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1、第第5版版 刘鸿文主编刘鸿文主编高等教育出版社高等教育出版社主讲教师：胡卫华主讲教师：胡卫华Mechanics of Materials1.纪律纪律 discipline(1)上课：不可以说话 (2)作业：每周第一次课交，过期不侯,不接受补交.(3)警钟：缺勤三次免修；作业三次不交平时成绩为零；迟到三次记旷课一次(4)平时：上课之前请擦黑板2.考核方式及成绩组成比例：考核方式及成绩组成比例：本课程为考试课程。成绩组成:平时占30%(含实验,作业,考勤等),考试占70%。3.下列情形之一被认为本课程不及格下列情形之一被认为本课程不及格 (1)、实验课缺席者(因故不能按事先预定时间做实验者，应与实
2、验教师联系及时补做)； (2)、总评成绩在60分以下者。 希望希望你能喜欢我的课；你能喜欢我的课； 希望希望你能勇于回答我的问题；你能勇于回答我的问题； 希望希望你能敢于向我提出问题；你能敢于向我提出问题； 希望希望你能通过我的课程，你能通过我的课程， 培养创新精神，增强能力。培养创新精神，增强能力。我我 的的 希希 望望从古代的八大奇迹，到现代的各种建筑，从都江堰到三峡工程，从摩天大楼到地下工程，从古朴破旧的赵州桥到多彩多姿的大桥，从海洋平台到航空航天空间站，从高速列车到机器人，无一不是工程。而在这些工程中,无一不充满着力学的知识。力学与工程紧密结合。是一门既古老又年轻的学科，力学与工程紧密
3、结合。是一门既古老又年轻的学科，它对于近、现代科学技术的进步，有重要的影响。它对于近、现代科学技术的进步，有重要的影响。在复合材料，智能结构的研究在复合材料，智能结构的研究;振动、噪声控制；稳振动、噪声控制；稳定性和可操纵性方面都有不可替代的地位定性和可操纵性方面都有不可替代的地位.力学与工程力学与工程罗德港巨人雕像万里长城亚历山大灯塔摩索拉斯陵墓力学与生活教室等建筑物的设计制造,打篮球,打台球,踢足球,打乒乓球,放风筝,跳伞,飞行表演等无一不充满着力学知识.只要我们用心生活,用心观察,我们将会发现力学是多么可爱,生活是多么有趣。第一章第一章 绪论绪论一、材料力学的发展简史一、材料力学的发展简
4、史二、材料力学的任务二、材料力学的任务三、变形固体的基本假设三、变形固体的基本假设四、内力、截面法、应力、变形与应变的概念四、内力、截面法、应力、变形与应变的概念五、杆件变形的基本形式五、杆件变形的基本形式16381638年：年：关于两种新科学的叙述与证明关于两种新科学的叙述与证明伽利略伽利略 GalileiGalilei 1564- 1564-16421642悬臂梁应力分布悬臂梁应力分布简支梁受集中载荷的最大弯矩简支梁受集中载荷的最大弯矩等强度梁截面形状等强度梁截面形状空、实心圆柱抗弯强度比较空、实心圆柱抗弯强度比较一一 材料力学的发展简史材料力学的发展简史 伽利利略略创创建建了了材材料料力
5、力学学这些文章的发表开创了材料力学的新纪元。这些文章的发表开创了材料力学的新纪元。 1717世纪以后，世纪以后，法国科学家法国科学家 纳维纳维 18261826年著年著材料力学材料力学法国科学家法国科学家 库仑库仑（1736173618061806） 通过实验修正了伽利略的错误，提出了最大切通过实验修正了伽利略的错误，提出了最大切应力强度理论应力强度理论推进了材料力学的进程。奠定了材料力学的基础。推进了材料力学的进程。奠定了材料力学的基础。 从从18世纪起，材料力学开始沿着科学理论的方向向前发展。世纪起，材料力学开始沿着科学理论的方向向前发展。材料力学作为一门独立的课程掀开了历史的篇章。材料力
