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1、第一章,绪论及基本概念,主要内容,1-1 材料力学的任务1-2 变形固体的基本假设1-3 基本概念1-4 材料力学的主要研究对象1-5 杆件变形的基本形式,【学 时】2【基本要求】掌握材料力学的性质、任务和研究对象.掌握构件的强度、刚度和稳定性问题的概念.懂得其重要性，激起学习它的兴趣.理解材料力学的基本假设、基本概念及研究方法.了解杆件基本变形形式的受力和变形特点.,【重点】材料力学的任务和研究对象.【难点】可变形固体的基本假设.,1-1 材料力学的任务,工程中，确实需要知道物体受力与变形的关系，例如：工程中的冲模问题，而理论力学研究的对象是不变形的刚体，且不能解决工程实际中大量存在的超静定
2、问题。于是，就发展起来了变形体力学最早的分支材料力学，它具有,（1）最简单的模型（2）最基本的概念（3）最根本的方法（4）最典型的结论,一.,每时每刻，人类都不得不同受力的物体或结构打交道：例如，人住的房子，坐的车子等，那么，受力的物体或结构的安全问题如何解决？,材料力学首先回答了安全功能如何保证的问题,材料力学关心的安全性体现在 构件的 强 度 刚 度 稳定性,构件：组成机械的零件或构筑物的杆件统称为构件,材料力学的任务,具有足够的刚度 刚度是构件在外载作用下，抵抗可恢复变形的能力。如机床主轴不应变形过大，否则影响加工精度。满足稳定性要求 稳定性是构件在某种外载作用下，保持其原有平衡状态的能
3、力。例如柱子不能弯等。,保证构件安全工作的三项基本要求具有足够的强度 强度是构件在外载作用下，抵抗破坏的能力。例如储气罐不应爆破。（破坏 断裂或变形过量不能恢复）,强度问题,强度问题,刚度问题,刚度问题,稳定问题,强度、稳定问题,构件的强度、刚度和稳定性均与所用材料的力学性能有关，因此在实验研究基础上，进行理论分析是完成材料力学的任务所必需的途径和手段。,同时，还要解决安全与经济之间的矛盾？因此，材料力学的任务为：,即，在保证构件既安全又适用的前提下，最大限度的发挥材料的经济性能，为构件选择适当的材料，设计合理的截面形状和尺寸。,二.材料力学的研究方法和手段,1.研究构件的强度、刚度和稳定性；
4、2.研究材料的力学性；3.合理解决安全与经济之间的矛盾。,三.材料力学的作用 1.学好材料力学对后续变形体力学的奠基作用 结构力学，弹性力学，塑性力学，断裂力学,纳米力学、流体力学、理性力学2.有助于后续专业课程学习 建筑结构、机械设计、结构设计原理3.有助于学习其它工程：土木、机械、航空、航天、交通、运输、材料、生物工程、仪表等4.今后工程工作中直接受益,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。变形固体的假设 1连续性假设：认为整个物体体积内毫无空 隙地充满物质（数学）2均匀性假设：认为物体内的任何部分，其力 学性能相同（力学）
5、3.各向同性假设：认为在物体内各个不同方 向的力 学性能相同（物理）4.小变形假设：变形与本身的尺寸相比很小 5.线弹性假设：变形与载荷成比例。,1.2 变形固体的基本假设,外力是外部物体对构件的作用力，包括外加载荷和约束反力。1.按外力的作用方式分为：体积力和表面力 1）体积力：连续分布于物体内部各点上的力，如 物体的自重和惯性力。2）表面力：作用于物体表面上的力，又可分为分布力和集中力。分布力是连续作用于物体表面的力，如作用于船体上的水压力等；集中力是作用于一点的力，如火车轮对钢轨的压力等。2.按外力的性质分为：静载荷和动载荷 1）静载荷：载荷缓慢地由零增加到某一定值后，不再随时间变化，保
