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1、材 料 力 学,Mechanics of Materials (Strength of Materials),工 程 力 学,广义的定义: 研究工程中的力学问题的一门学科。 （它以经典力学为基础，通过实验、分析、 数值计算等等手段，解决工程实践中的力学问题）,狭义的定义： 指工程教育中的基本力学课程，主要有理论力学、材料力学 、结构力学 、流体力学等等。,第一章 绪论及基本概念(Ch1.Introduction),11. 材料力学的任务(Basic Task of Mechanics of Materials) 12. 材料力学与生产实践的关系 13.可变形固体的性质及其基本假设（Deform
2、able Solids and their Basic Hypotheses） 14. 材料力学主要研究对象（杆件）的几何特征,第一章 绪论及基本概念(Ch1.Introduction),15. 杆件变形的基本形式（Basic Forms of Bars Deformation） 1.外力及其分类（External Forces and their Classification） 1. 内力截面法应力（Internal Forces、Method of Section、Stress）,11. 材料力学的任务(Basic Task of Mechanics of Materials),建筑物 和
3、 机械 荷载(Loads) 结构(Structure) 建筑物中承受荷载而起骨架作用的部分 构件或零件 (Members or Parts) 结构的基本组成部分,对构件正常工作的要求可以归纳为如下三点： (1)在荷载作用下构件应不致于破坏（断裂），即应具有足够的强度； (2)在荷载作用下构件所产生的变形应不超过工程上允许的范围，也就是要具有足够的刚度； (3)承受荷载作用时，构件在其原有形状下的平衡应保持为稳定的平衡，也就是要满足稳定性的要求。,11. 材料力学的任务(Basic Task of Mechanics of Materials),11. 材料力学的任务(Basic Task of
4、 Mechanics of Materials),材力的研究对象： 构件(主要是其中的杆件); 材力的研究内容： 强度、刚度、稳定性;,11. 材料力学的任务(Basic Task of Mechanics of Materials),材料力学的任务就是: 研究构件的强度、刚度和稳定性的计算原理和方法，在既安全又经济的条件下，为构件选择适宜的材料、确定合理的截面形状和尺寸。,11. 材料力学的任务(Basic Task of Mechanics of Materials),材料力学的内容包括三个部分: .基本理论部分 .实验部分 .应用部分,11. 材料力学的任务(Basic Task of
5、Mechanics of Materials),材料力学的内容包括三个部分: .基本理论部分 研究构件在外力作用下的内部力学响应，即构件的内力、应力和变形分析。内力是构件内部对外力作用的抗力。应力是内力的分布集度，它研究构件内部任一点周围单位面积上内力的大小。显然内力、应力和变形分析是构件强度、刚度和稳定性分析的基础。,11. 材料力学的任务(Basic Task of Mechanics of Materials),材料力学的内容包括三个部分: .实验部分 实验是材料力学的重要组成部分。通过实验才能找出力与变形的关系，确定各种材料抵抗破坏和变形的能力。同时实验也是验证理论和解决理论分析难于处
6、理的问题的重要手段。,11. 材料力学的任务(Basic Task of Mechanics of Materials),材料力学的内容包括三个部分: .应用部分 在上述两部分内容的基础上，根据构件的失效形式和提供的工作条件，建立相对统一的、安全和经济的控制条件（即强度条件、刚度条件和稳定性条件），以此为基础，为构件选择合适的材料、截面形状和尺寸。,11. 材料力学的任务(Basic Task of Mechanics of Materials),材料力学是一门重要的技术基础课。它既是固体力学的入门课程，又是结构设计课程的重要基础。,第一章 绪论及基本概念(Ch1.Introduction),
7、12. 材料力学 与生产实践的关系,第一章 绪论及基本概念(Ch1.Introduction),13. 可变形固体的性质及其基本假设 （Deformable Solids and their Basic Hypotheses）,13. 可变形固体的性质及其基本假设 （Deformable Solids and their Basic Hypotheses）,1,概念: 刚体可变形固体 Rigid Body Deformable Solids 在理论力学中，物体的微小变形对其平衡和运动分析影响很小，可以略去不计，把物体简化为刚体。材料力学是研究构件的强度、刚度和稳定性问题，变形却是主要影响因素，
8、必须加以考虑。,13. 可变形固体的性质及其基本假设 （Deformable Solids and their Basic Hypotheses）,1,概念: 刚体可变形固体 Rigid Body Deformable Solids 所以在材料力学中除特别说明以外，都把构件作为可变形固体。可变形固体的性质是复杂的，为了突出研究问题的主要影响因素，略去次要影响因素，以便建立合理的适用的分析理论，必须对可变形固体材料的性质提出简化模型（或称假设),13. 可变形固体的性质及其基本假设 （Deformable Solids and their Basic Hypotheses）,2,基本假设： a,
