1、刘鸿文主编刘鸿文主编(第第4 4版版)教育教育出版社出版社第一章第一章 绪绪 论论第一章第一章 绪论绪论1.1 1.1 材料力学的任务材料力学的任务1.2 1.2 变形固体的基本假设变形固体的基本假设1.3 1.3 外力及其分类外力及其分类1.4 1.4 内力、截面法及应力的概念内力、截面法及应力的概念1.5 1.5 变形与应变变形与应变1.6 1.6 杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式1.1 1.1 材料力学的任务材料力学的任务 传统具有柱、梁、檩、传统具有柱、梁、檩、椽的木制房屋结构椽的木制房屋结构建于隋代（建于隋代（605605年）的河北年）的河北赵州桥桥长赵州桥桥长64.464.4米
2、，跨径米，跨径37.0237.02米，用石米，用石28002800吨吨一、材料力学与工程应用一、材料力学与工程应用建于辽代（建于辽代（10561056年）的山西应县佛宫寺释迦塔年）的山西应县佛宫寺释迦塔塔高塔高9 9层共层共67.3167.31米，用木材米，用木材74007400吨吨900900多年来历经数次地震不倒，现存唯一木塔多年来历经数次地震不倒，现存唯一木塔1.1 1.1 材料力学的任务材料力学的任务四川彩虹桥坍塌四川彩虹桥坍塌1.1 1.1 材料力学的任务材料力学的任务美国纽约马尔克大桥坍塌美国纽约马尔克大桥坍塌比萨斜塔比萨斜塔1.1 1.1 材料力学的任务材料力学的任务1.1 1.
3、1 材料力学的任务材料力学的任务1 1、构件：工程结构或、构件：工程结构或机械的每一组成部分。机械的每一组成部分。（例如：行车结构中的（例如：行车结构中的横梁、吊索等）横梁、吊索等）理论力学理论力学研究刚体，研究力与运动的关系。研究刚体，研究力与运动的关系。材料力学材料力学研究变形体，研究力与变形的关系。研究变形体，研究力与变形的关系。二、基本概念二、基本概念2 2、变形：在外力作用下，固体内各点相对位置的、变形：在外力作用下，固体内各点相对位置的改变。改变。(宏观上看就是物体尺寸和形状的改变）宏观上看就是物体尺寸和形状的改变）3 3、内力：构件内由于、内力：构件内由于发生变形而产生的相发生变
4、形而产生的相互作用力。（内力随互作用力。（内力随外力的增大而增大）外力的增大而增大）强度：在载荷作用下，强度：在载荷作用下，构件抵抗破坏的能力。构件抵抗破坏的能力。刚度：在载荷作用下，构件抵抗变形的能力。刚度：在载荷作用下，构件抵抗变形的能力。塑性变形塑性变形(残余变形残余变形)外力解除后不能消失外力解除后不能消失 弹性变形弹性变形 随外力解除而消失随外力解除而消失1.1 1.1 材料力学的任务材料力学的任务1.1 1.1 材料力学的任务材料力学的任务4 4、稳定性：、稳定性：在载在载荷作用下，荷作用下，构件保持原构件保持原有平衡状态有平衡状态的能力。的能力。强度、刚度、稳定性是衡量构件承强度
5、、刚度、稳定性是衡量构件承载能力的三个方面，材料力学就是研究载能力的三个方面，材料力学就是研究构件承载能力的一门科学。构件承载能力的一门科学。研究构件的强度、刚度和稳定性研究构件的强度、刚度和稳定性,还需还需要了解材料的力学性能。因此在进行理论要了解材料的力学性能。因此在进行理论分析的基础上，实验研究是完成材料力学分析的基础上，实验研究是完成材料力学的任务所必需的途径和手段。的任务所必需的途径和手段。1.1 1.1 材料力学的任务材料力学的任务 材料力学的任务就是在满足强度、刚度材料力学的任务就是在满足强度、刚度和稳定性的要求下，为设计既经济又安全的构和稳定性的要求下，为设计既经济又安全的构件
