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1、材 料 力 学,第1章 绪 论,第 1 章 绪 论,1.1 材料力学研究的任务 了解1.2 工程中的材料力学问题 了解1.3 外力及其分类 掌握1.4 变形与应变 理解 1.5 变形固体的基本假定 理解1.6 杆件变形的基本形式 掌握,1、材料力学研究的对象、内容和任务2、内力和截面法3、应力的概念4、应变的概念5、变形固体的基本假设6、杆件变形的基本形式,结构、构件、强度、刚度、稳定性、截面法、载荷、内力、应力、应变、弹性、塑性、均匀性假设、连续性假设、各向同性假设、线弹性假设、小变形条件。,本章重点,关键概念,1.1 材料力学研究的任务,桥梁结构,杭州湾跨海大桥（全长36km，目前世界第3
2、长桥梁）,房屋结构,山西应县佛宫寺，塔高65.86米，,塔高468m,世界第3高塔,东方明珠广播电视塔,机械设备,自卸车,吊车,自行车,桥式起重机,大型水利工程设施三峡大坝,由此可见，诸如,公路桥梁,房屋建筑,机械设备,水利工程,、,力学,都是在力学指导下得以实现，并不断发展完善的。,一、材料力学研究对象和研究内容,结构：承受和传递载荷并起骨架作用构件：结构的组成部分,材料力学是研究构件承载能力的一门学科。,1、工程中构件分类以三维尺寸划分,（1）杆件 如 梁、轴、柱,工程构件的分类,（2）板、壳,（3）块体,3.研究内容,2.材料力学研究对象,杆件,构件的承载能力。,强度：构件抵抗破坏的能力
3、。,刚度：构件抵抗变形的能力。,稳定性：构件保持其原有平衡状态的能力。,承载能力,构件正常工作应满足强度、刚度 和稳定性的要求。,强度失效刚度失效稳定性失效,研究处于平衡状态的工程构件的内力、变形和失效规律。,失效的三种主要形式,提出保证杆件具有足够的强度、刚度和稳定性的设计方法和设计准则。,强度、强度失效,强度构件抵抗破坏的能力。,破坏：,明显的塑性变形,断裂,刚度、刚度失效,刚度：构件抵抗变形的能力。,刚度失效：在外力作用下产生明显的弹性变形。,刚度问题 结构刚度不够变形过大，超出规定范围，虽然不破坏但也会影响正常工作和使用。,稳定性、稳定性失效,稳定性：构件保持稳定的平衡状态的能力。,稳
4、定性失效：构件在外力作用下平衡形式发生突然转变。,二、材料力学的任务,材料力学的任务就是在满足强度、刚度和稳定性的要求下，以最经济的代价，为构件确定合理的截面形状和尺寸，选择合适的材料，为设计构件提供必要的理论基础和计算方法。,三、材料力学的研究方法,材料力学的理论中，所有的分析和计算方法均是建立在以实验为依据的一系列假设上。有些问题现在还无理论分析结果，须借助实验方法来解决。,理论研究实验分析,反映材料力学性质的参数，如 E、s、b,获得,材料力学计算结果的准确性和可靠性也必须由实验和工作实践给予证实。,实验分析和理论研究同样是材料力学解决问题的手段。,强度问题,1.2 工程中的材料力学问题
5、,大量的工程问题需要用到材料力学的理论和方法去解决。,2009年7月25日凌晨4：40，山体滑坡，50吨飞石砸断汶川彻底关大桥桥墩，造成大桥垮塌，6死12伤重大事故。,刚度问题,工程中的材料力学问题,工程中的材料力学问题,稳定性问题,自卸车,1.3 外力（载荷）及其分类,一、外力的概念 定义：构件以外的其它物体对构件产生的作用力就是外力。,在工程中，作用在结构上的外力（载荷）是多种多样的。为了便于力学分析，需要从不同的角度，将它们进行分类。,主动加到构件上的外力载荷,外力,被动加到构件上的外力约束力,二、载荷的分类,按随时间的变化分为,静载荷,交变载荷,按作用范围分为,体积力(如重力)表面力(
