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1、 力学体系简介力学体系简介力学力学固体力学固体力学流体力学流体力学一般力学一般力学材料力学材料力学结构力学结构力学弹性力学弹性力学塑性力学塑性力学断裂力学断裂力学早期的：早期的：水力学水力学水动力学水动力学现代的：现代的： 空气动力学空气动力学气体动力学气体动力学多相流体力学多相流体力学粘弹性力学粘弹性力学渗流渗流理论力学理论力学分析力学分析力学振动理论振动理论刚体动力学刚体动力学陀螺理论陀螺理论运动稳定性运动稳定性复合材料复合材料材料力学主要材料力学主要研究对象研究对象是弹性体。是弹性体。对于弹性体，除了平衡问题外，还将涉及到变形；对于弹性体，除了平衡问题外，还将涉及到变形； 力和变形之间的
2、关系。力和变形之间的关系。由于变形，在材料力学中还将涉及到弹性体的由于变形，在材料力学中还将涉及到弹性体的失效失效以及以及与失效有关的设计准则。与失效有关的设计准则。将材料力学理论和方法应用于工程，即可对将材料力学理论和方法应用于工程，即可对杆类构件杆类构件或零或零件进行常规的静力学设计；件进行常规的静力学设计；以上两方面的结合使材料力学成为工程设计的重要组成部分，以上两方面的结合使材料力学成为工程设计的重要组成部分，材料力学所涉及的内容分属于两个学科材料力学所涉及的内容分属于两个学科研究物体在外力作用下的应力、变形和能量，研究物体在外力作用下的应力、变形和能量，统称为应力分析。统称为应力分析
3、。又不同于固体力学，所研究的仅限于又不同于固体力学，所研究的仅限于杆类物体；杆类物体；材料的力学行为，即研究材料在外力和温度作材料的力学行为，即研究材料在外力和温度作用下所表现出的力学性能和失效行为。用下所表现出的力学性能和失效行为。研究仅限于材料的研究仅限于材料的宏观力学行为宏观力学行为，不涉及材料的微观机理。，不涉及材料的微观机理。固体力学固体力学材料科学材料科学设计杆类构件设计杆类构件的合理形状和尺寸，保证它们正常工作。的合理形状和尺寸，保证它们正常工作。入门入门材料力学材料力学数学数学物理学物理学理论力学理论力学其他其他建建筑筑材材料料建建筑筑结结构构结结构构力力学学弹弹性性力力学学机
4、机械械零零件件机机械械原原理理其其他他材料力学与各门课程材料力学与各门课程1.1 材料力学的任务材料力学的任务构件构件工程结构的各组成部分东营黄河桥东营黄河桥橡皮筋在拉力的作用下尺寸的变化；橡皮筋在拉力的作用下尺寸的变化；变形变形在外力的作用下，构件的尺寸和形状尺寸和形状发生变化。双杠横梁在运动员重力作用下有形状的变化。双杠横梁在运动员重力作用下有形状的变化。弹性变形弹性变形:塑性变形塑性变形:外力解除以后可消失的变形外力解除以后可消失的变形外力解除以后不能消失的变形外力解除以后不能消失的变形TW匀速提升：匀速提升：柔索张力柔索张力 T=W （3）工程现场中，只有一根材料确定、）工程现场中，只
5、有一根材料确定、横截面直径确定的柔索，那么此结构的最横截面直径确定的柔索，那么此结构的最大起重量大起重量 是多少？是多少？问题：问题：（1）物体重量）物体重量W一定时，柔索选用何种材料？一定时，柔索选用何种材料？（2）物体重量）物体重量W一定、材料确定时，柔索一定、材料确定时，柔索选用多大的截面面积？选用多大的截面面积？（材料好的，价格贵，材料差的不结实）（材料好的，价格贵，材料差的不结实）（粗的好、结实，但价钱贵）（粗的好、结实，但价钱贵）（2）构件在正常工作时变形不能过大，变形在允许范围内，）构件在正常工作时变形不能过大，变形在允许范围内，即构件具有足够的抵抗变形的能力即构件具有足够的抵抗