6、学作为一门独立的课程掀开了历史的篇章。人类历史有多久，力学的历史就有多久。“力”是人类对自然的省悟。1古代建筑-粗犷豪放绛州大堂2.2.建于唐末（建于唐末（857857年）的山西五台山佛光寺东大殿年）的山西五台山佛光寺东大殿建于辽代（建于辽代（10561056年）的山西应县佛宫寺释迦塔年）的山西应县佛宫寺释迦塔塔高塔高9 9层共层共67.3167.31米，用木材米，用木材74007400吨吨900900多年来历经数次地震不倒，现存唯一木塔多年来历经数次地震不倒，现存唯一木塔3 3、山西应县木塔、山西应县木塔4都江堰都江堰都江堰安澜桥安澜桥的拉绳5 5赵州桥赵州桥桥长64.40米，跨径37.02
7、米，是当今世界上跨径最大、建造最早的单孔敞肩型石拱桥。这是世界造桥史的一个创造。赵州桥经历了10次水灾，8次战乱和多次地震，特别是1966年邢台发生的7.6级地震，邢台距这里有40多公里，这里也有四点几级地震，赵州桥都没有被破坏 上海上海 东方电视塔东方电视塔 高高300m 球径球径45m航空航天器航空航天器汽车碰撞试验汽车碰撞试验建建筑筑物物控控制制爆爆破破 抗震模型试验抗震模型试验 （破坏部位、破坏形式、抗震能力）（破坏部位、破坏形式、抗震能力）返回主目录返回主目录返回主目录返回主目录 飞飞 机机 整整 机机 结结 构构 强强 度度 实实 验验 机翼破坏实验机翼破坏实验 机机 身身 结结
8、构构 强强 度度 实实 验验人类生存的基本要求人类生存的基本要求：安全：安全二 材料力学的任务2 、具有足够的刚度刚度（Stiffness） 3 、具有足够的稳定性稳定性（Stability）为了确保结构或机械在外力作用下安全正常工作，对为了确保结构或机械在外力作用下安全正常工作，对零构件提出以下要求零构件提出以下要求：1 、具有足够的强度强度（Strength） 1、具有足够的强度强度Golden Bridge 强度强度（Strength） ：构件抵抗破坏的能力：构件抵抗破坏的能力2 2 、具有足够的、具有足够的刚度刚度刚度刚度（Stiffness） ：构件抵抗变形的能力：构件抵抗变形的能力
9、摇臂钻床的摇臂摇臂钻床的摇臂3 、具有足够的 稳定性稳定性稳定性稳定性（Stability） ：构件维持其原有平衡形式的能力：构件维持其原有平衡形式的能力构件保持原有平衡状态的能力构件保持原有平衡状态的能力构件保持原有平衡状态的能力构件保持原有平衡状态的能力装载机装载机脚手架中的压杆脚手架中的压杆 工程结构的强度、工程结构的强度、 刚度和稳定问题刚度和稳定问题稳稳定定问问题题强强度度刚刚度度 自行车结构也有强度、自行车结构也有强度、 刚度和稳定问题刚度和稳定问题2 、具有足够的刚度刚度（Stiffness） 3 、具有足够的稳定性稳定性（Stability）1 、具有足够的强度强度（Stren
10、gth） 大型汽轮机大型汽轮机 转子转子结构的破坏例：结构的破坏例：轴轴 叶轮叶轮疲劳断裂破坏疲劳断裂破坏转子轴转子轴 疲劳开裂疲劳开裂 疲劳断裂破坏疲劳断裂破坏 叶片击穿厂房叶片击穿厂房叶片击穿厂房叶片击穿厂房著名的海难事件：泰坦尼克号沉船事件著名的海难事件：泰坦尼克号沉船事件 40人死亡；人死亡； 18人受伤；人受伤； 直接经济损失直接经济损失631万元。万元。 19991999年年年年1 1月月月月4 4日，日，日，日，重庆綦江重庆綦江彩虹桥发生垮塌，造成：彩虹桥发生垮塌，造成：彩虹桥发生垮塌，造成：彩虹桥发生垮塌，造成：重庆綦江彩虹桥整体垮塌重庆綦江彩虹桥整体垮塌 他们做梦也未想到，如
11、此美丽形态和名字的桥，在他们脚下消失，就这么短短一座人行过江桥，他们竟走不到对岸重庆綦江彩虹桥整体垮塌重庆綦江彩虹桥整体垮塌 20002000年月年月年月年月2525日，法航协和式客机坠毁，日，法航协和式客机坠毁，日，法航协和式客机坠毁，日，法航协和式客机坠毁，113113人死亡。人死亡。人死亡。人死亡。地面铁条使地面铁条使轮胎爆裂，轮胎爆裂，碎片侵入发碎片侵入发动机。动机。台南高屏大桥断裂台南高屏大桥断裂2000年年8月月27日下午日下午3时时20分，台湾南部高屏大桥断裂，分，台湾南部高屏大桥断裂，大桥中间下陷部分长达大桥中间下陷部分长达100米。米。17辆车坠河，辆车坠河，22人受伤。人受
