材料力学第1章绪论ppt课件

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1、出版社 理工分社材料力学退出页第1章 绪论出版社 理工分社材料力学退出页1.1资料力学的根本义务各类工程领域中广泛运用的各种机器、机械与构造，都是由许多零件和元件组成的，如建筑物的梁和柱、机床的轴等，这些零件和元件统称为构件。实际力学中将构件视为刚体并研讨力对构件的外效应，然而，在各种载荷的作用下，构件能否正常任务，有待进一步研讨。资料力学就是研讨各种构件抗力性能的一门科学，它是机械、土木、水利、化工、资料、航空航天等众多工程领域的实际根底。为确保机器、机械和构造可以正常任务，要求构件具有一定承载才干，因此，设计构件时，从资料力学的角度分析，构件应满足以下3个方面要求：出版社 理工分社材料力学

2、退出页(1)强度要求构件应具备足够抵抗破坏的才干，以保证在规定运用条件下不发生断裂或显著永久变形，即构件应具有足够的强度。 (2)刚度要求构件应具备足够的抵抗变形的才干，使其在任务时的变形小于答应限值，以保证构件能正常任务，即构件应具有足够的刚度。对于许多工程构件而言，只是不发生破坏并不能保证整个构造正常任务。例如，摇臂钻床任务时(见图1.1)，假设立柱和摇臂变形过大，将会影响工件的加工精度。再比如，假设齿轮轴刚度缺乏，任务时变形过大，将导致齿轮轴与轴承之间出现不均匀磨损。出版社 理工分社材料力学退出页 图1.1出版社 理工分社材料力学退出页(3)稳定性要求构件应具备足够的、坚持原有平衡形状的

3、才干，以保证在规定运用条件下不发生失稳，即构件应具有足够的稳定性。对于细长的受压构件而言，当压力较小时，构件能坚持原有的直线平衡形状。假设压力增大至某一数值时，会忽然变弯，使构造不能正常任务，这种景象称为丧失稳定，简称失稳。例如，对于内燃机的挺杆(见图1.2)及千斤顶的螺杆(见图1.3)等一些细长杆件构造而言，这些构件在任务时应坚持挺直形状，因此，必需具有足够的稳定性，以防止其在任务过程中被忽然压弯。出版社 理工分社材料力学退出页 图1.2 图1.3出版社 理工分社材料力学退出页1.2资料力学的根本假设(1)延续性假设延续性假设以为组成变形固体的物质毫无间隙地充溢了它的整个几何空间，而且变形后

4、仍坚持这种延续性。(2)均匀性假设均匀性假设以为物体是由同一均匀资料组成，其各部分的物理性质一样，且不随坐标位置而变。(3)各向同性假设各向同性假设以为物体在各个方向具有一样的物理性质。 (4)小变形假设小变形假设以为物体的变形与构件尺寸相比属无穷小量，可以不思索因变形而引起的尺寸变化。出版社 理工分社材料力学退出页资料在外力作用下将产生变形，但对于大多数资料，当外力不超越一定限制时，去除外力后，物体将恢复原有的外形和尺寸，这种性质称为弹性。随着外力消逝而消逝的变形，称为弹性变形。当外力过大时，去除外力后，变形只能部分消逝而残留下一部分永久变形，资料的这种性质称为塑性。残留的变形称为塑性变形。

5、为保证构件正常任务，普通不允许构件发生塑性变形。而对于大多数的资料，弹性变形相对于其本身的尺寸是微小的，因此为了简化计算，在构件发生弹性变形后，依然按其原来尺寸和外形进展计算。出版社 理工分社材料力学退出页1.3外力、内力与截面法1.3.1外力及其分类来自构件外部的力称为外力，包括外加载荷和约束反力，二者组成平衡力系。按外力的作用方式，外力可分为外表力(简称面力)和体积力(简称膂力)。外表力是作用于物体外表的力，又可分为分布力和集中力。分布力是延续作用于物体外表的力，如水压力；假设外力分布面积远小于物体的外表尺寸，或沿杆件轴线分布范围远小于轴线长度，就可看作是作用于一点的集中力，如火车轮对钢轨

