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1、材 料 力 学 Mechanics of Materials,赠同学们一句话：物格而后知至， 知至而后意诚，意诚而后心正，心正而后身修，身修而后家齐，家齐而后国治，国治而后天下平。 自天子以至于庶人， 壹是皆以修身为本。曾子大学格物至知 诚意 正心 修身 齐家 治国 平天下,目的 对学科有一个初步的概念上的了解 懂得重要性，引起学习它的兴趣 了解恰当的学习方法,内容 材料力学的任务、作用和地位 基本假设 基本概念 变形的基本形式,第一章 绪 论,本节站在力学史和力学方法论的发展观、自然科 学的价值观上，追根溯源 ，展望去向，力图使你对于 材料力学 有如下的宏观感觉和总体把握会当凌绝顶，一览众山
2、小 一.材料力学的由来 学科发展的必然性二.材料力学的任务 工程需要的迫切性三.材料力学的作用 承前启后的阶段性四.材料力学的学习 爱学会学的自觉性,参考资料,主要参考书： 材料力学刘鸿文主编，高等教育出版社，几种版本 材料力学(I)、材料力学(II)，单辉祖主编，高等教育出版社 材料力学(I)、材料力学(II)（第4版），孙训方主编，高等教育出版社，2002 材料力学，范钦珊主编，高等教育出版社，2000 材料力学，苏翼林主编，天津大学出版社，2001,材料力学学习指导书(配合刘鸿文材料力学（第4版）著译者: 陈乃立、陈倩 出版社: 高等教育出版社 出版时间: 2004年,2007年1月31
3、日星期三,材料力学简史,传统具有柱、梁、檩、椽的木制房屋结构,古代建筑结构,2007年1月31日星期三,建于唐末（857年）的山西五台山佛光寺东大殿,材料力学简史,古代建筑结构,2007年1月31日星期三,建于辽代（1056年）的山西应县佛宫寺释迦塔,塔高9层共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,材料力学简史,古代建筑结构,2007年1月31日星期三,2200年以前建造的都江堰安澜索桥,材料力学简史,古代建筑结构,2007年1月31日星期三,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,材料力学简史,古代建筑结构,2
4、007年1月31日星期三,河北赵州桥建于1400年前（隋朝）跨37.02米、宽9米、拱高7.23米， 钱令希 院士用弹塑性理论计算，结果 压力线完全通过拱轴。,2007年1月31日星期三,有学者用结构拓扑优化 ICM （ Independent Continuous Mapping ）方法计算的结果，完全类似赵州桥的构型。,2007年1月31日星期三,材料力学 独立出现可以指导工程设计，解决工程问题,1638年：关于两种新科学的叙述与证明,伽利略 Galilei1564-1642,悬臂梁应力分布,简支梁受集中载荷的最大弯矩,材料力学简史,等强度梁截面形状,空、实心圆柱抗弯强度比较,2007年1
5、月31日星期三,第一部材料力学出现17世纪以后，技术革命,法国科学家 纳维 1826年著材料力学,法国科学家 库仑 （17361806）,通过实验修正了伽利略的错误，提出了最大切应力强度理论,目录,材料力学简史,2007年1月31日星期三,世界重大工程事故,魁北克大桥崩塌,过程：500600 结果：19000顿钢材和86名工人掉水中，11人生还,时间：1907 地点：美国 人物：特奥多罗库帕,2007年1月31日星期三,泰坦尼克客轮沉没,世界重大工程事故,客轮：11层楼高，3个足球场 过程：船与46000吨重的巨大浮冰相撞 结果：共2224人，1513人丧生,时间：1912年4月14日午夜 地
