1、1緒緒 论论1 1 材料力学的性质、任务材料力学的性质、任务;2 2 关于变形固体的概念；关于变形固体的概念；3 3 材料力学的基本假设；材料力学的基本假设；4 4 内力的概念内力的概念 截面法；截面法；5 5 应力的概念；应力的概念；6 6 位移和应变的概念位移和应变的概念;7 7 构件的基本变形形式。构件的基本变形形式。INTRODUCTION 1 22一、材料力学的性质和任务一、材料力学的性质和任务 THE TASK OF MECHANICS OF MATERIALS3 材料力学的性质、任务45三 大 任 务强度要求刚度要求稳定性要求strengthrigiditystability强度
2、要求刚度要求稳定性要求6 强度强度，是指材料或构件，是指材料或构件抵抗破坏抵抗破坏的能力。的能力。例如，木材与钢材相比例如，木材与钢材相比，钢材的强度高于木材。，钢材的强度高于木材。强强 度度STRENGTH 图示图示相同尺寸相同尺寸的木梁和的木梁和钢梁，在钢梁，在相同载荷相同载荷作用下，作用下，木梁破坯木梁破坯了。了。7 70 70年代初，在西安市北郊年代初，在西安市北郊紅旗机械厂机场，一架刚刚紅旗机械厂机场，一架刚刚俢理后的军用飞机作试飞飞俢理后的军用飞机作试飞飞行时，刚一起飞就墜落在机行时，刚一起飞就墜落在机场附近的农田里。亊故分析场附近的农田里。亊故分析结果查明，原因是油泵传动结果查明
3、，原因是油泵传动齿轮轴上的一个紧固罗釘因齿轮轴上的一个紧固罗釘因加工超差，强度不足而断裂，加工超差，强度不足而断裂，导致了这次机毀人伤的亊故。导致了这次机毀人伤的亊故。强度亊故强度亊故典型亊例典型亊例8亊故分析亊故分析 齿轮紧固罗钉减轻孔深度超过设计尺齿轮紧固罗钉减轻孔深度超过设计尺寸，致使罗钉的粗细过度部位变成了薄寸，致使罗钉的粗细过度部位变成了薄壁圆筒，强度不足，罗钉由此处断裂。壁圆筒，强度不足，罗钉由此处断裂。超差件超差件设计图设计图9 福建省一位木工出身的农民土专家设计了一座福建省一位木工出身的农民土专家设计了一座小型水库大坝，并由一支农民建筑工程队施工修小型水库大坝，并由一支农民建筑
4、工程队施工修建。半年后在水位尚未达到设计要求的情况下，建。半年后在水位尚未达到设计要求的情况下，大坝就崩塌了。大坝就崩塌了。10事故分析结果表明事故分析结果表明：（1 1）坝体设计的强度储备安全系数为）坝体设计的强度储备安全系数为5 5倍，有点偏低。倍，有点偏低。（2 2）建筑施工的质量很差，是事故的主要原因。）建筑施工的质量很差，是事故的主要原因。11 位于长江边的江西省九江市是一座新兴的位于长江边的江西省九江市是一座新兴的工业城市，京九铁路从这里通过，是我国改工业城市，京九铁路从这里通过，是我国改革开放以来新兴的水、陆交通枢纽。革开放以来新兴的水、陆交通枢纽。12 几年前党和政府就决定在长
5、江边修建几年前党和政府就决定在长江边修建了一道防洪大堤（防洪墙），以防洪水了一道防洪大堤（防洪墙），以防洪水来临时，万一发生了决堤，这道大堤将来临时，万一发生了决堤，这道大堤将会挡住洪水，确保九江市的数十万人民会挡住洪水，确保九江市的数十万人民的生命财产的安全。的生命财产的安全。13 98年夏季由于全球性气候反常我国出现了全国性连续年夏季由于全球性气候反常我国出现了全国性连续多雨天气，长江中下游地区遭受了罕见的洪涝灾害，多雨天气，长江中下游地区遭受了罕见的洪涝灾害，长江水位超过了历史最高记录，武汉告急，九江更告长江水位超过了历史最高记录，武汉告急，九江更告急！凶涌的长江水冲开了九江地段的堤坝，
