1、2021/2/61本章内容本章内容:1 材料力学的任务材料力学的任务2 变形固体的基本假设变形固体的基本假设3 外力及其分类外力及其分类4 内力内力、截面法和应力的概念截面法和应力的概念5 变形与应变变形与应变6 杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式2021/2/621.1 材料力学的任务材料力学的任务本节内容本节内容:1 基本概念基本概念2 材料力学的任务材料力学的任务3 材料力学与工程问题材料力学与工程问题4 材料力学的研究方法材料力学的研究方法5 材料力学与理论力学等课程的关系材料力学与理论力学等课程的关系6 教学要求等事宜教学要求等事宜2021/2/63理论力学理论力学变形固体变形固体
2、材料力学属材料力学属固体力学固体力学研究研究刚体刚体,研究研究力力与与运动运动的关系。的关系。材料力学材料力学 研究研究变形体变形体,研究研究力力与与变形变形的关系。的关系。1 基本概念基本概念l 构件构件:工程结构或机械的工程结构或机械的各组成部分。各组成部分。2021/2/641 基本概念基本概念构件的分类构件的分类:杆杆;板、壳体板、壳体;块体。块体。构件构件:工程结构或机械的各组成部分。工程结构或机械的各组成部分。l 对构件的三项对构件的三项基本要求基本要求u 强度强度构件应具有足够构件应具有足够的的抵抗破坏抵抗破坏的能的能力。力。u 刚度刚度构件应具有足够的构件应具有足够的抵抗变形抵
3、抗变形的能力。的能力。2021/2/65u 刚度刚度构件应具有足够的构件应具有足够的抵抗变形抵抗变形的能力。的能力。u 稳定性稳定性构件应具有足够的构件应具有足够的保持其原有平衡状态保持其原有平衡状态的能力的能力.2021/2/662 材料力学的任务材料力学的任务1）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;2）研究材料的力学性能）研究材料的力学性能;3）为合理解决工程构件设计中）为合理解决工程构件设计中安全性安全性与与经济性经济性之间的矛盾提供力学方面的依据。之间的矛盾提供力学方面的依据。3 材料力学与工程问题材料力学与工程问题大量的工程问题需要用到材料力学的理论和方大量的
4、工程问题需要用到材料力学的理论和方法。法。2021/2/672021/2/682021/2/69前起落架锁连杆安装螺栓前起落架锁连杆安装螺栓(销子销子)发生断裂。发生断裂。2021/2/6102021/2/611承力柱承力柱桥面桥面拉杆拉杆缆索缆索2021/2/612缆索缆索长度可调的拉杆长度可调的拉杆防撞护栏防撞护栏2021/2/6132021/2/6142021/2/615q 大型水利工程设施大型水利工程设施长长江江三三峡峡工工程程2021/2/6162021/2/6174 材料力学的研究方法材料力学的研究方法新理论、新设计、新结构的实验研究或验证。新理论、新设计、新结构的实验研究或验证。
5、实验方法在材料力学中占有实验方法在材料力学中占有重要地位重要地位。l 。2021/2/6185 材料力学与理论力学等课程的关系材料力学与理论力学等课程的关系l 与理论力学的关系与理论力学的关系理论力学中对理论力学中对刚体模型刚体模型得到的原理和方法得到的原理和方法,对材料力学中的对材料力学中的变形体变形体是否可用是否可用?例如例如:平衡原理与平衡方法平衡原理与平衡方法;力系的等效与简化。力系的等效与简化。理论力学是材料力学的基础。理论力学是材料力学的基础。理论力学的研究模型是理论力学的研究模型是刚体刚体;材料力学的研究模型是材料力学的研究模型是变形体变形体。l 材料力学的后续课程材料力学的后续
6、课程2021/2/619l 材料力学的后续课程材料力学的后续课程力学测试力学测试,机械原理机械原理,复合材料力学、复合材料力学、结构力学结构力学,弹性力学弹性力学,疲劳与断裂力学等。疲劳与断裂力学等。2021/2/6206 教学要求等事宜教学要求等事宜材料力学材料力学是一门重要的基础课是一门重要的基础课,要学好要学好材料力材料力学学必须要必须要下一些功夫下一些功夫。n 几条建议几条建议:1、正确理解和掌握正确理解和掌握基本概念基本概念;2、熟练掌握熟练掌握基本定理和公式基本定理和公式；3、课后课后及时看书复习及时看书复习,注意注意归纳总结归纳总结；4、认真、及时地完成课后作业认真、及时地完成课