6、变形的能力设计的依据设计的依据（1）保证构件在正常的工作时不能发生破坏，具有足）保证构件在正常的工作时不能发生破坏，具有足够的抵抗破坏的能力够的抵抗破坏的能力如：双杠的横梁不应折断；桥梁不应坍塌；如：双杠的横梁不应折断；桥梁不应坍塌； 储气罐不应爆炸；椅子没有断裂；储气罐不应爆炸；椅子没有断裂；构件具有足够的强度构件具有足够的强度（不发生破坏不发生破坏）如：在运动员重量作用下双杠横梁的变形；如：在运动员重量作用下双杠横梁的变形；载重卡车作用下桥梁的变形；载重卡车作用下桥梁的变形；楼板的变形；床的变形等均在允许范围内。楼板的变形；床的变形等均在允许范围内。具有足够的刚度具有足够的刚度（变形在允许
7、的范围内变形在允许的范围内）。）。破坏破坏显著的塑性变形和断裂。显著的塑性变形和断裂。3） 受压力作用的细长杆，（千斤顶的螺杆、内燃机的挺受压力作用的细长杆，（千斤顶的螺杆、内燃机的挺杆、液压活塞杆、自行车打气筒的活塞杆等）应始终维持杆、液压活塞杆、自行车打气筒的活塞杆等）应始终维持原有直线平衡形态；原有直线平衡形态；如：举重运动员在物体重量作用下身体必须保持挺直；如：举重运动员在物体重量作用下身体必须保持挺直；公路铁路的桥墩；自行车打气筒的活塞杆、用针扎孔时的针公路铁路的桥墩；自行车打气筒的活塞杆、用针扎孔时的针等在轴向压力的作用下一直保持原有的直线形态平衡。等在轴向压力的作用下一直保持原有
8、的直线形态平衡。即保证构件在正常工作时不被压弯，构件应具有足够的即保证构件在正常工作时不被压弯，构件应具有足够的保持原有直线形态平衡的能力。保持原有直线形态平衡的能力。足够的稳定性足够的稳定性（保持原有平衡状态的能力保持原有平衡状态的能力）。）。稳定性稳定性主要是针对主要是针对细长的受压杆细长的受压杆而言的而言的保证构件具有足够的强度、刚度和稳定性的前提下合理的保证构件具有足够的强度、刚度和稳定性的前提下合理的选择构件的选择构件的材料、截面尺寸和形状，确定系统许可载荷材料、截面尺寸和形状，确定系统许可载荷。 材料力学的任务材料力学的任务 应有足够的稳定性；应有足够的稳定性；储气罐储气罐 主要是
9、保证其强度，不应发生破坏；主要是保证其强度，不应发生破坏；车床轴车床轴 要有足够的刚度，变形不应过大，以满足加工精度；要有足够的刚度，变形不应过大，以满足加工精度；受压的细长杆（如：液压油缸的活塞杆等）受压的细长杆（如：液压油缸的活塞杆等）强强度度问问题题刚度问题刚度问题刚度问题刚度问题钻床钻床车辆的缓冲弹簧应有较大的变形才能很好地减振车辆的缓冲弹簧应有较大的变形才能很好地减振工程中的工程中的大变形大变形承载能力承载能力构件承受载荷的能力。构件承受载荷的能力。构件的承载力不仅与构件的形状有关，而且与所用构件的承载力不仅与构件的形状有关，而且与所用材料的力学性能有关，因此在进行材料的力学性能有关
10、，因此在进行理论分析理论分析的基础的基础上，上，实验研究实验研究是完成材料力学的任务所必需的途径是完成材料力学的任务所必需的途径和手段。和手段。强强 度：度：即抵抗破坏的能力即抵抗破坏的能力刚刚 度：度：即抵抗变形的能力即抵抗变形的能力稳定性：稳定性：即保持原有平衡状态的能力即保持原有平衡状态的能力人类的灾难对工程中不满足强度、刚度、稳定性而发生失效的对工程中不满足强度、刚度、稳定性而发生失效的构件给工农业生产造成巨大的损失，例子不胜枚举。构件给工农业生产造成巨大的损失，例子不胜枚举。1912年年4月月14日晚日晚12时时30分，由英国开往纽约的分，由英国开往纽约的泰坦尼克号泰坦尼克号铆钉质量
11、差，有杂质铆钉质量差，有杂质原因原因铆钉材料测试在室温下进行，但铆钉材料测试在室温下进行，但大西洋大西洋-11度度1986年挑战者号升空时发生爆炸年挑战者号升空时发生爆炸发射当天，天气非常寒冷。气温降低后，密封用“圈圈”就就变得非常坚硬，伸缩就更加困难。坚硬的变得非常坚硬，伸缩就更加困难。坚硬的“圈圈”伸缩的速伸缩的速度变慢，密封的效果大打折扣，燃气泄漏度变慢，密封的效果大打折扣，燃气泄漏。：“哥伦比亚哥伦比亚”号航天飞机在返回途中遇难（号航天飞机在返回途中遇难（2003年）年）一块轻质泡沫材料一块轻质泡沫材料 撞击了航天飞撞击了航天飞 机机表面的绝热表面的绝热 层层原因原因推土机铲板拉伸失效