6、直向九江急！凶涌的长江水冲开了九江地段的堤坝，直向九江市冲来，本来希望新筑的防洪大坝可以发挥作用，没市冲来，本来希望新筑的防洪大坝可以发挥作用，没想到这道大坝在洪水面前不堪一击，全线崩溃，九江想到这道大坝在洪水面前不堪一击，全线崩溃，九江市被淹没在洪水之中，九江市告急！市被淹没在洪水之中，九江市告急！14 防洪大坝强度不足，原因何在？是设计者的防洪大坝强度不足，原因何在？是设计者的责任？还是施工者的责任？倒塌了的坝体残骸责任？还是施工者的责任？倒塌了的坝体残骸将事故原因暴露地明明白白，原因就在于大坝将事故原因暴露地明明白白，原因就在于大坝没有按照设计要求施工建设。设计要求大坝必没有按照设计要求
7、施工建设。设计要求大坝必须是钢筋混凝土结构，而实际施工则是普通混须是钢筋混凝土结构，而实际施工则是普通混凝土结构，并且使用的水泥标号偏低，也不符凝土结构，并且使用的水泥标号偏低，也不符合设计要求。合设计要求。15 1996 1996年重庆市綦江县投资年重庆市綦江县投资400400多万多万元建成了一座跨度元建成了一座跨度200m200m的步行桥，的步行桥，由于其形似彩虹，故命名为由于其形似彩虹，故命名为“綦綦江江彩虹桥彩虹桥”，并成为，并成为綦江人民的綦江人民的一个骄傲。一个骄傲。16 可是，谁能料到这座漂亮的彩虹桥自建成可是，谁能料到这座漂亮的彩虹桥自建成之日起就是一座之日起就是一座“危桥危桥
8、”。从它的设计、施。从它的设计、施工等各方面都不符合桥梁建筑规范。工等各方面都不符合桥梁建筑规范。1999 1999年年1 1月月4 4日该桥突然断裂，致使日该桥突然断裂，致使4040多名行人落水丧生，造成直接经济损失多名行人落水丧生，造成直接经济损失600600多万元。事后的的事故分析查明，这多万元。事后的的事故分析查明，这是一次严重的强度安全质量事故。是一次严重的强度安全质量事故。17强度强度是指材料或构件是指材料或构件抵抗破坏抵抗破坏的能力的能力强度要求强度要求是指构件在正常工作时不会发生破坏是指构件在正常工作时不会发生破坏18刚刚 度度 RIGIDITY 刚度刚度:是指构件是指构件抵抗
9、抵抗変形変形的能力。的能力。刚度的大小与构件刚度的大小与构件的材料、尺寸以及約的材料、尺寸以及約束方式有关。束方式有关。同一根矩形截面的同一根矩形截面的木梁在兩种不同的放木梁在兩种不同的放置方式情况下，其刚置方式情况下，其刚度差异很大。度差异很大。19 楼房的大梁和楼板楼房的大梁和楼板刚度不足时会导致楼刚度不足时会导致楼板倾斜、灰层脱落。板倾斜、灰层脱落。车床的主轴刚度不车床的主轴刚度不足时，会影响加工工足时，会影响加工工件的精度。件的精度。合要求合要求不合要求不合要求20PPP21 汽车的前桥和后桥，以前都设计为平直的，当汽车承受载荷之后，桥轴变弯曲，两轮胎发生侧转之后形成八字形，不利于行驶
10、，并且在转弯时，轮胎将连滑带滚，增大了轮胎的磨损。现在的载重汽车，桥轴先设计成上弓形，即使承受了载荷，也有一定的上弓度，减少了轮胎在转弯时的磨损，增加了使用寿命。22刚度刚度是指构件是指构件抵抗变形抵抗变形的能力的能力刚度要求刚度要求是指构件在正常工作时不会发生过大变形是指构件在正常工作时不会发生过大变形23稳稳 定定 性性STABILITY物体平衡的稳定性物体平衡的稳定性随遇平衡随遇平衡不稳定平衡不稳定平衡稳定平衡稳定平衡24稳稳 定定 性性STABILITY 稳定性是指构件保持其原有稳定性是指构件保持其原有平衡状态的能力。平衡状态的能力。承受压力作用的杆件，当压承受压力作用的杆件，当压力超