6、持不变或变动很不显著，称为静载荷。,一.外力,1.3 基本概念,二.内力 外力引起的物体内部的作用力（物体本来存在内部作用力，外力引起了内部 作用力的改变）,截面法求内力 用截面假想地把构件分成两部分，以显示并确定内力的方法,2）动载荷：载荷随时间而变化。动载荷可分为构件具有较大加速度、受交变载荷和冲击载荷三种情况。交变载荷是随时间作周期性变化的载荷；冲击载荷是物体的运动在瞬时内发生急剧变化所引起的载荷。,用截面法求内力的步骤：1）截开：欲求某一截面的内力，沿该截面将构件 假想地截成两部分2）代替：取其中任意部分为研究对象，用作用于 截面上的内力，代替弃去部分对留下部 分的作用力3）平衡：建立
7、留下部分的平衡条件，确定未知的 内力,应力:单位面积上的内力，内力在一点的分布集度,三.应力,应力是一个矢量应力不但与点有关，而且也与面的方位有关C点的应力当面积趋于零时，平均应力的大小 和方向都将趋于一定极限，得到,应力的国际单位为N/m2 1N/m2=1Pa（帕斯卡）1MN/m2=1MPa=106 N/m2=106Pa 1GPa=1GN/m2=109Pa,位于截面内的应力称为“切应力”,垂直于截面的应力称为“正应力”,对于构件任一点的变形，只有线变形和角变形两种基本变形，分别由线应变和角应变(切应变)来度量 1线应变,四.应变,线应变 是单位长度上的变形量，无量纲，其物理意义是构件上一点沿
8、某一方向变形量的大小,2角应变 角应变 即一点单元体两棱角直角的改变 量,无量纲,杆件：长度远大于横向尺寸的构件。杆件主要几何因素是横截面和轴线，其中横截面是与轴线垂直的截面；轴线是横截面形心的连线。直杆：轴线为直线的杆。曲杆：轴线为曲线的杆。等直杆：横截面的形状和大小不变的直杆。变截面杆：横截面沿轴线变化的杆。,1-4 材料力学的主要研究对象,材料力学的主要研究对象从几何方面抽象为杆件。,1-5 杆件变形的基本形式一.轴响拉伸和压缩 受力特点：受大小相等、方向相反、作用线 与 杆件轴线重合的一对力。变形特点：杆件长度的伸长或缩短。,拉 伸,压 缩,剪 切,二.剪 切,受力特点：受大小相等、方
9、向相反、相距很近的一对力。相对错动。变形特点：受剪杆件的两部分沿外力作用方向发生,扭 转,受力特点：大小相等、转向相反、作用面都垂直于杆轴的一对力偶。变形特点：杆件的任意两个横截面发生绕轴线的相对转动。,三.扭 转,弯 曲,受力特点：垂直于杆件轴线的横向力，或由作用于包含杆轴的纵向平面内的一对大小相等、方向相反的力偶。变形特点：杆件轴线由直线变为受力平面内的曲线。,四.弯 曲,弯 曲,组合变形,1材料力学研究的问题是构件的强度、刚度和稳 定性。2构成构件的材料是可变形固体。3对材料所作的基本假设是：均匀性假设，连续 性假设及 各向同性假设。4材料力学研究的构件主要是杆件，且是小变形 杆件。5内
10、力是指在外力作用下，物体内部各部分之间 的相互作用；显示和确定内力可用截面法；应 力是单位面积上的内力。点应力可用正应力与 剪应力表示。,本章小结,6对于构件任一点的变形，只有线变形和角 变形两种基本变形。7杆件的四种基本变形形式是：拉伸（或压 缩），剪切，扭转以及弯曲。,思考题,1.变形体模型与刚体模型的区别与联系?2.刚体模型适用的概念、原理、方法，对变形体 可用性与限制性。诸如：力系的等效与简化；平衡原理与平衡方法等.,3.请判断下列简化在什么 情形下是正确的，什么 情形下是不正确的?,4.请判断下列简化在什么情形下是正确的，什么情形下是不正确的?,5.构件的内力与应力有什么区别和联系?,6.试求图示结构mm和nn两截面上的内力，并指出AB和BC两杆的变形属于何类基本变形?,