9、连续（Continuous) b,均匀（Homogeneous） c,各向同性（Isotropic） 各向异性(Anisotropy) 正交各向异性(Orthotropic)；,13. 可变形固体的性质及其基本假设 （Deformable Solids and their Basic Hypotheses）,连续-是指材料在结构上是密实的、无间隙的。变形前和变形后物体均充满连续介质。因此物体内各力学量如应力、应变和位移都是坐标的连续函数。 均质-是指变形固体内部各点处的力学性质完全相同。即材料的力学性质与坐标位置无关。 最基本的材料性质模型是连续均质介质模型。,13. 可变形固体的性质及其基本
10、假设 （Deformable Solids and their Basic Hypotheses）,关于材料性质与坐标方向的关系，则有各向同性体、正交各向异性体和各向异性体之分。 各向同性-就是一点处各个方向的力学性质相同，即材料性质与坐标方向无关。 各向异性-就是一点处不同方向的力学性质不相同，即性能是方向的函数。 正交各向异性体-指材料具有三个相互正交的材料性能主方向，在每一主方向上材料性能相同，在不同主方向上材料性能可以不同。,13. 可变形固体的性质及其基本假设 （Deformable Solids and their Basic Hypotheses）,上述材料性质模型的合理性是从宏
11、观角度来说的。由物质结构理论知道，从微观看，材料是不连续、不均匀和各向异性的。当宏观研究部分的尺寸较微观结构尺寸大得多，且无数微观结构杂乱无章排列时，这种微观上的不连续、不均匀和各向异性对宏观影响就是次要因素了。,13. 可变形固体的性质及其基本假设 （Deformable Solids and their Basic Hypotheses）,因为无数微结构性质的统计平均值是稳定的。于是把这种物体简化成连续均匀、各向同性体是合理的。（如金属陶瓷、塑料和拌合均匀的混凝土材料。有些材料的微观构造为有序排列，如轧制钢板、顺纹木材或竹材，其宏观性质是正交各向异性的。而冷扭钢丝、纤维杂乱的木材是各向异性
12、材料的实例。,13. 可变形固体的性质及其基本假设 （Deformable Solids and their Basic Hypotheses）,应该把材料模型看成是在一定条件下符合实际的。它们并不是固定不变的。 随着材料科学和对材料研究、认识的深入，材料模型也是发展的。例如构件在制造加工中会存在一些缺陷，造成局部不连续，并在某些情况下对构件的强度造成严重影响，导致早期破坏。这时即使在宏观研究中也必须对局部不连续性加以考虑，而采用局部不连续的介质模型。如断裂力学就是把构件简化为含缺陷的连续体。又如近代发展的高性能复合材料可以根据构件的受力情况和工程的实际需要，设计出宏观非均质的各向异性材料或正
13、交各向异性材料。,13. 可变形固体的性质及其基本假设 （Deformable Solids and their Basic Hypotheses）,在以后的讨论中，一般把构件看成 连续、匀质、各向同性体。 或连续、匀质、正交各向异性体。,13. 可变形固体的性质及其基本假设 （Deformable Solids and their Basic Hypotheses）,d,小变形要求: 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。 e,线弹性要求 f,平面假设,张春晓: 2001年2月第1次课.,14. 材料力学主要研究对象（杆件）的几何特征,
14、1,构件按几何特征分类: a,杆(Bar Rod Shaft Beam):lh,lb； b,板(Plate)和壳(Shell):at,bt； c,块体(Block):abc； d,薄壁杆(Thin-Walled Bars):lbt；,块体,14. 材料力学主要研究对象（杆件）的几何特征,杆件的长度比高和宽要大得多，如梁、柱、轴等。 横截面中厚度比长和宽小得多，称为薄壁杆件。 平板和壳体的厚度均远小于另两个方向的尺度。（把平分厚度的面称为中面，平板的中面是平面；壳体的中面是曲面。） 块体在三个方向的尺寸属于同一数量级。 平板、壳体和块体均属弹性力学研究范畴，此处不作进一步介绍。,14. 材料力学
15、主要研究对象（杆件）的几何特征,杆件的几何特征: 横截面(Cross Section)、 轴线(Axial Line、Axis)； 杆件的分类: 直杆(Straight Bar)、 曲杆(Curved Bar)、 等截面杆、变截面杆、 等直杆(Prismatic Bar),14. 材料力学主要研究对象（杆件）的几何特征,轴线 杆件截面形心的连线 横截面 与轴线正交的截面,14. 材料力学主要研究对象（杆件）的几何特征,杆件有两个主要几何因素： 轴线和横截面 轴线 是 杆件截面形心的连线 横截面 是 与轴线正交的截面,14. 材料力学主要研究对象（杆件）的几何特征,轴线为直线的杆称为直杆 轴线为
16、曲线的杆称为曲杆 横截面相同的杆称为等截面杆 横截面大小不等的杆称为变截面杆 等截面的直杆称为等直杆,15. 杆件变形的基本形式（Basic Forms of Bars Deformation）,1,变形、位移及其关系 （DeformationDisplacement）;,变形的物理描述应变 （Strain）;,杆件变形的基本形式 （Basic Forms of Bars Deformation）;,1,变形、位移及其关系 （DeformationDisplacement）: 线位移(Linear Displacement)、 角位移(Angle Displacement) 线变形(Linear Deformation)、 角变形(Angle Deformat