7、后作业；5、有问题有问题及时答疑及时答疑。一定要自己做一定要自己做!2021/2/621n 作业要求作业要求 1 1 认真画认真画受力图受力图、内力图内力图等等;2 2 书写书写整洁、整洁、条理条理清楚清楚；3 3 使用必需的工具使用必需的工具尺子、圆规尺子、圆规等。等。n 作业的批改作业的批改按规定按规定,批改三分之一的作业。批改三分之一的作业。每个人的作业都要做，批改三分之一左右的每个人的作业都要做，批改三分之一左右的题目。题目。交作业交作业:学号尾数学号尾数/3/3的余数。的余数。2021/2/622n “缺交作业缺交作业”n 答疑安排答疑安排n 成绩成绩平时平时 占占 30 30 ;期
8、末考试期末考试 占占 70 70 n 参考书参考书书名均为书名均为“材料力学材料力学”1 1 孙训方孙训方 主编主编;2 2 单辉祖单辉祖 主编（北航、西工大、南航）主编（北航、西工大、南航）3 3 范钦珊范钦珊 主编主编 （清华大学）（清华大学）,等等。等等。2021/2/6231.2 变形固体的基本假设变形固体的基本假设在材料力学中在材料力学中,对变形固体作如下对变形固体作如下假设假设: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1.连续性连续性假设假设:认为整个物体所占空间内毫无认为整个物体所占空间内毫无空隙地充满物质。空隙地充满物质。2021/2/6242.
9、均匀性均匀性假设假设: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认为物体内的任何部分认为物体内的任何部分,其其力学性能相同、均匀分布。力学性能相同、均匀分布。3.各向同性各向同性假设假设:认为物体在各个不同方向上认为物体在各个不同方向上的力学性能相同。的力学性能相同。u 各向异性各向异性2021/2/6253.各向同性各向同性假设假设:认为物体内在各个不同方向认为物体内在各个不同方向 上的力学性能相同。上的力学性能相同。4.4.小变形小变形假设假设:认为构件的变形认为构件的变形极其微小极其微小,比构件本身尺寸要小得多。比构件本身尺寸要小得多。2021/2/6261
10、 1 在列在列平衡方程平衡方程求力时求力时,可忽略变形，仍可忽略变形，仍用用变形前变形前的形状和尺寸。的形状和尺寸。原始尺寸原理原始尺寸原理小变形小变形的要点的要点:2021/2/6271.3 外力及其分类外力及其分类外力是外部物体对构件的作用力外力是外部物体对构件的作用力,包括外加载包括外加载荷和约束反力。荷和约束反力。1.按外力的作用方式分为按外力的作用方式分为:1)表面力表面力:表面力表面力和和体积力体积力2.按外力是否随时间变化分为按外力是否随时间变化分为:静载荷静载荷和和动载荷动载荷作用于物体表面上的力。作用于物体表面上的力。又可分为又可分为分布力分布力和和集中力集中力。2)体积力体
11、积力:连续分布于物体内部各点上的力。连续分布于物体内部各点上的力。如物体的如物体的重力重力和和惯性力惯性力。2021/2/6282.按外力是否随时间变化分为按外力是否随时间变化分为:静载荷静载荷和和动载荷动载荷1）静载荷）静载荷:载荷缓慢地由零增加到某一定值载荷缓慢地由零增加到某一定值后后,就保持不变或变动很不显著，就保持不变或变动很不显著，称为静载荷。称为静载荷。2）动载荷）动载荷:动载荷又可分为动载荷又可分为:交变载荷交变载荷和和冲击载荷冲击载荷。载荷随时间而变化。载荷随时间而变化。2021/2/6291.4 内力、截面法和应力的概念内力、截面法和应力的概念1.内力内力内力内力 由于变形引
12、起的物体内部的由于变形引起的物体内部的附加力附加力。物体受外力作用后物体受外力作用后,由于变形，其内部各点均由于变形，其内部各点均会发生相对位移，因而产生相互作用力。会发生相对位移，因而产生相互作用力。2021/2/6302.截面法截面法为求出内力为求出内力,采用截面法。采用截面法。(1)(1)连续分布力系连续分布力系;(2)(2)与外力组成平衡力系。与外力组成平衡力系。2021/2/631l 内力的主矢和主矩内力的主矢和主矩以后讲内力以后讲内力,就是指内力主矢和主矩就是指内力主矢和主矩:FR，M。一般是向截面的一般是向截面的形心形心简化的主矢和主矩。简化的主矢和主矩。l 内力的分量内力的分量
