[工学]材料力学 课件1

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1、 材料力学 Mechanic of materials授课情况星期一星期二星期三星期四星期五 1-2机械09 0304 3328机械09 0304 单周 多媒体33-4机械09 0102 D311机械09 0102 D2075-6机械09 0102 双周 D309 7-8机械09 0304 D311 主要参考书 1 孙训方等主编，材料力学. 高 等教育出版社 2刘鸿文主编，材料力学. 高等 教育出版社 3天津大学材力教研室等主编材料力学 .天津大学出版社 4材料力学解题指导及习题集 清 华大学出版社究竟是什么原因造成了这样大的究竟是什么原因造成了这样大的 裂缝？裂缝？ 为什么裂缝的角度是为什么

2、裂缝的角度是4545度？度？以上的这些问题，可能现在的大家还无法做以上的这些问题，可能现在的大家还无法做 出正确的解释和回答，通过本门课程的学出正确的解释和回答，通过本门课程的学 习，相信大家能在今后面对这些问题能顺习，相信大家能在今后面对这些问题能顺 利的解决。利的解决。材料力学主要研究杆件的强度、刚度和材料力学主要研究杆件的强度、刚度和 稳定性等问题，以理论分析为基础，培养学稳定性等问题，以理论分析为基础，培养学 生将工程实际问题提炼成力学问题（即力学生将工程实际问题提炼成力学问题（即力学 建模），从而进行求解的能力以及实验技能建模），从而进行求解的能力以及实验技能 ，发挥其他课程不可替代

3、的综合素质教育作，发挥其他课程不可替代的综合素质教育作 用，为后续课程的学习打下坚实的基础。用，为后续课程的学习打下坚实的基础。 材料力学研究什么？材料力学研究什么？理论力学材料力学研究物体机械运动一般规律的科学刚体研究构件承载能力的一门科学变形固体 材料的力学性质(材料在外力作用下的变形规律)需要 通过试验获得 一些理论以实验结果得出的某些假设为前提理论分析和实验手段相结合课程的研究方法1-1变形固体及其理想化 变形固体（deformable body）：在外力作 用下发生变形的物体。变形变形 Deformation Deformation 构件尺寸和形状的变化构件尺寸和形状的变化弹性变形弹

4、性变形 Elastic Deformation Elastic Deformation 外力解外力解 除后可以消失的变形除后可以消失的变形塑性变形塑性变形 Plastic Deformation Plastic Deformation 外力解外力解 除后不能消失的变形除后不能消失的变形 1 1、连续性假设、连续性假设（continuity assumptioncontinuity assumption ） 微观不连续，宏观连续。认为固体在其整个体微观不连续，宏观连续。认为固体在其整个体 积内是连续的，由此可以引入无限小的概念，积内是连续的，由此可以引入无限小的概念， 可以进行极限、积分、微分等

5、高等数学运算。可以进行极限、积分、微分等高等数学运算。 2 2、均匀性假设、均匀性假设 （assumption of homogeneityassumption of homogeneity） 物体内各处的力学性能完全相同物体内各处的力学性能完全相同 物体的任一部份的力学性能就可以代表整体的物体的任一部份的力学性能就可以代表整体的 力学性能。力学性能。3 3、各向同性假设、各向同性假设 （isotropy assumptionisotropy assumption） 固体在各个方向上的力学性能完全相同。有些材料并非固体在各个方向上的力学性能完全相同。有些材料并非 如此，比如复合材料玻璃钢等，其

6、抗拉性能和抗剪性能如此，比如复合材料玻璃钢等，其抗拉性能和抗剪性能 相差很大。相差很大。铝板沿不同方向的拉伸断口 复合材料沿0和45方向的 拉伸断口小变形： 指构件在外力作用下发生的变形量远小于构件的尺寸材料力学研究的变形通常局限于小变形范围小变形前提小变形前提条件的作用1、小变形前提保证构件处于纯弹性变形范围弹性变形卸载后能自动恢复的变形塑性变形卸载后不能恢复的变形绝大多数工程材料的弹性变形都是小变形。小变形假设研究材料力学的前提条件12AA1 FFBC求FN1、 FN1 时，仍可按构件原始尺寸计算。2、小变形前提允许以变形前的受力分析代替变形后的受力分析因构件在外力作用下发生的变形与原尺寸

