1、 主编第6章材料力学基础6.1材料力学的基本概念学习目标：1.了解变形固体概念及其基本假设。2.熟悉材料力学的有关概念。3.理解内力和应力的概念。6.1.1变形固体及其基本假设 理论力学主要研究物体的平衡和运动规律，因此将研究对象抽象为刚体。(1)连续性假设假设物质毫无空隙地充满了整个固体。(2)均匀性假设假设固体内各处的力学性能完全相同。(3)各向同性假设假设固体在各个方向的力学性能完全相同。(4)小变形假设若固体的变形较其尺寸小得多，这种变形称为小变形。6.1材料力学的基本概念6.1.2材料力学的任务图6-1汽车发动机曲轴6.1材料力学的基本概念1.足够的强度构件抵抗破坏的能力，称为强度。
2、2.足够的刚度构件抵抗变形的能力，称为刚度。3.足够的稳定性构件受载后保持原有平衡形态的能力，称为稳定性。6.1.3外力、内力、应力和应变1.外力以构件作为研究对象时，作用于构件上的载荷和约束反力称为外力。2.内力和截面法3.截面上的应力6.1材料力学的基本概念用截面法求出的内力，只表示构件受力的大小，并不能判断出构件某一点受力的强弱程度。图6-2应力的计算4.应变截面的变形既有长度方面的改变，也有角度方面的改变。6.1材料力学的基本概念图6-3应变的计算6.1.4杆件变形的基本形式在工程实际中，构件的形式很多，常见的形式是杆件。6.1材料力学的基本概念(1)轴向拉伸和压缩变形当杆件受到沿轴线
3、方向的两个大小相等、方向相反的拉力或压力时，杆件就会沿轴向伸长或缩短。(2)剪切和挤压变形杆件受到大小相等、方向相反、作用线不重合且相距较近的两个垂直于杆轴线方向的力的作用时，杆件的两个力中间部分产生各截面的相互错动，这种变形就是剪切变形，如图6-4b所示。(3)扭转变形杆件受到大小相等、方向相反、作用面垂直于杆轴线的一对力偶作用时，杆件的任意两个截面相互发生绕轴线的相对转动。(4)弯曲变形杆件受到与轴线相垂直的力作用或受到纵向平面内的力偶的作用时，杆件的轴线由直线变成曲线，这种变形称为弯曲变形，如图6-4d所示。6.1材料力学的基本概念图6-4杆件变形的基本形式习题6.1材料力学的基本概念1
4、.材料力学研究的主要内容是，它的研究对象是。2.为了保证机械的正常工作，组成机械的各种构件应该具有、。A.只与材料的性质有关B.只与构件的尺寸和形状有关C.与二者都有关 D.与二者都无关A.正应力 B.切应力C.应变 D.力学性能A.内力 B.变形C.力学性能 D.外力A.构件不变形 B.构件不破坏6.1材料力学的基本概念C.构件仅发生弹性变形 D.构件的变形远远小于其原始尺寸A.拉伸变形 B.剪切变形C.扭转变形 D.弯曲变形A.拉伸变形 B.剪切变形C.扭转变形 D.弯曲变形A.拉伸变形 B.剪切变形C.扭转变形 D.弯曲变形A.拉伸和压缩变形 B.剪切变形C.扭转变形 D.弯曲变形6.2
5、基本变形拉伸和压缩、剪切和挤压学习目标：1.了解拉伸、压缩、剪切和挤压的概念。2.熟悉拉伸、压缩、剪切和挤压变形的特点。3.理解拉伸、压缩、剪切和挤压变形其横截面上应力的分布规律。4.了解拉伸、压缩、剪切和挤压变形强度计算的基本方法。6.2.1拉伸与压缩的概念工程实际中，发生轴向拉伸或压缩变形的杆件很多。图6-5发动机连杆工作情况6.2基本变形拉伸和压缩、剪切和挤压图6-6拉伸和压缩变形的受力及变形特点a)拉伸变形b)压缩变形6.2.2拉伸与压缩的内力和应力1.内力如图6 7所示的杆件，沿杆的轴线方向作用两个大小相等、方向相反的力F，杆件处于平衡状态。6.2基本变形拉伸和压缩、剪切和挤压图6-
6、7拉伸变形时的内力6.2基本变形拉伸和压缩、剪切和挤压由于拉伸和压缩时的内力垂直于横截面，所以应力也垂直于横截面，根据应力的定义可知，横截面上的应力为正应力，用表示，即3.胡克定律17世纪中叶，英国科学家胡克通过实验，发现了力与变形的关系：当杆内的应力不超过某一限度时，应力与应变成正比。6.2.3拉伸(压缩)时材料的力学性能材料的力学性能是指材料受外力时，在强度和变形方面表现出的性能，是解决强度、刚度和稳定性问题所不可缺少的依据。1.塑性材料的力学性能材料的力学性能可通过实验测定。2.应力6.2基本变形拉伸和压缩、剪切和挤压图6-8低碳钢的应力-应变图6.2基本变形拉伸和压缩、剪切和挤压灰铸铁