13、2021/2/632主矢主矢主矩主矩xyzNTQyQzMyMzl 内力的分量内力的分量2021/2/633l 截面法的步骤截面法的步骤2021/2/634l 几点说明几点说明2021/2/635例例 1 钻床钻床 书例书例(1.1)已知已知:P。求求：截面截面m-m上的内力。上的内力。解解:用截面用截面m-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，受力如图。受力如图。列平衡方程列平衡方程:0X0Q0YPN 0)(FOM0 MPaPaM NQM2021/2/6363.应力的概念应力的概念为了表示内力在一点处的强度为了表示内力在一点处的强度,引入引入内力内力集
14、度集度,即即应力应力的概念。的概念。AmPps saAAPp0limC PA C点的点的C应力是应力是矢量矢量。正正应力应力;切应力切应力。t tpasinp atcosp2021/2/637 p C点的点的全全应力应力。应力是应力是矢量矢量。s s 正正应力应力;t t 切应力切应力。s saCt tp应力的单位应力的单位:Pa,10MPa16Pa10GPa19工程单位工程单位:2kg/cm换算关系换算关系:MPa10.kg/cm122021/2/6381.5 变形与应变变形与应变1.位移位移刚性位移刚性位移;MMMM变形位移变形位移。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
15、两点的相对位置发生变化。xx+sxyog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:单元体单元体。角变形角变形。线段线段长度的变化长度的变化,线变形线变形。线段间线段间夹角的变化夹角的变化,MMLNLN2021/2/639两种基本变形两种基本变形:角变形角变形。线段线段长度的变化长度的变化;线变形线变形。线段间线段间夹角的变化夹角的变化,3.应变应变为了度量为了度量变形的程度变形的程度,引入应变的概念。引入应变的概念。变形前长为变形前长为:x变形后长为变形后长为:x+s沿沿x方向的变形为方向的变形为:sx方向的方向的平均应变平均应变:xsxml 正应变（线应变）正应变（线应变）xx
16、+sxyogMMLNLN2021/2/640 x方向的方向的平均应变平均应变:xsxmM点处沿点处沿x方向的方向的应变应变:xsxx0lim类似地类似地,可以定义可以定义:zy,l 切应变（角应变）切应变（角应变）切应变切应变:变形前互相变形前互相垂直垂直的两条直线的两条直线,变形后变形后xx+sxyogMMLNLNM点在点在xy平面内的切应变为平面内的切应变为其其直角的改变量直角的改变量。2021/2/641l 切应变（角应变）切应变（角应变）切应变切应变:变形前互相变形前互相垂垂直直的两条直线的两条直线,变形后变形后其其直角的改变量直角的改变量。xx+sxyogMMLNLN切应变的单位为切
17、应变的单位为弧度弧度。应变和切应变均为应变和切应变均为无量纲无量纲的量。的量。M点在点在xy平面内的平面内的)2(lim00NMLMLMNg切应变为切应变为:2021/2/642例例 2 书例书例(1.2)已知已知:薄板的两条边薄板的两条边固定固定,变形后变形后ab,ad仍为直线。仍为直线。求求：ab边的边的m和和 ab,ad 两边夹角的变化两边夹角的变化。解解:m250200adcba0.025gababba200025.0610125ab,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。ggtan250025.0(rad)1010062021/2/6431.6 杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式材料力学中材料力学中,主要研究杆件。主要研究杆件。轴线为直线的杆轴线为直线的杆:直杆直杆;轴线为曲线的杆轴线为曲线的杆:曲杆曲杆;横截面的大小形状横截面的大小形状不变的杆不变的杆:等截面杆等截面杆;否则否则:变截面杆变截面杆。等截面直杆等截面直杆 。2021/2/644在工程结构中在工程结构中,杆件的基本变形有四种形式。杆件的基本变形有四种形式。1.拉伸或压缩拉伸或压缩2.剪切剪切PP2021/2/6453.扭转扭转4.弯曲弯曲若同时发生几种基本变形若同时发生几种基本变形,则称为则称为组合变形组合变形。2021/2/646谢谢 谢谢 大大 家家!