7、相比非常小， 在计算构件所受的力时，可按构件原始尺寸计算。l3、小变形前提保证叠加法成立叠加法指构件在多个载荷作用下产生的变形可以看作为各个载荷单独作用产生的变形之代数和叠加法是材料力学中常用的方法。1-2 构件的基本问题我们在日常生活中，经常见到建筑物，交通车辆 、机械设备，这些在力学课程中统称为结构， 结构由部件和零件组成，而这些部件和零件便 是构件（element）。通常情况下，构件根据其几何形状的不同分为 四类：杆、板、壳、块，其中杆是工程中最常杆、板、壳、块，其中杆是工程中最常 见、最基本的构件。见、最基本的构件。 杆（bar）：空间上一个方向的尺寸远大于其它 两个方向的尺寸。 杆的

8、横截面：垂直于杆 长方向的截面。 轴线：横截面形心的连线。 曲杆：轴线为曲线的 杆。 等截面杆：各个横截面相同的杆。 变截面杆：非等截面杆。 等直杆：横截面大小和 形状不变的直 杆。杆件 板（plate）：空间上一个方向的尺寸远小于其 它两个方向的尺寸，且各处曲率为零。 壳（shell）：空间上一个方向的尺寸远小于其 它两个方向的尺寸，且至少有一个方向的曲率 不为零。 块（body）：空间三个方向的尺寸相差不大。1-3杆件变形的基本形式内力：受外力作用引起的相互作用； 材料力学中的内力：物体内部各部分之间因 外力而引起的附加相互作用力，即“附加内 力”； 内力随外力的增加而加大，随外力的 撤除

9、而消失。1 1、轴向拉伸（压缩）、轴向拉伸（压缩）Tension (Compression)Tension (Compression) 2 2、剪切、剪切 （ShearingShearing） 3 3、扭转、扭转 （TorsionTorsion） 4 4、弯曲、弯曲 （BendingBending） 构件的变形-某一种基本变形或者是几种基本变形 的组合。 拉伸或压缩（拉伸或压缩（tension or compressiontension or compression）当杆件两端承受轴线方向上的拉力或压力载荷时， 杆件将产生轴向伸长或压缩变形剪切剪切(shearing)(shearing) 在平

10、行于杆横截面的两个 相距很近的平面内，方向 相对地作用着两个横向力 ，当这两个力相互错动并 保持二者之间的距离不变 时，杆件将产生剪切变形大自然的剪切效应大峡谷 扭转扭转(torsion)(torsion)当作用在杆件上的力组成作用在垂直于杆轴平 面内的力偶Me时，杆件将产生扭转变形，即杆 件的横截面绕其轴相互转动 。弯曲弯曲(bending)(bending) 当外加力偶M或外力作用在与杆件垂直的纵 向平面内时，杆件将发生弯曲变形，其轴线 将变成曲线。 第一款可以弯曲的计算 机微处理器1-4材料力学的研究对象和任务 为了建筑物、交通车辆以及机器能够正常工作 ，必须对构件提出一定的要求。 A：

11、具有必要的强度（StrengthStrength） （抵抗破坏 的能力） 破坏-断裂、破裂；过大的永久变形 失效 B：具有必要的刚度（StiffnessStiffness） （抵抗弹性 变形的能力） 弹性变形-可恢复的变形 C：具有必要的稳定性（StabilityStability） 保持原有的平衡构形的能力强度强度 StrengthStrength 构件或零部件具有的一种构件或零部件具有的一种 能力：在确定的外力作用下，不发生破裂能力：在确定的外力作用下，不发生破裂 或过量塑性变形的能力。或过量塑性变形的能力。刚度刚度 StiffnessStiffness是指构件受力后不能发生是指构件受力后