6、的压力。体积力是延续分布于物体内部各点的力，如重力、磁力和惯性力等。按载荷随时间变化的情况，载荷又可分为静载荷和动载荷。假设载荷缓慢地从零添加至某一定值，以后即坚持不变，或变动很不显著，即为静载荷。出版社 理工分社材料力学退出页1.3.2内力与截面法构件不受外力时，内部各部分之间存在着相互作用的力，使构件维持一定的外形。当构件遭到外力作用而变形时，其内部各部分之间的相互作用力发生了改动。这种因外力作用而引起构件内各部分之间相互作用力的改动量，称为附加内力，简称为内力。构件的内力随外力的变化而变化，当内力到达某一限制时，构件就会破坏，可见内力与构件的强度是亲密相关的。为了显示内力并确定其大小，可

7、采用下述方法：如图1.4所示构件在外力作用下处于平衡形状。欲求MM截面上的内力，可假想将构件沿MM截面切开，分为、两部分。任取其中一部分。例如，为研讨对象，此时作用于的内力，根据延续性假设，沿MM截面延续分布，如图1.5所示。出版社 理工分社材料力学退出页 图1.4 图1.5出版社 理工分社材料力学退出页上述这种显示和确定内力的方法称为截面法。它是资料力学中研讨内力的根本方法，也是分析构件强度、刚度及稳定性问题的根底。其步骤可归纳为：截开：在所求内力的截面处，假想地用截面将构件一分为二，任取一部分作为研讨对象，并弃去另一部分。替代：将弃去部分对取出部分的作用效果，用截开面上相应的内力(力或力偶

8、)替代。平衡：对取出部分建立平衡方程，根据其上的知外力来计算构件在截开面上的未知内力，留意此时截开面上的内力对取出部分而言是外力。需求指出的是，当用假想截面将构件截开，调查其中恣意一部分平衡时，是将该部分视为刚体。因此，所用的方法与静力学中刚体平衡方法完全一样。出版社 理工分社材料力学退出页例1.1电车架空线立柱构造简图如图1.6(a)所示，知力F和长度l，试求立柱mm截面上的内力。 图1.6出版社 理工分社材料力学退出页解(1)取研讨对象沿mm截面假想将立柱截为两段，取上半段进展研讨，如图1.6(b)所示。(2)分析受力外力F将使上半段立柱向下平移，并绕截面形心O顺时针转动。为坚持平衡，下半

9、段立柱作用于mm截面的内力应是向上的力N和逆时针的力偶M，如图1.6(b)所示。(3)根据平衡条件求内力解得经过上例可以看出，截面法确定的是构件截面上分布内力的合力，而不是内力在截面上的分布情况。出版社 理工分社材料力学退出页1.4应力1.4.1应力的概念利用截面法可以求出构件截面上分布内力的合力(即主矢和主矩)，但是仅仅求出内力的合力还不能处理构件的强度问题。如图1.7所示，杆件的AB，BC段所接受的轴向拉力一样，此时横截面上的内力也一样，但随着拉力的添加，细杆将先被拉断。这阐明，数值相等但分布情况不同的内力，对构件的作用效果是不同的。因此，在讨论构件的强度问题时，还必需了解内力在截面上的聚

10、集程度，即内力分布集度。内力分布集度又称为应力。出版社 理工分社材料力学退出页 图1.7出版社 理工分社材料力学退出页1.4.2正应力与切应力用nn截面从受力构件中取分别体如图1.8(a)、(b)所示，在nn截面上任一点k处，取一微面积A，设A上内力的合力为F，那么比值 图1.8出版社 理工分社材料力学退出页称为A上的平均应力。普通情况下，内力沿截面并非均匀分布，平均应力pm的大小及方向随所取面积A的大小而变化。为了准确反映k点处的内力密集程度，应使A趋近于零，由此得极限值p称为k点的全应力。全应力p是矢量，其方向就是F的极限方向。通常把全应力p分解为垂直于截面的分量和切于截面的 分量(见图1

11、.8(c)，其中，称为正应力， 称为切应力。出版社 理工分社材料力学退出页1.5位移、变形与应变1.5.1位移的概念在外力作用下，构件各部分空间位置的变化量统称为位移。构件各点的位移，普通由两部分组成：一是构件作刚性挪动或转动所产生的位移，称为刚性位移；二是构件变形所引起的位移，称为变形位移。资料力学主要讨论变形位移。出版社 理工分社材料力学退出页1.5.2变形和应变构件的变形包括几何外形和尺寸的改动两部分。为了研讨构件的变形，想象将其分割成无数个单元体，整个构件的变形可以看成是这些单元体变形累积的结果。图1.9(a)是从构件中取出的一个单元体，其变形可用棱边长度的改动和棱边所夹直角的改动来描

