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1、材材 料料 力力 学学 主讲：刘江副教授联系方式： 电话：87583389（办）E-mail ：13006185229QQ：601891628 辅导答疑： 时间：每周一、二、三下午7-8节课 地点：城市建设工程学部教师办公室225室1. 1.材料力学材料力学绪论绪论1.1 材料力学的任务高等学校力学课程的设置： 理论力学，材料力学，工程力学，建筑力学，结构力学。材料力学的研究对象：材料（变形体）的力学行为材料的力学行为：即材料在荷载作用下，材料的变 形，内力的分布，破坏，以及稳定性问题。1几个术语 构件：工程结构中的组件统称为构件。 桥式起重机的主梁、吊钩、钢丝绳； 悬臂吊车架的横梁AB，斜杆
2、CD都是构件。 实际构件有各种不同的形状，所以根据形状的不同将构件 分为：杆件、板和壳、块体。 杆件：长度远大于横向 尺寸的构件，其几何要 素是横截面和轴线。按横截面和轴线两个因 素可将杆件分为：横截面：与轴线垂直的 截面； 轴线：横截面形心的连 线。等截面直杆；等截面曲杆杆； 变截面直杆；变截面曲杆杆。杆件横截面类型：圆形、矩形、工字形、槽形等板和壳：构件一个方向的尺寸（厚度）远小于其它两个方 向的尺寸。 块体：三个方向（长、宽、高）的尺寸相差不多的构件。在本教程中，如未作说明，构件即认为是指杆件。 强度：构件在外载作用下，具有足够的抵抗断裂破坏的能力。ABAB2几个基本概念2007年6月1
3、5日上午5时许，325国道广东九江大桥被一艘运输 船撞击桥墩，造成200多米桥面坍塌2007年8月13日16时45分许，湖 南省湘西自治州凤凰县沱江大 桥突然坍塌。沱江大桥长320 米，宽12米，原计划于今年8 月底竣工通车。刚度：构件在外载作用下，具有足够的抵抗变形的能力。如：汽车传动主轴不应变形 过大，否则影响驾驶性能。如：建筑物不应变形过大， 否则没有安全感。AB允许位移：外圈：6770mm 中圈：161178mm 内圈：208286mm稳定性：某些构件在特定外载 ，如压力作用下，具有足够的保 持其原有平衡状态的能力。例如：千斤顶的螺杆材料力学的任务：1）研究杆件的强度、刚度和稳定性；
4、2）研究材料的力学性能； 3）为合理解决工程构件设计中安全与经济之间的矛 盾提供力学方面的依据。杆件的强度、刚度和稳定性问题均与所用材料的力学 性能有关，因此实验研究和理论分析是完成材料力学任 务所必需的手段。1.2 变形固体极其基本假设变形固体：在外力作用下，一切固体都将发生变形。而构件一 般均由固体材料制成，所以构件一般都是变形固体。 基本假设：由于变形固体种类繁多，在材料力学中通常省略一 些次要因素，变形固体作下列假设： 1连续性假设：认为整个物体所占空间内毫无空隙地充满物质。 2均匀性假设：认为物体内的任何部分，其力学性能相同。 3各向同性假设：认为物体内在各个不同方向上的力学性能相同
5、。 变形固体及其基本假设刚体：在力的作用下，不变形的物体。变形固体：分为完全弹性体和部分弹性体。 1.3 变形和位移变形：由变形固体构成的物体， 在外力作用下会改变自己的 形状和尺寸， 称为变形。位移：物体发生变形后， 物体上的各个点、各条线和各个面都 可能发生空间 位置的改变， 称为 位移（或变位）。线位移：从物体的某一点的原位置到其新位置所连直线的距 离， 称为该点的线位移。角位移：物体上的某一直线段或某一平面在物体变形时所旋 转的角 度， 称为 该线或该面的角位移。改变量 称为 线段 的线变形；线段长度的改变量 与初始长度 的比值， 称为线段 的平均变形， 即若将线段 的长度 取得更短，