12、不能发生 超过工程允许的弹性变形的能力。超过工程允许的弹性变形的能力。机械加工用的钻床的立柱，如 果强度不够，就会折断(断裂)或 折弯(塑性变形)；如果刚度不够 ，钻床立柱即使不发生断裂或 者折弯，也会产生过大弹性变 形（图中虚线所示为夸大的弹 性变形），从而影响钻孔的精 度，甚至产生振动，影响钻床 的在役寿命。 稳定性稳定性 StabilityStability 是指构件在压缩载荷是指构件在压缩载荷 的作用下，保持平衡形式不发生突然转变的作用下，保持平衡形式不发生突然转变 的能力。的能力。稳定失效的例子多见于承受轴向 压力的工程构件。翻斗货车的液压机构中的顶杆 ，如果承受的压力过大，或者 过

13、于细长，就有可能突然由直 变弯，发生稳定失效。压杆19401940年年1111月月7 7日，美国华盛顿州塔科马桥因风振致毁日，美国华盛顿州塔科马桥因风振致毁 。这一严重的桥梁事故，开始促使人们对悬索桥结构的空。这一严重的桥梁事故，开始促使人们对悬索桥结构的空 气动力稳定问题进行研究。该桥主跨长气动力稳定问题进行研究。该桥主跨长853.4m853.4m，全长，全长 1810.56m1810.56m，桥宽，桥宽11.9m11.9m，而梁高仅，而梁高仅1.3m1.3m。通过两年。通过两年 时间的施工，于时间的施工，于19401940年年7 7月月1 1日建成通车。但由于当时人日建成通车。但由于当时人

14、 们对柔性结构在风作用下的动力响应的认识还不深入，该们对柔性结构在风作用下的动力响应的认识还不深入，该 桥的加劲梁型式极不合理（板式钢梁），导致在中等风速桥的加劲梁型式极不合理（板式钢梁），导致在中等风速 (19m/s)(19m/s)下结构就发生破坏。幸好在桥梁破坏之前封闭下结构就发生破坏。幸好在桥梁破坏之前封闭 了交通。据说，在出事当天，一位记者把车停在桥上，并了交通。据说，在出事当天，一位记者把车停在桥上，并 把一条狗留在车内。桥倒塌时，只有他本人跑到了桥台处把一条狗留在车内。桥倒塌时，只有他本人跑到了桥台处 。当地的报纸以简洁的标题对这场事故作了报道，。当地的报纸以简洁的标题对这场事故作

15、了报道，“ “损失：损失： 一座桥、一辆汽车、一条狗一座桥、一辆汽车、一条狗” ”。案例案例1 1 美国美国tacomatacoma 大桥风毁大桥风毁19401940年年1111月月7 7日，美国华盛顿州塔科马桥因风振致毁日，美国华盛顿州塔科马桥因风振致毁 。这一严重的桥梁事故，开始促使人们对悬索桥结构的空。这一严重的桥梁事故，开始促使人们对悬索桥结构的空 气动力稳定问题进行研究。该桥主跨长气动力稳定问题进行研究。该桥主跨长853.4m853.4m，全长，全长 1810.56m1810.56m，桥宽，桥宽11.9m11.9m，而梁高仅，而梁高仅1.3m1.3m。通过两年。通过两年 时间的施工，

16、于时间的施工，于19401940年年7 7月月1 1日建成通车。但由于当时人日建成通车。但由于当时人 们对柔性结构在风作用下的动力响应的认识还不深入，该们对柔性结构在风作用下的动力响应的认识还不深入，该 桥的加劲梁型式极不合理（板式钢梁），导致在中等风速桥的加劲梁型式极不合理（板式钢梁），导致在中等风速 (19m/s)(19m/s)下结构就发生破坏。幸好在桥梁破坏之前封闭下结构就发生破坏。幸好在桥梁破坏之前封闭 了交通。据说，在出事当天，一位记者把车停在桥上，并了交通。据说，在出事当天，一位记者把车停在桥上，并 把一条狗留在车内。桥倒塌时，只有他本人跑到了桥台处把一条狗留在车内。桥倒塌时，只有他本人跑到了桥台处 。当地的报纸以简