6、，提供必要的理论基础和计算方法。件，提供必要的理论基础和计算方法。三、材料力学的任务三、材料力学的任务若：构件横截面尺寸不足或形状不合理,或材料选用不当 _ 不满足上述要求,不能保证安全工作.若：不恰当地加大横截面尺寸或选用优质材料 _ 增加成本,造成浪费均不可取构件的分类：杆件、板壳构件的分类：杆件、板壳*、块体、块体*1.1 1.1 材料力学的任务材料力学的任务材料力学主要研究杆件材料力学主要研究杆件等截面直杆等截面直杆 等直杆等直杆四、材料力学的研究对象四、材料力学的研究对象直杆直杆 轴线为直线的杆轴线为直线的杆曲杆曲杆 轴线为曲线的杆轴线为曲线的杆等截面杆等截面杆横截面的大小横截面的大
7、小 形状不变的杆形状不变的杆变截面杆变截面杆横截面的大小横截面的大小 或形状变化的杆或形状变化的杆1.2 1.2 变形固体的基本假设变形固体的基本假设1 1、连续性假设：、连续性假设：认为整个物体体积内毫无空隙地充满物质认为整个物体体积内毫无空隙地充满物质 在外力作用下，一切固体都将发生变形，在外力作用下，一切固体都将发生变形，故称为变形固体。在材料力学中，对变形固体故称为变形固体。在材料力学中，对变形固体作如下假设：作如下假设：灰口铸铁的显微组织灰口铸铁的显微组织球墨铸铁的显微组织球墨铸铁的显微组织2 2、均匀性假设：、均匀性假设：认为物体内的任何部分，其力学性能相同认为物体内的任何部分，其
8、力学性能相同1.2 1.2 变形固体的基本假设变形固体的基本假设普通钢材的显微组织普通钢材的显微组织优质钢材的显微组织优质钢材的显微组织1.2 1.2 变形固体的基本假设变形固体的基本假设A AB BC CF F12 如右图，如右图，远小于构件的远小于构件的最小尺寸，所以通过节点平衡最小尺寸，所以通过节点平衡求各杆内力时，把支架的变形求各杆内力时，把支架的变形略去不计。计算得到很大的简略去不计。计算得到很大的简化。化。4 4、小变形与线弹性范围、小变形与线弹性范围3 3、各向同性假设：、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认为在物体内各个不同方向的力学性能相同（沿不同方向力学性
9、能不同的材料称为各向异性（沿不同方向力学性能不同的材料称为各向异性材料。如木材、胶合板、纤维增强材料等）材料。如木材、胶合板、纤维增强材料等）认为构件的变形极其微小，认为构件的变形极其微小，比构件本身尺寸要小得多。比构件本身尺寸要小得多。1.3 1.3 外力及其分类外力及其分类外力：来自构件外部的力（载荷、约束反力）外力：来自构件外部的力（载荷、约束反力）按外力作用的方式分类按外力作用的方式分类体积力：连续分布于物体内部各点体积力：连续分布于物体内部各点 的力。如重力和惯性力的力。如重力和惯性力表面力：表面力：连续分布于物体表面上的力。如连续分布于物体表面上的力。如油缸内壁的压力，水坝受到的水
10、油缸内壁的压力，水坝受到的水压力等均为分布力压力等均为分布力若外力作用面积远小于物体表面若外力作用面积远小于物体表面的尺寸，可作为作用于一点的集的尺寸，可作为作用于一点的集中力。如火车轮对钢轨的压力等中力。如火车轮对钢轨的压力等分布力：分布力：集中力：集中力：按外力与时间的关系分类按外力与时间的关系分类载荷缓慢地由零增加到某一定值后，就保持不变载荷缓慢地由零增加到某一定值后，就保持不变或变动很不显著，称为静载。或变动很不显著，称为静载。静载：静载：动载：动载：载荷随时间而变化。载荷随时间而变化。如交变载荷和冲击载荷如交变载荷和冲击载荷1.3 1.3 外力及其分类外力及其分类交变载荷交变载荷冲击
