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1、1,武汉生物工程学院建筑系系 物理及基础力学教研室,材料力学,主讲教师：陈果,2,注 意 事 项,一、答疑时间：除上课时间，随时来我办公室找我。 三、考试:平时30%（作业、出勤、实验），期末70% 四、参考书：其它教材：材料力学(范钦珊，孙训方，刘鸿文等) 材料力学重点难点及典型题精解（西交大）课外：力学史(武际可)，材料力学史漫话 (老亮),3,课程学习要求及建议,1不要旷课、迟到、早退；2独立完成课后作业，按时提交课程作业；作业要求：字母、公式规范，尺规绘图3欢迎大家对本课程教学提出意见、看法及建议，以便今后改进。,4,绪 论,A4复印纸在自重作用下产生明显变形,折叠后变形明显减小,材料
2、力学,第一章 绪论,5,自行车的主要受力部件均由薄壁钢管制成,材料力学,第一章 绪论,6,材料力学,一位游客在某处发现有座独木桥，上面写着：严禁独自一人过桥。他发现当地居民的确都是成双结对并且好像以某种相互配合的方式过桥。,奇怪的独木桥,工程实例,第一章 绪论,7,工程实例,为什么倒塌的烟筒会向上翘起，而不是向下？,材料力学,第一章 绪论,8,工程实例,低碳钢的扭转破坏,铸铁扭转破坏,为什么铸铁扭转破坏时，断口沿着与轴线约呈4550度的斜面，而低碳钢的扭转断口基本平齐？,材料力学,第一章 绪论,9,应县木塔(1056年),赵州桥（公元600年前后）,10,Tacoma 海峡新桥,Tacoma
3、海峡大桥1940年破坏,11,重庆綦江彩虹桥 （使用不到4年）,新建的重庆綦江彩虹桥,12,钻床,13,台南高屏大桥断裂,2000年8月27日下午3时20分，台湾南部高屏大桥断裂，大桥中间下陷部分长达100米。17辆车坠河，22人受伤。 采沙过度，河面沉降10余米，桥墩先断裂。,材料力学,第一章 绪论,14,2000年月25日，法航协和式客机坠毁，113人死亡。,地面铁条使轮胎爆裂，碎片侵入发动机。,材料力学,第一章 绪论,15,河南鞭炮车爆炸桥塌26死,材料力学,第一章 绪论,16, 材料力学发展简史, 中国古代有关材料力学的应用,试弓定力图东汉,赵州桥隋朝,17,斗 拱,18,1103年，
4、李诫在营造法式大木作制度指出：“凡梁之大小，各随其广分为三份，以二份为厚”,19, 材料力学在近代的发展,伽利略像,20,胡克的弹性实验装置,1678年：发现“胡克定律”,雅各布.伯努利，马略特：得出了有关梁、柱性能的基础知识，并研究了材料的强度性能与其它力学性能。,库伦：修正了伽利略、马略特关于梁理论中的错误，得到了梁的弯曲正应力和圆杆扭转切应力的正确结果,21,(瑞士)欧拉像,主要研究梁的变形： 曲线的变分法，推导出受横向力的悬臂杆的挠度表达式 关于柱的承载力，讨论了压杆稳定问题，引入了临界载荷的概念。 还研究了大变形问题、变截面梁的问题、具有初始曲率杆的问题。,22,(瑞士)约翰.伯努利
5、像,(意大利)拉格朗日像,提出“虚位移原理”,阐述了“虚功原理”,23,(英国)托马斯.杨像,(法国)纳维像,定义“弹性模量”,研究了扭转问题、梁的弯曲问题、提出了解超静定问题的位移法 1826年，第一本材料力学,24,(法国)泊松像,定义“泊松比”,(法国)圣维南像,研究了扭转和弯曲问题，提出了“圣维南原理”,25,(乌克兰)铁摩辛柯像,建立“铁摩辛柯梁”模型,研究了圆孔附近的应力集中问题，梁板的弯曲振动问题，薄壁杆件扭转问题，弹性系统稳定性问题等,出版了大量力学教材：材料力学， 高等材料力学， 结构力学， 板壳理论等20多部,26,第一章 绪论,材料力学,1.1 材料力学的任务,1.2 材
6、料力学的基本假设,1.3 内力及截面法,1.4 内力的集度-应力,1.5 杆件变形的基本形式,第一章 绪论,27,1.1.1 研究对象和研究内容：,1) 强度,抵抗破坏的能力。,第一章 绪论,材料力学,1.1 材料力学的任务,28,3) 稳定性,保持稳定的平衡状态的能力。,2) 刚度,抵抗变形的能力。,第一章 绪论,材料力学,P,29,材料力学的任务：在满足上述强度、刚度和稳定性要求的同时，须尽可能合理选用材料和降低材料消耗量，以节约成本。,材料力学包含的两个方面,理论分析,实验研究,测定材料的力学性能；解决某些不能全靠理论分析的问题,第一章 绪论,材料力学,30,1.1.2 材料力学的研究方