12、伤。 采沙过度，河面沉降采沙过度，河面沉降10余米，桥墩先断裂。余米，桥墩先断裂。2007年5月广东佛山九江大桥被运沙船只撞断桥墩导致桥面断裂比萨斜塔全部用白色大理石砌成，塔高54.5米，塔身从三层开始倾斜，直到完工还在持续倾斜山西应县木塔2转角增设一柱增加了构架的稳定性稳定性 1八角形，应力分布较均匀应力分布较均匀；空间站和航天器空间站和航天器空间站和航天器空间站和航天器兵兵器器工工业业 飞飞机机与与导导弹弹大型桥梁的强度大型桥梁的强度 刚度刚度 稳定问题稳定问题澳澳澳澳 门门门门 桥桥桥桥上海南浦大桥上海南浦大桥上海南浦大桥上海南浦大桥南京长江大桥大型桥梁的强度大型桥梁的强度 刚度刚度 稳
13、定问题稳定问题 高层建筑高层建筑 大跨度桥梁大跨度桥梁 海洋石油钻井平台海洋石油钻井平台长江三峡工程长江三峡工程机器人技术机器人技术 高速列车高速列车 1 - 2 材料力学与生产实践的关系材料力学与生产实践的关系 20世纪以前，推动近代科学技术与社会进步的蒸汽机、内世纪以前，推动近代科学技术与社会进步的蒸汽机、内 燃机、铁路、桥梁、船舶、兵器等，无一不是材料力学知识的燃机、铁路、桥梁、船舶、兵器等，无一不是材料力学知识的累积、应用和完善的基础上逐渐形成和发展起来的。累积、应用和完善的基础上逐渐形成和发展起来的。20世纪产生的诸多高新技术，如世纪产生的诸多高新技术，如高层建筑高层建筑、大跨度桥梁
14、、大跨度桥梁、海洋平台、精密仪器、海洋平台、精密仪器、航空航天器航空航天器、机器人、高速列车以及、机器人、高速列车以及大型水利工程等许多重要工程更是在材料力学指导下得以实现大型水利工程等许多重要工程更是在材料力学指导下得以实现 ，并不断发展完善的。并不断发展完善的。 上面提到了术语和概念上面提到了术语和概念1、 构件构件 Component or Member ：工程结构或机械的各：工程结构或机械的各 组成部分组成部分 2、 结构结构 Structure：由构件组成的体系，工程结构是工：由构件组成的体系，工程结构是工 程实际中采用的结构程实际中采用的结构3、 载荷载荷 Load：构件和结构承受
15、的负载或荷重：构件和结构承受的负载或荷重 载荷有载荷有 内载荷内载荷 外载荷外载荷4、 变形变形 Deformation：在载荷的作用下，构件的形状及：在载荷的作用下，构件的形状及 尺寸发生的变化称为变形尺寸发生的变化称为变形各向同性与各向异性各向同性与各向异性 微观各向异性，宏观各向同性；微观各向异性，宏观各向同性； 微观各向异性，宏观各向异性。微观各向异性，宏观各向异性。微观不连续微观不连续 ，宏观连续，宏观连续 。微观不均匀微观不均匀 ，宏观均匀。，宏观均匀。均匀连续问题均匀连续问题三三 变形固体及其基本假设变形固体及其基本假设变形固体（deformablebody） 在外力作用下，一切
16、固体都将发生变形，故称在外力作用下，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。件一般都是变形固体。各向同性与各向异性各向同性与各向异性各向同性与各向异性各向同性与各向异性灰口铸铁的灰口铸铁的 显微组织显微组织均匀连续问题均匀连续问题均匀连续问题均匀连续问题球墨铸铁的球墨铸铁的 显微组织显微组织各向同性与各向异性各向同性与各向异性各向同性与各向异性各向同性与各向异性均匀连续问题均匀连续问题均匀连续问题均匀连续问题普通钢材的普通钢材的 显微组织显微组织各向同性与各向异性各向同性与各向异性各向同性与各向异性各