11、过一定限度时就会发生弯力超过一定限度时就会发生弯曲失稳现象。曲失稳现象。由于构件失稳后將丧失继续由于构件失稳后將丧失继续承受原设计载荷的能力，其后承受原设计载荷的能力，其后果往往是很严重的。因此在设果往往是很严重的。因此在设计受压构件时，必须保证其有计受压构件时，必须保证其有足够的稳定性。足够的稳定性。25(拉拉)(压压)26桁架吊索式公路桥桁架吊索式公路桥27塔式吊索式公路桥塔式吊索式公路桥28稳定性稳定性是指构件保持其原有平衡状态的能力是指构件保持其原有平衡状态的能力稳定性要求稳定性要求是指构件在正常工作时不会丧失原有的是指构件在正常工作时不会丧失原有的平衡形式平衡形式29 构件的强度、刚
12、度和稳构件的强度、刚度和稳定性都与所用的材料有关，定性都与所用的材料有关，因此，材料力学还要研究因此，材料力学还要研究各种材料在载荷作用下所各种材料在载荷作用下所表现的力学性质。材料的表现的力学性质。材料的力学性质需要通过力学实力学性质需要通过力学实验来测定。验来测定。工程中还有一些单靠工程中还有一些单靠理论分析解决不了的问题，理论分析解决不了的问题，也需借助实验来解决。因也需借助实验来解决。因此在材料力学中，实验研此在材料力学中，实验研究与理论分析同等重要，究与理论分析同等重要，都是研究材料力学问题所都是研究材料力学问题所必需的手段。必需的手段。30油缸下置式液压万能试验机油缸下置式液压万能
13、试验机主机主机油缸油缸加载机构加载机构控制台控制台示力盘示力盘测力砝码测力砝码绘图机绘图机构构31微微机机控控制制万万能能试试验验机机主机主机加载机构加载机构计算机计算机打印机打印机32二、关于变形固体的概念二、关于变形固体的概念 The concept of deformable bodies33 关于变形固体的概念刚刚 体体是理论力学对物体的一种简化模型，实是理论力学对物体的一种简化模型，实际上真正的刚体是不存在的。际上真正的刚体是不存在的。变形固体变形固体自然界中的任何物体在外力作用下自然界中的任何物体在外力作用下都要或多或少地产生变形，也就是它的形状和都要或多或少地产生变形，也就是它的
14、形状和尺寸总会有些改变。这些改变，有些可以直接尺寸总会有些改变。这些改变，有些可以直接观察到，有些则需要仪器才能测出。观察到，有些则需要仪器才能测出。材料力学在研究构件的强度、刚度和稳定性等材料力学在研究构件的强度、刚度和稳定性等方面的问题时，都要与构件在荷载作用下的方面的问题时，都要与构件在荷载作用下的变形变形相联系，因此在材料力学中固体的可变形性质就相联系，因此在材料力学中固体的可变形性质就成为重要的基本性质之一而不容忽略。也就是说成为重要的基本性质之一而不容忽略。也就是说在材料力学中，在材料力学中，研究对象不能再被看成是刚体，研究对象不能再被看成是刚体，必须被看成为可变形体。必须被看成为
15、可变形体。34弹性变形弹性变形当引起变当引起变形的外力去掉后能够完形的外力去掉后能够完全消失的变形。全消失的变形。塑性变形塑性变形当引起变形当引起变形的外力去掉后，未能消失的外力去掉后，未能消失的变形，也称残余变形。的变形，也称残余变形。35理想弹性体理想弹性体去掉外力后能去掉外力后能够完全恢复原状的物体称为理够完全恢复原状的物体称为理想弹性体。想弹性体。弹性塑性体弹性塑性体既有弹性又有塑性的既有弹性又有塑性的物体。工程中常用的木材及金属材料，当物体。工程中常用的木材及金属材料，当外力不超过某一限度时可看作理想弹性体，外力不超过某一限度时可看作理想弹性体，当超过此限度时就产生明显的塑性变形。当