11、载荷冲击载荷内力：外力作用引起构件内部的附加相互作用力。内力：外力作用引起构件内部的附加相互作用力。求内力的方法求内力的方法 截面法截面法mm1F2F5F4F3F1F2F5F4F3F1.4 1.4 内力、截面法和应力的概念内力、截面法和应力的概念(1)(1)假想沿假想沿m-mm-m横截面将横截面将 杆切开杆切开(2)(2)留下左半段或右半段留下左半段或右半段(3)(3)将弃去部分对留下部将弃去部分对留下部 分的作用用内力代替分的作用用内力代替(4)(4)对留下部分写平衡方对留下部分写平衡方 程，求出内力的值。程，求出内力的值。FSFSM MF FF FaaSFFMFa1.4 1.4 内力、截面
12、法和应力的概念内力、截面法和应力的概念例如例如例例 1.1 1.1 钻床钻床求：截面求：截面m-mm-m上的内力。上的内力。用截面用截面m-mm-m将钻床截为两部分，将钻床截为两部分，取上半部分为研究对象，取上半部分为研究对象，解：解：受力如图：受力如图：1.4 1.4 内力、截面法和应力的概念内力、截面法和应力的概念列平衡方程列平衡方程:0YPFN0)(FMo0MPaPaM FNFNM MA4F3FFC4F3FpC1.4 1.4 内力、截面法和应力的概念内力、截面法和应力的概念为了表示内力在一点处的强度，引入内力集度为了表示内力在一点处的强度，引入内力集度,即应力的概念。即应力的概念。mFp
13、A 平均应力0limAFpA C点的应力应力是矢量，通常分解为应力是矢量，通常分解为 正应力 切应力应力的国际单位为应力的国际单位为 Pa Pa（帕斯卡）（帕斯卡）1Pa=1N/m21Pa=1N/m21kPa=103N/m21kPa=103N/m2 1MPa=106N/m21MPa=106N/m21GPa=109N/m21GPa=109N/m21.5 1.5 变形与应变变形与应变1.1.位移位移刚性位移；刚性位移；MMMM变形位移。变形位移。2.2.变形变形物体内任意两点的相对位置发生变化。物体内任意两点的相对位置发生变化。取一微正六面体取一微正六面体两种基本变形：两种基本变形：线变形线变形
14、线段长度线段长度的变化的变化xx+sxyogMMLNLN角变形角变形 线段间夹角的变化线段间夹角的变化3.3.应变应变x x方向的平均应变：方向的平均应变：正应变（线应变）正应变（线应变）xsxm 1.5 1.5 变形与应变变形与应变xx+sxyogMMLNLNM M点处沿点处沿x x方向的应变：方向的应变：xsxx 0lim切应变（角应变）切应变（角应变）类似地，可以定义类似地，可以定义zy ,M M点在点在xyxy平面内的切应变为：平面内的切应变为：)2(lim00NMLMLMN g g均为无量纲的量。均为无量纲的量。g g,1.5 1.5 变形与应变变形与应变例例 1.2 1.2已知：薄
15、板的两条边已知：薄板的两条边固定，变形后固定，变形后ab,adab,ad仍为直线。仍为直线。解：解：m ababba200025.0250200adcba0.025g610125ab,ad 两边夹角的变化：两边夹角的变化：即为切应变即为切应变g g 。g gg gtan250025.0610100)(rad求：求：ab ab 边的边的 m m 和和 ab ab、ad ad 两边夹角的变化。两边夹角的变化。拉压变形拉压变形拉伸（压缩）、剪切、扭转、弯曲拉伸（压缩）、剪切、扭转、弯曲剪切变形剪切变形杆件的基本变形：杆件的基本变形：1.6 1.6 杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式扭转变形扭转变形弯曲变形弯曲变形1.61.6 杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式
