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1、1,材料力学,第一章 绪 论,上海工程技术大学基础教学学院工程力学部,2,12 材料力学的基本假设,11 材料力学的任务与研究对象,13 外力与内力,14 材料力学研究的主要内容,小结,力学在各领域的应用、,第一章 绪 论,第一章 绪 论,3,11 材料力学的任务与研究对象,一、强度、刚度与稳定性,1.构件：组成机器或结构物的每一个元件,第一章 绪 论,AD：梁；BC：杆；,静力学：可求AD梁A、B、D处的约束反力。,即：）受力图,）列平衡方程,若：,解得:,4,第一章 绪 论,问题：,1、此结构能否正常的工作？,1)梁是否会断,2) 支撑杆受压缩变形过大，,2、要正常工作应有那几个指标来衡量
2、？,即：是否能负担起应当承受的载荷？,梁弯曲变形是否过大；,3) BC杆能否保持原平衡状态不变？,支撑杆能否被压坏;,5,（1）足够的强度；,第一章 绪 论,（2）足够的刚度；,（3）足够的稳定性。,2、要正常工作应有那几个指标来衡量？,强度：抵抗破坏的能力。,AD不折断，BC不被压坏。,刚度：构件抵抗变形的能力。,稳定性：构件保持原平衡状态的能力。,6,AD梁、BC杆的刚度问题,第一章 绪 论,7,（1）强度：,第一章 绪 论,（2）刚度：,（3）稳定性：,衡量构件安全工作的三个主指标：,构件在外力作用下抵抗破坏的能力。,构件在外力作用下抵抗变形的能力。,构件在外力作用下保持原有平衡状态的能
3、力。,构件的强度、刚度和稳定性是与构件 的材料、截面形状与尺寸、成本有关。,结论：材料力学是一门研究构件承载能力的科学。,材料力学的任务：,1）研究构件在外力作用下的内力、变形和破坏的有关规律；,2）为设计构件提供有关强度、刚度和稳定性计算的基本原理和方法。,8,第一章 绪 论,9,第一章 绪 论,10,材料力学就是通过对构件承载能力的研究，找到构件的截面尺寸、截面形状及所用材料的力学性质与所受荷载之间的内在关系，从而在既安全可靠又经济节省的前提下，为构件选择适当的材料和合理的截面尺寸、截面形状。,材料的力学性质：指材料在外力作用下表现的破坏和 变形的情况。可由实验测定。,第一章 绪 论,11
4、,第一章 绪 论,理论力学：研究对象是刚体，,二、材料力学的研究对象,材料力学：是研究构件的承载能力与变形的问题。,即物体的变形是可以忽略不计的。,材料力学：研究对象：杆件，,是要变形的固体。,横截面：,垂直长度方向的截面。,轴线：,各横截面形心的连线。,各横截面均相同的直杆。,等直杆：,杆,轴,梁,形心,12,第一章 绪 论,杆：空间一个方向的尺度远大于其它两个方向的尺度，这种弹性体称为杆（bar),板：空间一个方向的尺度远小于其它两个方向的尺度，且各处曲率均为零，这种弹性体称为板Plate,壳：空间一个方向的尺度远小于其它两个方向的尺度，且至少有一方向的曲率不为零，这种弹性体称为壳shel
5、l。,体：空间三个方向且有相同量级的尺度，这种弹性体称为体 body。,13,直杆：轴线为直线的杆。,曲杆：轴线为曲线的杆。,等直杆：各横截面的大 小相同的直杆。,变截面直杆：各横截面的大小不相同的直杆。,杆,杆的两个几何要素,轴线：各横截面中点的连线。,横截面：垂直于杆长度方向的截面。,第一章 绪 论,小结：,为研究方便对变形体作一些必要的基本假设。,14,一、变形固体：,二、变形固体的基本假设：,1、连续性假设：,2、均匀性假设：,3、各向同性假设：,12 变形固体及其基本假设,在外力作用下发生变形的固体。,认为变形固体整个体积内都被物质充满，没有空隙和裂缝。,认为变形固体整个体积内各点处
6、的力学性质相同。,认为变形固体沿各个方向的力学性质相同（不适合所有的材料）。,第一章 绪 论,为什么要提出这些假设？,15,而 不变。,AC杆水平，,小变形：,三、研究材料力学的前提条件小变形。,第一章 绪 论,构件在外力作用下发生的变形与原尺寸相比非常小。,在求构件在外力作用下各杆的内力时，变形忽略不计，按杆件原尺寸计算。,求N1、N2 时，,16,材料力学研究的对象是杆件。,就所研究的对象而言，其它构件和物体对其的作用力。,一、外力：,外力：,AD梁：,13 外力与内力,第一章 绪 论,BC杆：,外力：,17,外力的分类,集中力，,力偶。,静荷载，,体力：连续分布于物体内部各点上的力，,交