17、向同性与各向异性均匀连续问题均匀连续问题均匀连续问题均匀连续问题优质钢材的优质钢材的 显微组织显微组织各向同性与各向异性各向同性与各向异性各向同性与各向异性各向同性与各向异性均匀连续问题均匀连续问题均匀连续问题均匀连续问题高分子材料高分子材料 微观结构微观结构各向同性与各向异性各向同性与各向异性各向同性与各向异性各向同性与各向异性均匀连续问题均匀连续问题均匀连续问题均匀连续问题 固体力学的研究对象是可变形固体。变形与材固体力学的研究对象是可变形固体。变形与材固体力学的研究对象是可变形固体。变形与材固体力学的研究对象是可变形固体。变形与材料有关。为研究方便，采用下述基本假设：料有关。为研究方便，
18、采用下述基本假设：料有关。为研究方便，采用下述基本假设：料有关。为研究方便，采用下述基本假设： （Fundamental AssumptionsFundamental Assumptions）材料沿各不同方向均具有相同的力学性质材料沿各不同方向均具有相同的力学性质。这样的。这样的材料称为材料称为各向同性材料各向同性材料。用一个参数描写各点在各。用一个参数描写各点在各个方向上的某种力学性能。个方向上的某种力学性能。2) 2) 2) 2) 各向同性假设各向同性假设物体整个体积内都毫无空隙地充满着物质物体整个体积内都毫无空隙地充满着物质，是均匀是均匀、连续的连续的，且任何部分都具有相同的性质且任何部
19、分都具有相同的性质。根据这一根据这一假定，物体内的受力、变形等力学量可以表示为各假定，物体内的受力、变形等力学量可以表示为各点坐标的连续函数，从而有利于建立相应的数学模点坐标的连续函数，从而有利于建立相应的数学模型。型。1)1)1)1) 均匀连续性假设均匀连续性假设homogenization and continuity assumptionisotropy assumptionisotropy assumption1.在研究平衡问题时，不考虑构件变形对力作用的影响2.在讨论构件变形时，允许用垂线代替圆弧。使得问题变成线性问题 远小于构件的最小尺寸，远小于构件的最小尺寸，所以通过节点平衡求各
20、杆所以通过节点平衡求各杆内力时，把支架的变形略内力时，把支架的变形略去不计。计算得到很大的去不计。计算得到很大的简化。简化。3) 小变形假设小变形假设Small deformationSmall deformation 基于此，固体力学研究的基于此，固体力学研究的基于此，固体力学研究的基于此，固体力学研究的最基本问题最基本问题最基本问题最基本问题是：是：是：是：均匀连续介质、各向同性材料的小变形问题均匀连续介质、各向同性材料的小变形问题。四四外力：外力：按按外外力力作作用用的的方方式式体积力体积力: :是连续分布于物体内部各点的力是连续分布于物体内部各点的力如物体的自重和惯性力如物体的自重和惯
21、性力面积力面积力: :如油缸内壁的压力，水坝受如油缸内壁的压力，水坝受到的水压力等均为到的水压力等均为分布力分布力若外力作用面积远小于物体表若外力作用面积远小于物体表面的尺寸，可作为作用于一点面的尺寸，可作为作用于一点的集中力。如火车轮对钢轨的的集中力。如火车轮对钢轨的压力等压力等按按时时间间分布力：分布力：集中力：集中力：静载：静载：（static load）动载：动载：（dynamic load）缓慢加载（缓慢加载（a0a0）快速加快速加载（载（a0a0），或冲击加载），或冲击加载四、外力及其分类四、外力及其分类 ：1.内力内力（internalforce）由于外部原因（载荷、温度变化等）
22、引起的同一物体不同部分之由于外部原因（载荷、温度变化等）引起的同一物体不同部分之间相互作用力的改变量受力构件内相邻两部分间的相互作用力，间相互作用力的改变量受力构件内相邻两部分间的相互作用力，称为内力。称为内力。内力完全由外力引起，并随着外力改变而改变； 这个力若超过了材料所能承受的极限值，杆件就要在 m-m 面处断裂；内力反映了材料对外力有抗力，并传递外力。1）内力的概念构件因受力作用而变形，其内部各部分（各点）之间因相构件因受力作用而变形，其内部各部分（各点）之间因相对位置改变而引起的相互作用力。对位置改变而引起的相互作用力。五、五、内力内力、截面法截面法及应力的概念及应力的概念2.2.求
