external forces is called stability of the structure.失稳F FF F扰动研究构件的强度、刚度和稳定性,还需要了解材料的力学性能。因此在进行理论分析的基础上，实验研究是 完成材料力学的任务所必需的途径和手段。材料力学的任务就是在满足强度、刚度 和稳
5、定性的要求下，为设计既经济又安全的构 件，提供必要的理论基础和计算方法。材料力学的任务若：构件横截面尺寸不足或形状 不合理,或材料选用不当 _ 不满足上述要求,不能保证安全工作. 若：不恰当地加大横截面尺寸或 选用优质材料 _ 增加成本,造成浪费均不可取构件的分类：杆件、板壳*、块体*1.1 材料力学的任务材料力学主要研究杆件等截面直杆等直杆材料力学的研究对象直杆 轴线为直线的杆曲杆 轴线为曲线的杆等截面杆横截面的大小形状不变的杆 变截面杆横截面的大小或形状变化的杆1.2 变形固体的基本假设1、连续性假设： 认为整个物体体积内毫无空隙地充满物质在外力作用下，一切固体都将发生变形， 故称为变形固
6、体。在材料力学中，对变形固体 作如下假设：灰口铸铁的显微组织球墨铸铁的显微组织2、均匀性假设： 认为物体内的任何部分，其力学性能相同1.2 变形固体的基本假设普通钢材的显微组织优质钢材的显微组织1.2 变形固体的基本假设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（沿不同方向力学性能不同的材料称为各向异性 材料。如木材、胶合板、纤维增强材料等）各向异性 (an- isotropy )在各个方向力学性能不一样的材料称为各向在各个方向力学性能不一样的材料称为各向异性材料异性材料. .成语:势如破竹问题: 竹子竖向的强度 好还是横向的强度好? 结论: 竹子竖向(沿 纤维方向)的强度好!
7、 或: 竹子竖向的力学 性能好还是横向的力学 性能好? 1.2 变形固体的基本假设ABCF12如右图，远小于构 件的最小尺寸，所以通过 节点平衡求各杆内力时， 把支架的变形略去不计。 计算得到很大的简化。4、小变形与线弹性范围认为构件的变形极其微， 比构件本身尺寸要小得多 。 二阶微量可以忽略 可以在未变形的构形中进行计算h hb bL Lh hb bL Lv vmaxmax关于变形的假定：小变形1.3 杆件变形的基本形式 ( Basic deformations of a bar )剪切 ( shearing )弯曲 ( bending )拉压 ( tension & compression
8、 )扭转 ( torsion )组合变形 (combined deformations) P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悬臂梁悬臂梁 ( cantilever beam)( cantilever beam)简支梁简支梁 ( simple ( simple suportedsuported beam ) beam )外伸梁外伸梁(overhanging beam)(overhanging beam)（beam having middle pin)
9、beam having middle pin)中间铰梁中间铰梁1.4 外力及其分类外力：来自构件外部的力（载荷、约束 反力）按外力作用的方式分类体积力：连续分布于物体内部各点的力。如重力和惯性力表面力：连续分布于物体表面上的力。如 油缸内壁的压力，水坝受到的水 压力等均为分布力若外力作用面积远小于物体表面 的尺寸，可作为作用于一点的集 中力。如火车轮对钢轨的压力等分布力：集中力：按外力与时间的关系分类载荷缓慢地由零增加到某一定值后，就保持不变 或变动很不显著，称为静载。静载：动载： 载荷随时间而变化。 如交变载荷和冲击载荷1.4 外力及其分类冲击载荷目录内力：外力作用引起构件内部的附加相互作用
10、力。求内力的方法 截面法1.5 内力、截面法和应力的概念(1)假想沿m-m横截面将杆切开 (2)留下左半段或右半段(3)将弃去部分对留下部分的作用用内力代替(4)对留下部分写平衡方程，求出内力的值。FSMFFaa1.5 内力、截面法和应力的概念例如例 1.1 钻床 求：截面m-m上的内力。用截面m-m将钻床截为两部分 ，取上半部分为研究对象，解：受力如图：1.5 内力、截面法和应力的概念列平衡方程:FNM1.5 内力、截面法和应力的概念为了表示内力在一点处的强度，引入内力集度,即 应力的概念。 平均应力 C点的应力应力是矢量，通常分解为 正应力 切应力应力的国际单位为 Pa（帕斯卡） 1Pa=
11、 1N/m21kPa=103N/m21MPa=106N/m21GPa=109N/m21.6 变形与应变1.位移刚性位移；MMMM变形位移。2.变形物体内任意两点的相对位置发生变化。取一微正六面体两种基本变形：线变形 线段长度的变化 DxDx+DsxyoMMLNLN角变形 线段间夹角的变化3.应变x方向的平均应变：正应变（线应变）1.6 变形与应变DxDx+DsxyoMMLNLNM点处沿x方向的应变：切应变（角应变）类似地，可以定义M点在xy平面内的切应变为：均为无量纲的量。1.6 变形与应变例 1.2已知：薄板的两条边 固定，变形后ab, ad 仍为直线。解：250200a dcba0.025ab, ad 两边夹角的变化：即为切应变 。求：ab 边的m 和 ab、ad 两边夹 角的变化。本章本章内容结束内容结束