6、点：英国纽芬兰大浅滩南150公里处,2007年1月31日星期三,“长尾鲨”号核潜艇失事沉没,世界重大工程事故,情况：长85米，排水量3750吨，载有萨布罗克反潜导弹，也是当时最大的核弹。 过程：作下潜300米的潜水试验时，神秘地沉入2300米深的海底 结果：129名船员的生命 （材料故障）,时间：1963年4月10日 地点：好望角408公里处,2007年1月31日星期三,维昂特坝崩塌,世界重大工程事故,过程：水流自维昂特大坝上100米高处直泻而下，在仅仅几秒钟内就淹没了山谷内的5个村庄 结果：4000人丧生,时间：1963年10月9日 地点：意大利维昂特河上的混凝土拱坝,原因：没有制订持续检查
7、山坡状况及其加固的措施。1.5亿吨的泥石,2007年1月31日星期三,DC10客机失事,世界重大工程事故,情况：土耳其航空公司的一架美制飞机从法国首都巴黎附近的奥利机场起飞，飞机载着335名旅客、11名机组人员和大量行李升入4000米高空，飞往英国的伦敦。 结果：8分后爆炸，全部牺牲（舱门设计有误，脱落）,时间：1974年3月3日 地点：巴黎,2007年1月31日星期三,堪萨斯城饭店倒塌,世界重大工程事故,情况：夜总会，1500人 结果：113人死亡，200人受重伤,时间：1981年7月17日 地点：美国堪萨斯城饭店,2007年1月31日星期三,“挑战者号”航天飞机失事,世界重大工程事故,时间
8、：1986年1月28日中午 情况：数百万美国人端坐在电视机前，观看“挑战者号”航天飞机的发射情景 飞机上：7人5男2女,过程：升空后只过了73秒钟，观看者就看到了爆炸 原因：助推火箭的密封装置出现故障，泄漏出的燃料便着了火，火焰很快就扩散到了主燃料舱,2007年1月31日星期三,国内事故,911的世贸大楼 失事的飞机 某地即将竣工的斜拉桥崩塌 某地压力容器爆破事故 某重大设备曲柄断裂 某机场弦梯在下客时根部断裂 某市某楼工地施工中屋板塌落,2007年1月31日星期三,第一章 绪论,1.1 材料力学的任务 桥梁结构,2007年1月31日星期三,1.1 材料力学的任务 航空航天,第一章 绪论,20
9、07年1月31日星期三,1.1 材料力学的任务,第一章 绪论,2007年1月31日星期三,1.1 材料力学的任务,第一章 绪论,2007年1月31日星期三,建筑工程,2007年1月31日星期三,2007年1月31日星期三,2007年1月31日星期三,2007年1月31日星期三,2007年1月31日星期三,2007年1月31日星期三,2007年1月31日星期三,2007年1月31日星期三,2007年1月31日星期三,上海莘庄大型立交工程 该工程由15条线路，6条主线、20个定向匝道构成；占地面积45公顷，整个立交桥梁结构长度11.1公里、面积8.4万m2。,2007年1月31日星期三,2007年
10、1月31日星期三,2007年1月31日星期三,2007年1月31日星期三,2007年1月31日星期三,2007年1月31日星期三,2007年1月31日星期三,2007年1月31日星期三,航空航天工程,2007年1月31日星期三,2007年1月31日星期三,船舶机械工程,2007年1月31日星期三,农业工程,2007年1月31日星期三,农业工程,2007年1月31日星期三,1.1 材料力学的任务 构件应满足的要求： 具有足够的强度 构件在外载作用下，抵抗破坏的能力。 例如储气罐不应爆破。 （破坏 断裂或变形过量不能恢复）,第一章 绪论,2007年1月31日星期三,断裂,第一章 绪论,2007年1
11、月31日星期三,第一章 绪论,明显的塑性变形,2007年1月31日星期三,第一章 绪论,2007年1月31日星期三,第一章 绪论,2007年1月31日星期三,第一章 绪论,2007年1月31日星期三,1.1 材料力学的任务 构件应满足的要求： 具有足够的刚度 构件在外载作用下，抵抗变形的能力。 例如机床主轴不应变形过大，否则影响加工精度。,第一章 绪论,2007年1月31日星期三,第一章 绪论,明显的弹性变形,2007年1月31日星期三,1.1 材料力学的任务 构件应满足的要求： 满足稳定性要求 构件在某种外载作用下，保持其原有平衡状态的能力。例如柱子不能弯等。,第一章 绪论,2007年1月3