16、超过此限度时就产生明显的塑性变形。金属材料的性能：金属材料的性能：o a理想弹性体理想弹性体(卸载后变形全部卸载后变形全部 消失消失);abc弹性塑性体弹性塑性体(卸载后变形部分卸载后变形部分 消失消失)。弹性弹性消失消失塑性塑性残留残留36三、材料力学采用的基本假设三、材料力学采用的基本假设 FUNDAMENTAL ASSUMPTION IN THEMECHANICS OF MATERIALS37 材料力学采用的基本假设1、连续、均匀假设：连续、均匀假设：连续是指材料内部没有连续是指材料内部没有空隙；均匀是指材料的空隙；均匀是指材料的性质各处都一样。性质各处都一样。2、各向同性假设：、各向同
17、性假设：认认为材料沿不同方向具有为材料沿不同方向具有相同的性质。相同的性质。3、小变形假设：、小变形假设：构件构件的变形都是微小的弹性的变形都是微小的弹性变形，在对构件作受力变形，在对构件作受力分析时可不考虑。分析时可不考虑。38四、内力的概念四、内力的概念 截面法截面法 THE CONCEPT OF INTERNAL FORCES AND THE METHOD OF SECTIONS39内力的概念 截面法外力外力 对于所研究的对于所研究的构件来说，其它物体作用构件来说，其它物体作用于该构件上的力均为外力于该构件上的力均为外力。内力内力 构件在外力作构件在外力作用下，将发生变形，与此用下，将发
18、生变形，与此同时，构件内部各部分间同时，构件内部各部分间将产生相互作用力，此相将产生相互作用力，此相互作用力称为内力。互作用力称为内力。4012211122内力是由外力引起的，内内力是由外力引起的，内力随外力的变化而变化，外力随外力的变化而变化，外力增大，内力也增大，外力力增大，内力也增大，外力去掉后内力将随之消失。去掉后内力将随之消失。构件中的内力总是与构件构件中的内力总是与构件的变形相联系的，内力总是的变形相联系的，内力总是与变形同时产生的。内力作与变形同时产生的。内力作用的趋势总是力图使受力构用的趋势总是力图使受力构件恢复原状，内力对变形起件恢复原状，内力对变形起抵抗和阻止的作用。抵抗和
19、阻止的作用。41 欲知构件某截面上的内力大小，请用截面法求之。42一截、二代、三平衡六个内力分量可以用六个平衡方程来求得 X=0 Mx=0 Y=0 My=0 Z=0 Mz=043五、应力的概念五、应力的概念THE CONCEPT OF STRESS44 应力的概念内力是由外力引起的，外力越大内力越大，当内力达到一定值时构件就要破坏。对于不同尺寸的构件，内力的大小还不能确切地反映一个构件所处的危险程度。研究构件的强度仅仅知道截面上的内力是不够的，必须进一步研究内力在截面上各点处的分布情况。45应力应力内力在截面上内力在截面上某点处的分布集度。某点处的分布集度。STRESS46 pm=P/平均应力
20、平均应力 m=N/平均正应力平均正应力 m=Q/平均剪应力平均剪应力STRESS47由于截面上内力的分布一般是不均匀的，所由于截面上内力的分布一般是不均匀的，所以平均应力以平均应力pm、m、m等均与所取小面积等均与所取小面积的大小有关，的大小有关，愈小就愈接近于实际。为了愈小就愈接近于实际。为了消除面积消除面积大小的影响，取下列极限：大小的影响，取下列极限：应力的量纲：应力的量纲：力力/长度长度2国际单位制：国际单位制：帕斯卡帕斯卡 1帕斯卡帕斯卡=1牛顿牛顿/米米2简称：简称：“帕帕”表示：表示：“Pa”p=L i m A0 p AL i m A0 N A =L i m A0 Q A =48
