1、1緒緒 論論 及及 基基 本本 概概 念念第一章第一章21- 1材料力學的任務材料力學的任務 結構結構 建筑物或機械中承受建筑物或機械中承受 荷載荷載 而起骨架作用的部分。而起骨架作用的部分。一、研究對象一、研究對象荷載荷載（分靜荷載、動荷載）（分靜荷載、動荷載） 各構件在正常工作情各構件在正常工作情 況下一般承受的力。況下一般承受的力。構件：組成構件：組成 結構結構或或 機械機械 的單個部分的單個部分二、研究內容二、研究內容構件的構件的 強度、剛度、穩定性強度、剛度、穩定性 及材料的及材料的力學性質力學性質。 外力外力 荷載和約束力荷載和約束力32. 在荷載作用下構件所產生的變形應不超過工程

2、上允許的范圍，在荷載作用下構件所產生的變形應不超過工程上允許的范圍， 即要求有足夠的即要求有足夠的 剛度剛度。強度：構件抵抗破壞的能力強度：構件抵抗破壞的能力1. 在荷載作用下構件應不致于破壞（斷裂），即應具有足夠的在荷載作用下構件應不致于破壞（斷裂），即應具有足夠的強度強度。 剛度：構件抵抗變形的能力剛度：構件抵抗變形的能力3. 承受荷載作用時，構件在其原有形狀下的平衡應保持為承受荷載作用時，構件在其原有形狀下的平衡應保持為穩定的平衡穩定的平衡， 即要滿足即要滿足 穩定性穩定性 的要求。的要求。穩定性：構件維持其原有平衡形式的能力穩定性：構件維持其原有平衡形式的能力 受一定外力作用的構件，要

3、求能正常工作，受一定外力作用的構件，要求能正常工作， 一般須滿足以上三方面要求。一般須滿足以上三方面要求。4足夠的強度足夠的強度必須的剛度必須的剛度足夠的穩定性足夠的穩定性54.75m678910三、研究方法三、研究方法 材料力學的任務材料力學的任務 : 設計構件時，在保證滿足強度設計構件時，在保證滿足強度、剛度、剛度、穩定性的要求的前提下，還必須盡可能合理選用材料和降低穩定性的要求的前提下，還必須盡可能合理選用材料和降低材料的消耗量，以節約資金或減輕構件的自重。材料的消耗量，以節約資金或減輕構件的自重。傳統方法：理論方法與實驗方法；傳統方法：理論方法與實驗方法；計算機分析方法計算機分析方法1

4、1 1- 2 材料力學與生產實踐的關系材料力學與生產實踐的關系 20世紀產生的諸多高新技術，如高層建筑、大跨度橋梁、世紀產生的諸多高新技術，如高層建筑、大跨度橋梁、海洋平臺、精密儀器、航空航天器、機器人、高速列車以及海洋平臺、精密儀器、航空航天器、機器人、高速列車以及大型水利工程等許多重要工程更是在力學指導下得以實現大型水利工程等許多重要工程更是在力學指導下得以實現 ，并不斷發展完善的。并不斷發展完善的。 20世紀以前，推動近代科學技術與社會進步的蒸汽機、內世紀以前，推動近代科學技術與社會進步的蒸汽機、內 燃機、鐵路、橋梁、船舶、兵器等，無一不是力學知識的累積燃機、鐵路、橋梁、船舶、兵器等，無

5、一不是力學知識的累積、應用和完善的基礎上逐漸形成和發展起來的。、應用和完善的基礎上逐漸形成和發展起來的。12 高層建筑高層建筑13 大跨度橋梁大跨度橋梁14航空航天器航空航天器15 除上述工業部門的工程外，還有一些非工業工程也都與力學除上述工業部門的工程外，還有一些非工業工程也都與力學 密切相關，如體育運動工程，賽車結構為什么前細后粗？車輪密切相關，如體育運動工程，賽車結構為什么前細后粗？車輪 也是前小后大？等等。也是前小后大？等等。 另有一些高新技術，如核反應堆工程、電子工程、計算機另有一些高新技術，如核反應堆工程、電子工程、計算機工程等，雖然是在其他基礎學科指導下產生和發展起來的，但工程等

6、，雖然是在其他基礎學科指導下產生和發展起來的，但都對力學提出了各式各樣的、大大小小的問題。如核反應堆壓都對力學提出了各式各樣的、大大小小的問題。如核反應堆壓力殼在高溫和壓力作用下，其壁厚的設計？等等。力殼在高溫和壓力作用下，其壁厚的設計？等等。16 展望展望21世紀，力學加上不斷進步的電子計算機世紀，力學加上不斷進步的電子計算機 必將成為工程新設計的主要手段。必將成為工程新設計的主要手段。 分析一些重大災難事件，也不難發現力學在工程分析一些重大災難事件，也不難發現力學在工程設計中的重要地位。設計中的重要地位。17 著名的海難事件：泰坦尼克號沉船事件著名的海難事件：泰坦尼克號沉船事件18 美國橋