23、内力的方法截面法求内力的方法截面法1 1、切、切2 2、抛、抛3 3、代、代4 4、平、平F FS SM MF F F FF F F Faa3 、 一点的应力一点的应力p p p p是矢量，法向分量是矢量，法向分量是矢量，法向分量是矢量，法向分量 称称称称正应力正应力正应力正应力(Normal Stress)；切向分量；切向分量；切向分量；切向分量 称称称称剪应力剪应力剪应力剪应力(Shearing Stress) 。定义定义定义定义：是指分布内力系在某点的集度，它反映内力系在某点的是指分布内力系在某点的集度，它反映内力系在某点的是指分布内力系在某点的集度，它反映内力系在某点的是指分布内力系在
24、某点的集度，它反映内力系在某点的强弱程度强弱程度强弱程度强弱程度应力的国际单位为应力的国际单位为Pa 1N/mPa 1N/m2 2= 1Pa= 1Pa（帕斯卡）（帕斯卡） 1MPa = 10 1MPa = 106 6Pa 1GPa = 10Pa 1GPa = 109 9PaPa五五F F F FC C C C D D D D E E E E 位移位移线位移线位移角位移角位移变形变形线变形线变形角变形角变形A A A AA A A A C C C CD D D DE E E E4 4、变形及应变变形及应变变形：物体受力后几何形状或尺寸的改变。变形：物体受力后几何形状或尺寸的改变。变形：物体受力后
25、几何形状或尺寸的改变。变形：物体受力后几何形状或尺寸的改变。线应变线应变线应变线应变 、剪应变剪应变剪应变剪应变 分别与分别与分别与分别与 、 的作用相对应的作用相对应的作用相对应的作用相对应。线应变线应变线应变线应变 ：过过过过MM点线段的尺寸改变点线段的尺寸改变点线段的尺寸改变点线段的尺寸改变。剪应变剪应变剪应变剪应变 ：过过过过MM点直角点直角点直角点直角形状的形状的形状的形状的改变改变改变改变n1、构件、构件n2、构件分类、构件分类构件的分类：构件的分类：杆件、板壳杆件、板壳* *、块体、块体* *六六、构件的分类构件的分类 杆件的基本变形杆件的基本变形六六杆件：杆件：直杆：直杆：折杆
26、：折杆：曲杆：曲杆：等截面直等截面直杆、变截面直杆杆、变截面直杆等截面折等截面折杆、变截面折杆杆、变截面折杆* *等截面曲等截面曲杆、变截面曲杆杆、变截面曲杆* *杆：一个方向的尺寸远大于其它两个方向的尺寸杆：一个方向的尺寸远大于其它两个方向的尺寸纵向（长的一个方向）纵向（长的一个方向）横向（短的两个方向）横向（短的两个方向）横截面：垂直于长度方向的截面横截面：垂直于长度方向的截面轴轴 线：所有横截面形心的连线线：所有横截面形心的连线 横截面和轴线是相互垂直的横截面和轴线是相互垂直的直直 杆：轴线为直线杆：轴线为直线等直杆：轴线为直线，横截面相同等直杆：轴线为直线，横截面相同曲曲 杆：轴线为曲
27、线杆：轴线为曲线拉伸拉伸(Tension)B BA AA AB BB BB BC CC CB BA AC C杆件的四种基本变形形式：杆件的四种基本变形形式：(1)拉伸或压缩拉伸或压缩杆受杆一对大小相等，方向相反的纵向力，力杆受杆一对大小相等，方向相反的纵向力，力的作用线与轴线重合的作用线与轴线重合压缩压缩(Compression)2.剪切剪切(Direct Shear)杆受一对大小相等，方向相反的横向力，力的作用线靠得很近杆受一对大小相等，方向相反的横向力，力的作用线靠得很近3.扭转扭转(torsion)杆受一对大小相等，方向相反的力偶，力偶作用面垂直于杆轴线杆受一对大小相等，方向相反的力偶，力偶作用面垂直于杆轴线4.弯曲弯曲(bending)杆受一对大小相等，方向相反的力偶，力偶作用面是包含杆受一对大小相等，方向相反的力偶，力偶作用面是包含轴线的纵向面轴线的纵向面组合受力组合受力(composite deformation)