12、1日星期三,第一章 绪论,2007年1月31日星期三,第一章 绪论,2007年1月31日星期三,第一章 绪论,2007年1月31日星期三,第一章 绪论,2007年1月31日星期三,第一章 绪论,2007年1月31日星期三,第一章 绪论,2007年1月31日星期三,1.1 材料力学的任务 研究材料的力学性能 研究构件的强度、刚度和稳定性等 合理解决安全与经济之间的矛盾 1.2 材料力学的研究对象变形固体中-细长杆件,第一章 绪论,2007年1月31日星期三,材料力学与理论力学的关系 理论力学研究刚体的外部效应（构件受到的外力）材料力学研究变形固体的内部效应（构件受到的内力）及变形。,第一章 绪论
13、,2007年1月31日星期三,材料力学的作用 承前启后的阶段性 后续的力学（其它的变形体力学） 结构力学，弹性力学，塑性力学，断裂力学, 纳米力学，流体力学 后续的专业课程 有助于学习其它工程：土木、机械、航空、航天、交通、运输、材料、生物、工程、仪表等 今后工程工作中直接受益,第一章 绪论,2007年1月31日星期三,1.3 变形固体的基本假定 材料力学的分析方法是在实验基础上，对于问题作一些科学的假定，将复杂的问题加以简化，从而得到便于工程应用的理论成果与数学公式。 变形固体：在外力作用下，一切固体都将发生变形，故称为变形固体。 构件一般均由固体材料制成，故构件一般都是变形固体。,第一章
14、绪论,2007年1月31日星期三,1.4 变形固体的基本假设 连续性假设： 认为整个物体体积内毫无空隙地充满物质 均匀性假设： 认为物体内的任何部分，其力学性能相同 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 小变形假设： 材料力学所研究的构件在载荷作用下的变形与原始尺寸相比甚小，故对构件进行受力分析时可忽略其变形。,第一章 绪论,2007年1月31日星期三,第一章 绪论,小变形假设,2007年1月31日星期三,第一章 绪论,材料力学中是把实际材料看作均匀、连续、各向同性的可变性体，且在大多数场合下局限于弹性变形范围内和小变形条件下进行研究。,2007年1月31日星期三,1.5 外
15、力及其分类,四,按外力作用的方式,体积力:是连续分布于物体内部各点的力,如物体的自重和惯性力,面积力,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,按时间,分布力：,集中力：,静载：,动载：,缓慢加载（a0）,快速加载（a0），或冲击加载,第一章 绪论,2007年1月31日星期三,1.6 内力、截面法和应力的概念 内力：外力作用引起构件内部的附加相互作用力。 求内力的方法截面法,第一章 绪论,1、切,2、留,3、代,4、平,2007年1月31日星期三,1.6 内力、截面法和应力的概念,第一章 绪论,截面法,
16、2007年1月31日星期三,1.6 内力、截面法和应力的概念,第一章 绪论,一点的应力：当面积趋于零时，平均应力的大小和方向都将趋于一定极限，得到,应力,目录,平均应力:某范围内单位面积上内力的平均集度,2007年1月31日星期三,应力的国际单位为Pa 1N/m2= 1Pa（帕斯卡） 1MPa = 106Pa 1GPa = 109Pa,应力总量P 可以分解成:垂直于截面的分量(sigma，西格马)正应力平行于截面的分量(tau,套)切应力,1.6 内力、截面法和应力的概念,第一章 绪论,2007年1月31日星期三,1.7 位移、变形及应变的概念,第一章 绪论,2007年1月31日星期三,线（正）应变(epsilon, 艾普西隆),