7、是典型的脆性材料，拉伸时的其应力 应变关系曲线没有明显的直线部分。3.工作应力、极限应力、许用应力、安全系数与强度条件构件工作时，由载荷引起的应力称为工作应力。6.2.4剪切变形1.剪切的概念杆件受到大小相等、方向相反、作用线不重合且相距较近的两个垂直于杆轴线方向的力的作用时，杆件位于两个力中间部分各截面将产生相互错动，这种变形称为剪切变形。2.脆性材料的力学性能6.2基本变形拉伸和压缩、剪切和挤压图6-9常见受剪的联接件2.剪切应力构件受到剪切力的作用时，在它的剪切面上就要产生与截面平行的抵抗剪切变形的内力，称为剪应力，用FQ表示。6.2基本变形拉伸和压缩、剪切和挤压图6-10截面法求剪应力
8、3.剪切的强度条件为了保证剪切变形构件工作时安全可靠，剪切强度条件为6.2.5挤压变形一般情况下，杆件发生剪切变形的同时，往往还伴随着挤压变形。6.2基本变形拉伸和压缩、剪切和挤压图6-11挤压变形的受力情况习题1.杆件受轴向拉伸或压缩时的受力特点是。2.杆件轴向拉伸或压缩变形的特点是。6.2基本变形拉伸和压缩、剪切和挤压3.根据受力特点，判断图6-12中所示的构件在12段是否属于轴向拉伸或压缩？为什么？图6-123题图4.现有低碳钢和铸铁两种材料，试确定图6-13中AB、CD两杆件各应采用哪种材料比较合理？为什么？6.2基本变形拉伸和压缩、剪切和挤压图6-134题图6.2基本变形拉伸和压缩、
9、剪切和挤压材料的许用应力是指；材料的极限应力是指。5.构件的工作应力是指6.3基本变形扭转和弯曲变形学习目标：1.了解扭转及弯曲变形的现象和概念，熟悉两种变形的受力特点。2.理解两种变形横截面上内力的特点和应力分布的规律。3.理解两种变形的强度条件。6.3.1扭转变形1.扭转的概念图6-14汽车转向盘的受力情况6.3基本变形扭转和弯曲变形2.圆轴扭转变形的外力、内力及应力工程上发生扭转变形的构件，大多是截面为圆形或圆环形的直轴。图6-15扭转变形时的内力6.3基本变形扭转和弯曲变形图6-16圆轴的扭转实验6.3基本变形扭转和弯曲变形图6-17扭转变形截面应力分布图6.3基本变形扭转和弯曲变形3
10、.扭转的强度条件为了保证圆轴的正常工作，必须使其横截面上最大扭应力max不超过材料的许用扭应力。6.3.2弯曲变形1.平面弯曲图6-18弯曲变形实例6.3基本变形扭转和弯曲变形图6-19梁的基本形式a)简支梁b)外伸梁c)悬臂梁2.梁的内力剪力和弯矩梁在外力作用下，横截面上将产生内力。6.3基本变形扭转和弯曲变形图6-20截面法求梁的内力6.3基本变形扭转和弯曲变形图6-21弯矩的正负规定3.纯弯曲时的正应力6.3基本变形扭转和弯曲变形图6-22直梁的弯曲变形6.3基本变形扭转和弯曲变形图6-23纯弯曲应力分布规律6.3基本变形扭转和弯曲变形图6-246题图6.3基本变形扭转和弯曲变形图6-2
11、57题图6.3基本变形扭转和弯曲变形图6-268题图对细长杆施加轴向压力时，其压应力远远小于材料的抗拉强度b时，它便会变弯，或因变弯而折断。6.3基本变形扭转和弯曲变形压杆的这种不能保持原有直线平衡状态而突然变弯的现象，称为压杆失去稳定性，如图所示。细长杆的失稳并不是强度不足，而是稳定性不够。越细长的压杆越容易失稳。失稳的后果往往很严重，汽车制造与修理中有许多地方需要考虑细长杆失稳的问题。汽车发动机曲柄连杆机构中的连杆，如图6-27b所示，当活塞顶上受到爆发压力时，连杆会受到很大压力；汽车发动机配气机构中的推杆，如图6-27c所示，在推动摇臂打开气门时，也会受到很大压力的作用；螺旋千斤顶(图6-27d)，在工作中受到很大的压力等。6.3基本变形扭转和弯曲变形图6-27杆件受压a)压杆b)连杆c)推杆d)螺旋千斤顶
