材料力学 第一章 绪论

《材料力学 第一章 绪论》由会员分享，可在线阅读，更多相关《材料力学 第一章 绪论（25页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、材 料 力 学,教师：余茜 (Yu Qian),教学要求,课堂讲解 课后答疑 课程考试 成绩：,材 料 力 学,教学内容,第一章 绪论 第二章 轴向拉伸和压缩 第三章 扭转 第四章 梁的内力 第五章 平面图形的几何性质 第六章 梁的应力 第七章 梁的变形 第八章 应力状态与应变状态分析 第九章 强度理论 第十章 组合变形 第十一章 压杆稳定 第十二章 能量法,材 料 力 学,第一章,绪 论,材 料 力 学,1 1 材料力学的任务 1 2 变形固体的假设 1 3 外力、内力及截面法 1 4 构件的分类 杆件变形的基本形式,内 容 提 要,第一章 绪论,一、构件：组成结构物或机械的单个部分,二、失

2、效（破坏）：构件在外力作用下丧失正常功能的现象,强度：构件抵抗破坏的能力,刚度：构件抵抗变形的能力,稳定性：构件维持其原有平衡形式的能力,1- 1材料力学的任务,强度有高有低，任何构件都不允许在正常使用情况下破坏，必须具有一定的强度。,刚度有大有小，构件的变形不能超过一定的范围，必须具有一定的刚度。,构件应具有足够的稳定性，以保证在正常使用条件下不发生失稳现象。,第一章 绪论,三、失效形式：强度失效、刚度失效和稳定失效,以单一构件为研究对象，在保证满足强度、刚度、稳定性这三大要求的前提下，还必须尽可能合理选用材料和降低材料的消耗量，以节约资金或减轻构件的自重。,1 1 材料力学的任务,四、材料

3、力学的任务,1 2 变形固体的假设,静力学中把物体视为刚体，即不考虑固体形状和大小的改变，实际上，任何固体在外力作用下都会或大或小的产生变形。,一、变形固体：在荷载作用下发生变形（尺寸的改变和形状的改变）的固体。,二、弹性变形和塑性变形,弹性变形：变形固体在荷载卸除后能完全消失的那一部分变形。,塑性变形：变形固体在荷载卸除后不能完全消失而残留下来的那部分变形，也称为残余变形。,弹性：变形固体在荷载卸除后能恢复原有形状和尺寸的性质。,理想弹性体：去掉外力后能完全恢复原状的物体。,变形的分类：弹性变形、塑性变形,1 2 变形固体的假设,l+a+b : 加载后的杆长,l+a : 卸载后的杆长,b ：

4、弹性变形,a ： 塑性变形,1 2 变形固体的假设,注意：理想弹性体只是一种理想的模型，自然界中并不存在，一些材料（如金属）当外力没有超过某一限度时（称为弹性阶段），可视为理想弹性体；当超过这一限度就会产生明显的塑性变形（称为弹塑性阶段）。,为了研究的方便，常把对所研究的问题影响不大的一些次要因素加以忽略，根据其主要性质作出假设，抽象为一种理想模型。材料力学对变形固体作了三个基本假设：,二、均匀性假设,认为组成物体的物质不留空隙地充满了固体的体积。,认为变形固体在其整个体积内充满着同种材料，即认为各点处的力学性能完全相同。,三、各向同性假设,认为变形固体材料在各个方向上的力学性能完全相同。,1

5、 2 变形固体的假设,一、连续性假设,四、构件材料的研究模型连续、均匀、各向同性 的变形固体,小变形假设：在实际工程中大多数构件在荷载作用下产生的变形与杆件的原始尺寸相比是极其微小的。,1 2 变形固体的假设,材料力学对变形固体的工作假设：,工程上所用的材料，当荷载不超过一定的范围时，材料在卸去荷载后可以恢复原状。 线弹性：指作用于物体上的外力与弹性变形始终成正比。,1 2 变形固体的假设,材料力学对变形固体的工作假设：线弹性假设,材料力学的研究模型：把材料看成连续、均匀、各向同性的可变形固体，且在多数情况下局限在线弹性变形范围内和小变形条件下进行研究。,一、外力和内力,外力：其他构件对所研究

6、构件的作用力。,内力：构件在外力的作用下将产生变形，使得构件各质点间的相对位置发生变化而产生的附加内力。,二、截面法,截面法是材料力学中研究内力的一个基本方法,1 3 外力、内力及截面法,1 3 外力、内力及截面法,内力是由于外力引起的，内力总与变形同时产生，对变形起抵抗和阻止作用。,外力的正负号取决于所建立的坐标系，与坐标轴同向为正、反向为负。内力的正负号根据规定，不同变形的内力有不同的规定。,1 3 外力、内力及截面法,1 3 外力、内力及截面法,用截面法求内力的步骤： （1）截开 在需求内力的截面处，用假想的截面将构件截为两部分。 （2）分离 留下一部分为分离体，弃去另一部分。 （3）代