21、六、位移和应变的概念六、位移和应变的概念THE CONCEPT OF DISPLACEMENT AND STRAIN49 构件是构件是变形体变形体,当构件受当构件受力后整个构件及其各处的力后整个构件及其各处的局部一般都要发生形状与局部一般都要发生形状与尺寸的改变尺寸的改变,即产生了变即产生了变形。变形的大小用形。变形的大小用位移位移和和应变应变这两个量来度量。这两个量来度量。位移是指位置的改变，包位移是指位置的改变，包括质点和截面在空间位置括质点和截面在空间位置上的的改变。位移分为上的的改变。位移分为线线位移位移和和角位移角位移。P AA kk AA A点的线位移点的线位移位移位移-是点、截面
22、是点、截面位置的函数。位置的函数。转角转角 右端面的角右端面的角位移位移50P AA kk 单元体两类变形：单元体两类变形：1 1、线应变、线应变单位长棱单位长棱边的伸长或缩短。边的伸长或缩短。2 2、剪应变、剪应变直角的改直角的改变量。变量。L i m x0(u/x)=oaa bb c51 构件中不同点处的线应变及剪应变一般也构件中不同点处的线应变及剪应变一般也是不相同的，它们也都是是不相同的，它们也都是位置的函数位置的函数。用线应变和剪应变可以度量构件中任何微用线应变和剪应变可以度量构件中任何微小局部的变形。小局部的变形。可设想任何构件都是由许许多多的微小直可设想任何构件都是由许许多多的微
23、小直角六面体组成的角六面体组成的,当构件受力后各微小六面体当构件受力后各微小六面体一般都要发生变形，构件在外力作用下产生一般都要发生变形，构件在外力作用下产生的的线位移线位移和和角位移角位移正是这些微小局部应变累正是这些微小局部应变累积的结果。积的结果。应变与应力同时存在应变与应力同时存在,其间存在着一定的其间存在着一定的对对应关系应关系：线应变与正应力对应：线应变与正应力对应,剪应变与剪应剪应变与剪应力对应。力对应。52七、杆件变形的基本形式七、杆件变形的基本形式 FUNDAMENTAL TYPES OF DEFORMATIONS OF BARS53 构件变形的基本形式 材料力学主要研究杆件
24、。杆件又分直杆、材料力学主要研究杆件。杆件又分直杆、曲杆、等截面杆和变截面杆。曲杆、等截面杆和变截面杆。构件的类型：杆、板、壳、块构件的类型：杆、板、壳、块。材料力学主要研究材料力学主要研究等截面直杆等截面直杆54拉伸拉伸TESION1、轴向拉伸或压缩、轴向拉伸或压缩压缩压缩COMPRESSION2、剪切、剪切3、扭转、扭转4、弯曲、弯曲剪切剪切SHEARINGTORSION扭转扭转弯曲弯曲BENDING5556Tension or Compression57Shearing and Torsion58Bending纯弯曲纯弯曲横力弯曲横力弯曲59“绪论”总结1、材料力学的性质和任务：性质：是
25、一门技术基础课。任务：研究构件的强度、刚度和稳定性。2、关于变形固体的概念在材料力学中固体是“变形体”，不再被视作“刚体”。静力学中力的滑移和平移定理不再适用于材料力学。3、材料力学采用的基本假设：连续、均匀假设;各向同性假设;微小线弹性变形假设。4、内力的概念：内力由外力所引起的构件内部各部分间的相互作用力。内力随外力变化。求内力的方法是截面法。5、应力的概念：应力构件内的“内力”在某方向的截面上的分布集度。应力分为两类：正应力和剪应力。6、位移和应变的概念位移构件在外力作用下变形后引起的构件内的点、线、面等的几何位置的改变，分为线位移和角位移两种。应变线应变、剪应变两种。7、构件变形的基本形式构件有多种形式，材料力学只研究“杆件”一种。杆件有四种基本变形：拉伸或压缩、剪切、扭转、弯曲。60再再见！见！