7、塌事件美國橋塌事件19 1 - 3 可變形固體的性質及其基本假設可變形固體的性質及其基本假設二、二、可變形固體的幾種基本假設可變形固體的幾種基本假設一、一、可變形固體：在荷載作用下發生變形的固體可變形固體：在荷載作用下發生變形的固體。1. 連續假設連續假設物體在其整個體積內充滿了物質而毫無空隙，其結構是密實的。物體在其整個體積內充滿了物質而毫無空隙，其結構是密實的。物體內各點處的力學性質是完全相同的。物體內各點處的力學性質是完全相同的。2. 均勻假設均勻假設變形變形 尺寸尺寸 的改變和的改變和 形狀形狀 的改變的改變20(1) 變形必須滿足幾何相容條件，即變形后的固體既不引起變形必須滿足幾何相

8、容條件，即變形后的固體既不引起“ 空隙空隙 ”，也不產生，也不產生 “ 擠入擠入”現象。現象。 材料在各個方向的力學性質相同。材料在各個方向的力學性質相同。3.各向同性假設各向同性假設(3) 從物體內任意一點處取出的體積單元，其力學性能都能從物體內任意一點處取出的體積單元，其力學性能都能 代表整個物體的力學性能。代表整個物體的力學性能。(2) 把某些力學量看作固體上點的位置連續函數時，可進行把某些力學量看作固體上點的位置連續函數時，可進行 極限分析極限分析。21(a)變形后兩部分 相互重疊(b)變形后兩部分 相互分離(c)變形后兩部分 協調一致變形前22la+b三、彈性變形和塑性變形三、彈性變

9、形和塑性變形彈性變形：卸除荷載后能完全消失的那一部分變形。彈性變形：卸除荷載后能完全消失的那一部分變形。塑性變形：卸除荷載后不能完全消失而殘留下來的那部分變形。塑性變形：卸除荷載后不能完全消失而殘留下來的那部分變形。 l+a+b : 加載后的桿長加載后的桿長l+a : 卸載后的桿長卸載后的桿長bab ：彈性變形彈性變形a ： 塑性變形塑性變形23構件材料的力學模型構件材料的力學模型連續、均勻、各向同性的可變形固體，且在大多數場合下連續、均勻、各向同性的可變形固體，且在大多數場合下局限在局限在 彈性變形彈性變形 范圍內和范圍內和 小變形小變形 條件下進行研究。條件下進行研究。 小變形小變形： 變

10、形遠小于構件的原始尺寸。變形遠小于構件的原始尺寸。24FBAl小變形下，在考慮靜力平衡，靜力等效等問題時，小變形下，在考慮靜力平衡，靜力等效等問題時，可以將變形略去，按變形前的原始尺寸計算。可以將變形略去，按變形前的原始尺寸計算。FBlll mARANA0, 0AAFlmm0)(AllFm不用不用25CAB答：不能答：不能ABAB 桿產生變形桿產生變形只有只有 AC 段產生變形段產生變形26外力：其他構件對研究對象的作用力。外力：其他構件對研究對象的作用力。外力種類：體積力和表面力（簡稱體力和面力）。外力種類：體積力和表面力（簡稱體力和面力）。FMq(x)q內力和截面法內力和截面法 應力應力

11、一一. .外力和內力外力和內力27F1F3F2FnF1F3FnF2內力和截面法內力和截面法 應力應力 內力：由于外力作用，構件各質點間的相對位置發生變化，內力：由于外力作用，構件各質點間的相對位置發生變化，而產生的附加內力。（內力是由于外力引起的）而產生的附加內力。（內力是由于外力引起的）假想截面假想截面28截面法求內力截面法求內力截面法是材料力學中研究內力的一個基本方法。截面法是材料力學中研究內力的一個基本方法。求圖中任一截面求圖中任一截面 mm 內力的步驟：內力的步驟：(1) (1) 在求內力的截面處，將構件在求內力的截面處，將構件假想切開假想切開成兩部分成兩部分mm29mm(2) (2)

12、 留下一部分，棄去一部分留下一部分，棄去一部分 ，并以，并以內力代替內力代替棄去部分棄去部分對留下部分的作用。對留下部分的作用。mmmm截面法求內力截面法求內力(3) (3) 建立靜力平衡方程由已知力求未知力。建立靜力平衡方程由已知力求未知力。30 用假想截面從所要求的截面處將桿截為兩部分 考察其中任意一部分的平衡 由平衡方程求得橫截面的內力分量，000CyxMFFCFsy31FRFNFsMMBMxFN軸力：產生軸向的伸長或縮短變形；軸力：產生軸向的伸長或縮短變形；Fs剪力：產生剪切變形；剪力：產生剪切變形；Mx扭矩：產生扭轉變形；扭矩：產生扭轉變形；MB（ My或或Mz) ) 彎矩彎矩: :