6、 使点 向 点 趋近， 取极限， 即得通常将称为在点 沿 方向的线应变。一般来说， 在变形物体上同一点的不同方向，其线应变也不 同。 例如，沿、 各轴方向的线应变可分别用、 和 表示。直角改变成 通常把 这种改变量称为角变形称为在 平面上点 的角 应变在坐标平面中 ， 角应变用、和表示小变形：绝大多数工程构件的变形都极其微小，比构 件本身尺寸要小得多，以至在分析构件所受外力（写 出静力平衡方程）时，通常不考虑变形的影响，而仍 可以用变形前的尺寸，此即所谓“原始尺寸原理”。桥式起重机主梁，截面最大垂直位移f一般仅为跨度l的 1/15001/700，B支撑的水平位移则更微小，在求解支承 反力RA、
7、RB时，不考虑这些微小变形的影响。 1.4 外力、内力、截面法 荷载：是外部物体对构件的作用力，包括外加荷载和约束反力。 1. 按荷载的作用方式分为：体积力和表面力。 体积力：连续分布于物体内部各点上的力，如物体的自重和惯 性力。 表面力：作用于物体表面上的力。分布力是连续作用于物体表面的力，如作用于 船体上的水压力等； 集中力是作用于一点的力，如火车轮对钢轨的 压力等。 FP=8kNq=4kN/m杭州湾跨海大桥2. 按荷载的性质分为：静荷载和动荷载。 静荷载：荷载缓慢地由零增加到某一定值后，不再随 时间变化，保持不变或变动很不显著，称为静荷载。动荷载：荷载随时间而变化。动荷载可分为构件具 有
8、较大加速度、受交变荷载和冲击荷载三种情况。交变荷载是随时间作周期性变化的荷载； 冲击荷载是物体的运动在瞬时内发生急剧变化 所引起的荷载。 3.内力: 由于构件变形，其内部各部分材料之间因 相对位置发生改变，从而引起相邻部分材料相互作 用力，称为内力。 为什么要研究内力?4.杆件的内力的计算截面法例：P1=10kNP2=5kN2m2mACB解：1)求支反力P1=10kNP2=5kNVAHAVBX=0 HA=-5kN （ ） MA=0 VB=5kN （ ） Y=0 VA=5kN （ ）C截面左边内力5kN5kNACM FNFSM:弯矩FN:轴力 FS:剪力计算内力的方法:截面法(截、取、代、平)F
9、N=5kNFS=5kN M=10kNm应力单位面积上的内力 ，表示横截面上某点的内力 分布集度。1.5 应力的概念全应力可以分解成正应力和剪应力: 应力的国际单位：N/m2 1N/m2 =1Pa（帕斯卡） 1GPa=109Pa，1MPa=106 N/m2=106Pa垂直于截面的分量称为正应力切于截面的分量称为剪应力1.6 杆件的基本变形形式 杆件的基本变形只有以下四种： 1拉伸和压缩：变形形式 是由大小相等、方向相反、 作用线与杆件轴线重合的一 对力引起的，表现为杆件长 度的伸长或缩短。 2剪切：变形形式是由大小相等 、方向相反、相互平行的一对力 引起的，表现为受剪杆件的两部 分沿外力作用方向发生相对错动 。如连接件中的螺栓和销钉受力 后的变形 。3扭转：变形形式是由大 小相等、转向相反、作用 面都垂直于杆轴的一对力 偶引起的，表现为杆件的 任意两个横截面发生绕轴 线的相对转动。如机器中 的传动轴受力后的变形。 4弯曲：变形形式是由垂直于杆件轴线的横向力 ，或由作用于包含杆轴的纵向平面内的一对大小 相等、方向相反的力偶引起的，表现为杆件轴线 由直线变为受力平面内的曲线。5.组合变形： 杆件同时发生几种基本变形，称为组合变形。 FPla