12、推土机铲板拉伸失效 汽车起重机在起重时回转台失稳，造成结构失效汽车起重机在起重时回转台失稳，造成结构失效脚手架的坍脚手架的坍脚手架的坍脚手架的坍塌事故塌事故塌事故塌事故FF在满足强度、刚度、稳定性的要求下，以在满足强度、刚度、稳定性的要求下，以在满足强度、刚度、稳定性的要求下，以在满足强度、刚度、稳定性的要求下，以最经最经最经最经济的代价济的代价济的代价济的代价，为构件，为构件，为构件，为构件确定合理的形状和尺寸确定合理的形状和尺寸确定合理的形状和尺寸确定合理的形状和尺寸，选，选，选，选择适宜的择适宜的择适宜的择适宜的材料材料材料材料，确定系统的，确定系统的，确定系统的，确定系统的许可载荷许可
13、载荷许可载荷许可载荷而提供必而提供必而提供必而提供必要的理论基础和计算方法。要的理论基础和计算方法。要的理论基础和计算方法。要的理论基础和计算方法。材料力学的任务材料力学的任务 具体地说，具体地说，材料力学的任务材料力学的任务是研究构件受力是研究构件受力以后的变形和破坏的规律，为设计构件提供强度、以后的变形和破坏的规律，为设计构件提供强度、刚度和稳定性的计算依据，力求使设计的构件刚度和稳定性的计算依据，力求使设计的构件既既经济又安全、适用经济又安全、适用。1-2 可变形固体的基本假设可变形固体的基本假设 刚刚 体体FFF FF F F F研究对象研究对象变变 形形 体体FFF FF F F F
14、材料力学的材料力学的研究对象研究对象：变形固体变形固体如：力的可传递性原理、力偶的任意移动、如：力的可传递性原理、力偶的任意移动、如：力的可传递性原理、力偶的任意移动、如：力的可传递性原理、力偶的任意移动、力的分解和合成原理等。力的分解和合成原理等。力的分解和合成原理等。力的分解和合成原理等。注意：注意：刚体模型适用的概念、原理、方法，在研究变刚体模型适用的概念、原理、方法，在研究变刚体模型适用的概念、原理、方法，在研究变刚体模型适用的概念、原理、方法，在研究变形体的内部效应（变形）时不适用。形体的内部效应（变形）时不适用。形体的内部效应（变形）时不适用。形体的内部效应（变形）时不适用。讨讨
15、论论请判断下列简化请判断下列简化在什么情形在什么情形下是正确的，什下是正确的，什么情形下是不正么情形下是不正确的？确的？绪论FF讨讨 论论请判断下列请判断下列简化在什么简化在什么情形下是正情形下是正确的，什么确的，什么情形下是不情形下是不正确的？正确的？绪论FFM在外力作用下，一切固体都将发生变形，故称为变形固体，而构件一般均由固体材料制成，故构件一般都是变形固体。变形体变形体由于固体有多方面的属性，研究的角度不同，侧重的由于固体有多方面的属性，研究的角度不同，侧重的角度不一样。掌握与问题有关的属性，略去次要的属角度不一样。掌握与问题有关的属性，略去次要的属性，做以下几点假设：性，做以下几点假
16、设：认为整个物体体积内毫无空隙地充满物质连续性假设连续性假设引入引入 无限小概念，可以进行极限、积分、微分的运算。无限小概念，可以进行极限、积分、微分的运算。实际上：组成固体的粒子之间存在间隙并不连续，但这实际上：组成固体的粒子之间存在间隙并不连续，但这种间隙与构件的尺寸相比极其微小，故略去不计。种间隙与构件的尺寸相比极其微小，故略去不计。 微观不连续，微观不连续， 宏观连续宏观连续球球墨墨铸铸铁铁的的显显微微表表示示认为物体内的任何部分，其力学性能相同认为物体内的任何部分，其力学性能相同均匀性假设均匀性假设普通钢材的纤维组织对于发生于对于发生于晶粒那样大小的范围内晶粒那样大小的范围内的现象，均匀连续的假设的现象，均匀连续的假设不能成立，不宜应用。不能成立，不宜应用。固体在外力的作用下表现出变形与破坏方面的性质。 力学性质力学性质 微观不均匀，微观不均匀， 宏观均匀宏观均匀实际上实际上：组成固体的各晶粒之间的力学性质并：组成固体的各晶粒之间的力学性质并不完全相同，但因构件与构件的任一部分包含不完全相同，但因构件与构件的任一部分包含有无数个晶粒，无规则的排列，固体的力学性有无数个晶粒，无