7、法,1.理论分析方法,2.实验方法,3.数值方法,研究变形体力学问题的主线是：,31, 1.2 材料力学的基本假设, 材料力学研究材料的宏观力学行为, 材料力学主要研究钢材等金属材料,关于材料的基本假设：, 连续性假设：认为材料无空隙地充满于整个构件。力学量可以用坐标的连续函数表示。, 均匀性假设：构件内每一处的力学性能相同。通过试样得到的材料性能可用于构件的任何部位。, 各向同性假设：构件某一处材料沿各个方向的力学性能均相同,32,金属材料的微观结构,33,1.3 外力及其分类,外力：来自构件外部的力（载荷、约束反力）,按外力作用的方式分类,体积力：连续分布于物体内部各点的力。如重力和惯性力
8、,表面力：,连续分布于物体表面上的力。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,分布力：,集中力：,34,1.3 外力及其分类,按外力与时间的关系分类,载荷缓慢地由零增加到某一定值后，就保持不变或变动很不显著，称为静载。,静载：,动载：,载荷随时间而变化。,如交变载荷和冲击载荷,交变载荷,冲击载荷,35, 求内力的方法：,构件受外力：,1、构件变形；,2、构件内部相连各部分之间有相互作用 力内力。, AB段内任一位置截面间的相互作用力为0还是F?, BC段内任一位置截面间的相互作用力为0还是F?, 内力
9、与截面法： (internal force, method of section),36, 构件整体平衡，切开之后，各部分仍然平衡,求内力的方法截面法,37,FS,M,例如,38,钻床,求：截面m-m上的内力。,用截面m-m将钻床截为两部分，取上半部分为研究对象，,解：,受力如图：,1.4 内力、截面法和应力的概念,列平衡方程:,FN,M,39,扭矩,弯矩,弯矩,轴力,剪力,剪力, 内力的分类：,轴力：FN 剪力：FS ; 扭矩：T弯矩：My， Mz,40,求约束反力,.应力的概念,受力杆件(物体)某一截面的M点附近微面积A上分布内力的平均集度即平均应力， ，其方向和大小一般而言，随所取A的大
10、小而不同。,第二章 轴向载荷作用下杆件的材料力学问题,1-4 内力的集度- 应力,42, 正应力与切应力(normal stress, shearing stress),A内的平均应力,K处的应力,应力的单位：Pa,常用Mpa,该截面上M点处分布内力的集度为 ，其方向一般既不与截面垂直，也不与截面相切，称为总应力。,第二章 轴向载荷作用下杆件的材料力学问题,总应力 p,法向分量,正应力s,某一截面上法向分布内力在某一点处的集度,切向分量,切应力t,某一截面上切向分布内力在某一点处的集度,应力单位：Pa(1 Pa = 1 N/m2，1 MPa = 106 Pa)。,第二章 轴向载荷作用下杆件的材
11、料力学问题,45,注意事项,1.讲应力应注意讲是哪一点的应力；2.讲一点应力，应讲是哪一个截面上 哪一点的应力;,3.讲一点应力，通常应同时考虑正应 力 和切应力 .,46,杆、板和壳,轴、柱、梁等一类构件，其长度远大于横向尺寸，称为杆件,构件的厚度远小于其他两个方向的尺寸，称为板或壳,1-5 杆件变形的基本形式,第一章 绪论,材料力学,三维尺寸都比较接近的物体，称为块件,块体,47,. 轴向拉伸或轴向压缩,第一章 绪论,材料力学,四种基本变形,48,. 剪切,第一章 绪论,材料力学,49,. 扭转,第一章 绪论,材料力学,50,. 弯曲,F1=F2时(从而亦有FA=FB)车轴的AB部分不受剪切纯弯曲。而车轴的外伸部分既受弯又受剪横力弯曲,第一章 绪论,材料力学,51,工程中常用构件在荷载作用下，大多为几种基本变形形式的组合组合变形。,第一章 绪论,材料力学,52,思考：,A 强度不足 B 刚度不足 C 稳定性不足,A 强度不足 B 刚度不足 C 稳定性不足,第一章 绪论,材料力学,