13、產生彎曲變形。產生彎曲變形。32 在一定條件下，桿件所有內力分量作用的效果，可以視為各個內力分量單獨作用效果的疊加。通常可歸結為三組平面內內力分量與外力：FP1 FP2FRMMzMyMxFs yFs zFNFs 33桿件橫截面上的應力34桿件橫截面上的應力35桿件橫截面上的應力正應力與切應力定義 yxzAFAlimN0 AFAlims0 AFsyFszFNFRF1F236桿件橫截面上的應力應力與內力分量之間的關系F1F2yxzdAxMyFN MzNdFAAxyAxMzAdzAxMyAdxyxz37 正應變與切應變 正應變與切應變定義正應變是單位長度的線變形量？xu+duxxxuxdddxxu

14、線變形對于正應力作用下的微元，沿著正應力方向將產生伸長和縮短，這種變形稱為線變形。 38 正應變與切應變定義 角變形對于切應力作用下的微元，兩邊夾角的改變。 符號規定：拉應力與拉應變為正； 壓應力與壓應變為負。 正應變與切應變39 線彈性材料的應力應變關系 胡克定律EExxxx,GG,OxxOE 彈性模量G 切變模量40 1 - 4 材料力學研究對象的幾何特征材料力學研究對象的幾何特征一一. 構件的分類構件的分類構件大致可以歸納為四的分類：構件大致可以歸納為四的分類：桿，板，殼桿，板，殼 和和 塊體塊體。桿有兩個主要的幾何特征：桿有兩個主要的幾何特征：1.縱向尺寸（長度）遠比橫向尺寸大得多的構

15、件稱為縱向尺寸（長度）遠比橫向尺寸大得多的構件稱為 桿桿。軸線軸線 _ 所有橫截面形心的連線所有橫截面形心的連線橫截面橫截面 _垂直于桿件長度的截面垂直于桿件長度的截面41等直桿等直桿 等截面的直桿（材料力學研究的主要對象）等截面的直桿（材料力學研究的主要對象）直桿直桿 軸線為直線的桿件軸線為直線的桿件曲桿曲桿 軸線為曲線的桿件軸線為曲線的桿件等截面桿等截面桿 各橫截面尺寸不變的桿各橫截面尺寸不變的桿橫截面橫截面軸線軸線形心形心42中面為平面的構件稱為中面為平面的構件稱為 板板（平板）（平板）中面為曲面的構件稱為中面為曲面的構件稱為 殼殼（曲板）（曲板）板板殼殼2.如果構件一個方向的尺寸厚度遠

16、小于其它兩個方向的尺寸，如果構件一個方向的尺寸厚度遠小于其它兩個方向的尺寸， 平分板這種構件的面稱為平分板這種構件的面稱為 中面中面433. 三個方向尺寸差不多的構件（同量級）稱為塊體三個方向尺寸差不多的構件（同量級）稱為塊體板板殼殼塊體塊體441-5 桿件變形的基本形式 當桿件兩端承受沿軸線方向的拉力或壓力載荷時，桿件將產生軸向伸長或壓縮變形。451-5 桿件變形的基本形式 在平行于桿橫截面的兩個相距很近的平面內，方向相對地作用著兩個橫向力，當這兩個力相互錯動并保持二者之間的距離不變時，桿件將產生剪切變形 。461-5 桿件變形的基本形式 當作用在桿件上的力組成作用在垂直于桿軸平面內的力偶M

17、e時，桿件將產生扭轉變形，即桿件的橫截面繞其軸相互轉動 。471-5 桿件變形的基本形式 當外加力偶M或外力作用于桿件的縱向平面內時，桿件將發生彎曲變形，其軸線將變成曲線。 481-5 桿件變形的基本形式 由基本受力形式中的兩種或兩種以上所共同形成的受力與變形形式即為組合受力與變形 。 49 結論與討論50 結論與討論 請判斷下列簡化在什么情形下是正確的，什么情形下是不正確的：51 結論與討論 請判斷下列簡化在什么情形下是正確的，什么情形下是不正確的：52入門入門數學數學物理學物理學理論力學理論力學其他其他建筑材料建筑材料建筑結構建筑結構結構力學結構力學彈性力學彈性力學機械零件機械零件機械原理機械原理其他其他材料力學材料力學53 材料力學是一門很重要的技術基礎課，他與機械、土建、材料力學是一門很重要的技術基礎課，他與機械、土