6、如风载，雪载等),分布载荷,随时间变化,集中载荷(载荷分布面积远小于物体表面积),动载荷,冲击载荷,不随时间变化,桥面板作用在钢梁的力,汽车通过轮胎作用在桥面上的力,分布载荷,集中载荷,一、内力 1、内力的概念 指由外力作用所引起的物体内部的互相作用力（附加内力）。,1.4 内力、截面法和应力的概念,截面上的内力系向截面上某点简化后得到的主矢FR和主矩M，称为该截面上的内力。,2、内力的特征（1）随外力的变化而变化。（2）内力成对出现，且相互平衡。,截面法的基本步骤：截开 代替 平衡,3 内力的计算方法截面法,例如：拉杆内力FN。,平均应力：某范围内单位面积上内力的平均集度,一点的应力（全应力
7、）：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,3.应力的表示,二、应力,2.应力：内力在截面上一点的集度称为应力。,1.问题的提出 内力是代表一个截面上的合力或合力矩的大小，但截面上每一个质点所受力的大小无法用内力表示。,全应力分解为：,应力分解的原因：正应力引起构件的拉抻与压缩变形 切应力引起构件的剪切与错动变形,4、应力的单位：Pa，kPa，MPa,应力的量纲：力/长度2,5、应力正负号的规定（1）正应力：拉应力为正，压应力为负。（2）切应力：以其对截面内任一点产生顺时针的转动效应则为正，反之为负。,正 负,1.5 位移、变形及应变,一、位移 变形前后物体内一点或一线段位
8、置的变化。,线位移：物体内一点位置移动的直线距离。,角位移：物体内一线段（或截面）方位改变的角度。如：AB线段的角位移为,二、变形 物体在外力作用下其形状或几何尺寸发生的变化称为变形。物体的形状可用它各部分的长度和角度来表示，因此，变形可归结为长度的改变和角度的改变。,三、位移与变形关系,变形可以用点的位移来描述。位移既可以是刚体位移也可以是由物体变形引起的位移。,一定有,不一定有,四、应变,1、定义：度量物体一点处的变形程度。,应变,一点的变形用正应变和切应变来表示。,正应变：受力物体变形时，一点处沿某一方向微小线段的伸长或缩短，记为。,例：受拉力作用的杆件，其平均正应变为,切应变：受力物体
9、变形时，一点处两互相垂直的微小线段的直角改变量，记为。,4、应变与应力的对应关系 对于均质各向同性材料，正应力只引起线应变，切应力引起切应变；不引起，不引起。,2、应变的单位,3、正负号的规定,量纲均为一,构件固体材料变形体理想弹性体,1.6 变形固体的基本假定,1.连续性假设,认为整个物体所占空间内毫无空隙地充满物质。应力、应变分量都可以建立连续函数，可应用微积分知识。,2.均匀性假设,认为物体内的任何部分，其力学性能相同。局部适用整体,在研究构件强度、刚度和稳定性时，为了简化问题，对材料性质做作如下假设：,3.各向同性假设,认为物体在各个不同方向上的力学性能相同。简化力与变形关系,各向异性
10、 如竹子、木材、纤维增强复合材料,4.线弹性假设,认为物体卸载后立即完全恢复其原有形状和尺寸，无残余变形，且力与变形成正比关系。,小变形的要点：,认为构件的变形极其微小，比构件本身尺寸要小得多。,5.小变形假设,对构件变形作假设小变形,（1）在研究构件的平衡和运动时，将构件视为刚体，按变形前的原始尺寸进行计算原始尺寸原理(刚化原理）；（2）研究对象的变形处于线弹性范围；（3）在求某一具体的小变形值时，其高阶微量可忽略不计。,远小于构件的最小尺寸，所以通过节点平衡求各杆内力时，把支架的变形略去不计。计算得到很大的简化。,1.7 杆件变形的基本形式,1.轴向拉伸或轴向压缩,2.剪切,3扭转,4弯曲,本章结束,谢谢！,