7、变载荷：随时间作周期性变化的载荷。,第一章 绪 论,分布力，,动荷载：,不随时间变化的荷载，,随时间变化的荷载。,或：随时间极缓慢变化的荷载。,表面力：,作用于构件表面的力。,按时间变化分为：,冲击载荷：在瞬时发生突然变化的载荷。,按作用方式分：,自重。,18,二、内力与截面法：,第一章 绪 论,1 、内力的定义：,在外力作用下，构件内部各部分之间因相,对位置改变而引起的相互作用力。,2 、内力的特点：,连续分布于截面上各处；,随外力的变化而变化。,3 、截面法：,用以显示和求解内力的方法，其步骤为：,截开：,代替：,平衡：,分为两部分，,在待求内力的截面处假想地将构件截,用内力代替弃去部分对
8、脱离体的作用；,对脱离体列出平衡方程。,脱离体；,取其中一部分为研究对象,19,三、应力,第一章 绪 论,比较a、b图杆所受力情况, 应力定义：一点处内力的集度，,两杆的材料、长度均相同。,两杆所受的内力相同， ；,N,显然粗杆更为安全。,构杆的强度是与内力在截面上的分面和在某点处的聚集程度有关。,或 一点处微小面积趋于零时单位面积上的内力。,1 4 应力,20,第一章 绪 论, 应力：一点处内力的集度，,或 一点处微小面积趋于零时单位面积上的内力。,全应力：,A面积上的内力 P,截面；,截面。,正应力：垂直于截面的应力分量。,剪应力：切于截面的应力分量。,三者之间的关系：,21,第一章 绪
9、论,应力的单位：,，或帕( Pa ) 。,1 Mpa (兆帕）= 106 Pa , 1 GPa （吉帕） = 109 Pa。,钢的弹性模量：,铜的弹性模量：,15 材料力学研究的主要内容,杆的四种基本变形,轴向拉压,剪切,扭转,弯曲,应力状态强度理论,基本概念基本假设,一、主要内容：,组合变形,斜弯曲,轴向拉压与弯曲,弯曲与扭转,实例,外力,内力,应力,强度,变形,刚度,截面的几何性质,二、分析方法：,压杆稳定,22,绪论小结,一、衡量构件的承载能力：,（1）强度：构件在外力作用下抵抗破坏的能力。 （2）刚度：构件在外力作用下抵抗变形的能力。 （3）稳定性：构件在外力作用下保持原有平衡状态的能
10、力。,二、材料力学的任务,材料力学就是通过对构件承载能力的研究，找到构件的截 面尺寸、截面形状及所用材料的力学性质与所受荷载之间的内 在关系，从而在既安全可靠又经济节省的前提下，为构件选择 适当的材料和合理的截面尺寸、截面形状。,第一章 绪 论,23,三、变形固体的基本假设：,1、连续性假设,2、均匀性假设,3、各向同性假设,四、研究材料力学的前提条件小变形,第一章 绪 论,五、求内力的方法截面法,六、应力的概念单位面积上内力的分布集度正应力，剪（切）应力,24,第一章结束,第一章 绪 论,25,第一章 绪 论,26,第一章 绪 论,27,第一章 绪 论,28,强度 和 刚度,第一章 绪 论,
11、29,大型结构静动态分析软件飞速发展SAP5;SUPER SAP;NFAP;ANSYS; ADINA/ADINAT;NASTRAN;ABAQUS 等,第一章 绪 论,30,大型结构静动态分析软件飞速发展SAP5;SUPER SAP;NFAP;ANSYS; ADINA/ADINAT;NASTRAN;ABAQUS 等,第一章 绪 论,31,第一章 绪 论,32,轮胎与轮毂的有限元分析,第一章 绪 论,33,第一章 绪 论,34,第一章 绪 论,35,上海南浦大桥,第一章 绪 论,36,海洋石油钻井平台,第一章 绪 论,37,飞机静载试验,第一章 绪 论,38,空 间 站 和 航 天 器,第一章 绪
12、 论,39,1-1图示圆截面杆,两端承受一对方向相反、力偶矩矢量沿轴线且大小均为M的力偶作用。试问在杆件的任一横截面 上存在何种内力分量，并确定其大小。,本次课作业,第一章 绪 论,1-2 如图所示，在杆件的斜截面 上,任一点 A 处的应力 ，其方位角 ，试求该点处的正应力与切应力的大小。,A,40,1.何谓构件？何谓变形？弹性变形与塑性变形有何区别？ 2.何谓构件的强度、刚度与稳定性？ 3.构件设计的基本要求是什么？存在哪些矛盾？ 4.材料力学的主要研究什么问题？ 5.杆件的轴线与横截面之间有何关系？ 6.材料力学的基本假设是什么？均匀性假设与各向同性假设有何区别？ 7.集中力与分布力有何区别？动载荷与静载荷有何区别?,复习题,第一章 绪 论,41,8.何谓内力？何谓截面法？一般情况下,杆件截面上的内力可 用几个分量表示？ 9.何谓应力?何谓正应力与切应力？应力的单位是什么?,复习题,第一章 绪 论,