7、替 以内力代替弃去部分对留下部分的作用，绘分离体受力图（包括作用于分离体上的荷载、约束反力、待求内力）。 （4）平衡 由平衡方程来确定内力值。,1 3 外力、内力及截面法,用截面法求内力的步骤： （1）截开 在需求内力的截面处，用假想的截面将构件截为两部分。 （2）分离 留下一部分为分离体，弃去另一部分。 （3）代替 以内力代替弃去部分对留下部分的作用，绘分离体受力图（包括作用于分离体上的荷载、约束反力、待求内力）。 （4）平衡 由平衡方程来确定内力值。,注意： 1、在第二步进行弃留时，保留哪一部分都可以。 2、若无特别声明，今后所谈内力分量都是分布内力向截面形心简化的结果。 3、在研究内力与

8、变形时，对刚体的等效力系的应用应该慎重，不能机械地不加分析地任意应用。,1 3 外力、内力及截面法,三、杆件横截面上内力的分类,剪力FSy 、 FSz 与横截面相切的内力。剪力使杆件产生剪切变形。,扭矩MT 力偶矩矢垂直于横截面，与杆轴重合。扭矩使杆件产生扭转变形。,弯矩My 、 Mz 力偶矩矢与截面相切，与杆轴正交。弯矩使杆件产生弯曲变形。,对杆件来说，横截面上不同的内力使杆件产生不同的变形。通常将它们分为以下四类：,轴向内力 FN 通过横截面形心，且与横截面正交的内力，简称轴力。轴向内力使杆件产生轴向变形。,注意：截面上的内力并不一定都同时存在上述六个分量，可能只存在其中的一个或几个。,1

9、 4 构件的分类 杆件变形的基本形式,1 4 构件的分类 杆件变形的基本形式,一、构件的分类,1、构件大致可以分为四类：杆、板、壳 和 块体。材料力学主要研究其中的杆件。,杆件：纵向尺寸（长度）远比横向尺寸大得多的构件。,板、壳：两个方向的尺寸远远大于第三个方向的尺寸。,块体：三个方向尺寸差不多的构件（同量级）。,一、构件的分类,2、杆的两个主要的几何特征：,轴线 _ 所有横截面形心的连线,横截面 _垂直于杆件长度方向的截面,3、杆件的分类：按不同的分类方法，可分为直杆、曲杆、折杆或者分为等截面杆、变截面杆。,注：常把横截面方向称为横向，轴线方向称为纵向。,1 4 构件的分类 杆件变形的基本形

10、式,1 4 构件的分类 杆件变形的基本形式,等直杆等截面的直杆（材料力学研究的主要对象）,直杆轴线为直线的杆件,曲杆轴线为曲线的杆件,等截面杆各横截面尺寸不变的杆,折杆轴线为折线的杆件,1 4 构件的分类 杆件变形的基本形式,二、杆件变形的基本形式,# 轴向拉伸或压缩变形 # 剪切变形 # 扭转变形 # 弯曲变形,1 4 构件的分类 杆件变形的基本形式,拉伸 变细变长,压缩 变短变粗,荷载特征：一对大小相等、方向相反、作用线与杆轴线重合的外力；,（1）轴向拉伸和压缩,二、杆件变形的基本形式,F,F,F,F,F,F,F,F,变形特征：杆的两相邻横截面沿杆轴线方向产生相对移动，长度发生改变，拉长或

11、压短，同时横截面变细或变粗。,1 4 构件的分类 杆件变形的基本形式,（2）剪切变形,荷载特征：一对大小相等、相距很近、方向相反的横向外力；,变形特征：杆的两力作用线之间的横截面沿力的方向发生相对错动,1 4 构件的分类 杆件变形的基本形式,（3）扭转变形,荷载特征：一对大小相等、转向相反、位于垂直杆轴线的两平面内（横截面）的力偶；,变形特征：杆件的任意两个横截面将绕杆轴线发生相对转动，而杆的轴线仍保持直线。,Me,Me,g,j,1 4 构件的分类 杆件变形的基本形式,（4）、弯曲变形,荷载特征：一对大小相等、方向相反、位于杆的纵向平面内的力偶；,变形特征：杆的两相邻横截面绕垂直于杆轴线的直线产生相对转动，截面间的夹角发生改变。,1 4 构件的分类 杆件变形的基本形式,