12、画。设棱边AB的原长为x，变形后长度的改动量为u(见图1.9(b)。那么比值出版社 理工分社材料力学退出页 图1.9出版社 理工分社材料力学退出页称为AB的平均线应变。普通情况下，AB内各点处的变形程度并不一样，为了准确描画A点沿x方向的变形程度，应使x趋近于零，此时，A点沿x方向的线应变(也称正应变)即为用类似的方法可确定A点沿y，z方向的线应变。出版社 理工分社材料力学退出页单元体变形时，除棱边的长度改动外，棱边所夹直角也能够发生改动。直角的改动量称为A点在某平面内的切应变(也称角应变)，用表示。如图1.9(c)所示，A点在xy平面内的切应变同理，可确定A点在yz，xz平面内的切应变。线应

13、变和切应变是度量一点处变形程度的两个根本量。它们的量纲为一。出版社 理工分社材料力学退出页例1.2如图1.10所示，一均质矩形截面薄板受均布力p作用。知：边长l=400 mm，受力后沿x方向均匀伸长l=0.05 mm。试求板中a点沿x方向的正应变。 图1.10出版社 理工分社材料力学退出页解矩形板整体沿x方向的变形程度，反映的是板中各个点沿x方向的变形程度的平均值，可了解为平均线应变，表示为由于矩形截面薄板沿x方向均匀受力，可以为板内各点沿x方向的正应力与正应变处一样(这一假设结论将在下一章节详细讨论)，所以每一个点沿x方向的应变值与矩形板整体沿x方向的变形程度即平均线应变一样。因此出版社 理

14、工分社材料力学退出页例1.3如图1.11所示，一薄方板嵌于四连杆机构内。知：b=250 mm，在P力作用下竖杆下移间隔b=0.025 mm，试求薄板中a点的切应变。 图1.11出版社 理工分社材料力学退出页解四连杆机构整体的角度改动量反映整体剪切变形程度，它是反映各个点剪切变形程度的平均值，可了解为平均切应变，表示为由于薄方板变形受四连杆机构的制约，可以为板中各点均产生切应变，且处处一样。所以各点处剪应变都等于平均切应变，即出版社 理工分社材料力学退出页1.6杆件变形的根本方式杆件的变形与外力有关，工程中最根本的变形方式有以下4种：(1)拉伸和紧缩(见图1.12(a)、(b)这类变形方式是由大

15、小相等、方向相反、作用线与杆件轴线重合的一对力引起的，表现为杆件长度的伸长或缩短。(2)剪切(见图1.12(c)这类变形方式是由大小相等、方向相反、相互平行的一对力引起的，表现为受剪杆件的两部分沿外力作用方向发生相对错动。(3)改动(见图1.12(d)这类变形方式是由大小相等、转向相反、作用面都垂直于杆轴的一对力偶引起的，表现为杆件的恣意两个横截面发生绕轴线的相对转动。(4)弯曲(见图1.12(e)出版社 理工分社材料力学退出页 图1.12出版社 理工分社材料力学退出页小结1.构件正常任务时应满足以下要求(1)强度要求。(2)刚度要求。(3)稳定性要求。2.资料力学的义务3.变形固体的根本假设(1)延续性假设。(2)均匀性假设。(3)各向同性假设。(4)小变形假设。出版社 理工分社材料力学退出页4.内力与截面法物体内部各部分之间因外力作用而引起的附加相互作用力称为附加内力，简称内力。求内力的根本方法是截面法。截面法的根本步骤可归结为：一截为二，任取其一；相互作用，代之内力；根据平衡，确定内力。5.应力与应变内力分布集度称为应力，可了解为单位面积上分布的内力。垂直于截面的应力分量称为正应力。切于截面的应力分量称为切应力。线应变和切应变是度量一点处变形程度的两个根本量。6.杆件根本变形方式包括拉伸与紧缩、剪切、改动和弯曲。