蔡中兵《材料力学》1绪论及基本概念

,mechanics of materials,盐城工学院力学课程组,材料力学,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,盐城工学院土木工程学院,力学课程组,教师 蔡中兵,材料力学,学习要求,1,、不无故缺课,。,(,缺一次平时分扣,5,分,)(,缺两次平时分扣,20,分,),(,缺三次平时分扣,40,分,),(,迟到两次算按缺课一次计算,),2,、,课前预习，用心听课，尽量记笔记。,3,、课后,按时、独立、认真,地完成作业,。,4,、阅读适量的参考书,。,5,、有疑问多提问。,（答疑地点：土木馆,A213,）,*,重点,：吃透概念、加强练习,总成绩,考试成绩（,78%,）,平时成绩（,22%,）,1,到课情况（,请勿缺席,）,2,平时作业,3,课堂提问,1,到课情况,3,实验报告,2,实验操作,理论课总成绩,90%,实验课总成绩,10%,*,实验成绩不及格，总成绩不及格,考核办法,以课上讲的内容和作业为主,如何与我联系,E-mail,：,PHONE,：,第一章 绪论及基本概念,理论力学,：研究物体在外力作用下的,运动效应,，外效应。,研究的对象,刚体,研究的对象,可变形固体,变形：在荷载的作用下，物体的形状、尺寸的变化。,材料力学是研究作用在物体上的,力,与,变形,之间的关系及与之相关的力学问题。,材料力学,：研究物体在外力作用下的,变形效应,，内效应。,一个故事引发的思考,日本战国时期的大名毛利元就在死之前把三个儿子叫来，让他们分别折一枝箭，他们每个人都很轻易的做到了，然后他把三支箭绑在一起让他的儿子去折，结果没有人能够折断。故事的原意是团结就是力量，但我们的问题是,:,1,、为什么三支箭就不容易折断,?,2,、如果箭柄是钢做的，他们能不能折断？为什么？,3,、如果不是折，而是拉，你认为他们能不能拉断一枝箭？为什么？,问题的提出,问题的提出,一张照片引起的思考,问题的提出,一张照片引起的思考,一张照片引起的思考,问题的提出,究竟是什么原因造成了这样大的裂缝？,为什么裂缝大多发生在窗角处？,问题的提出,为什么裂缝的角度是,45,度？,问题的提出,一个任务引发的思考,小张大学毕业上班第一天，老板叫他去买一种型钢用来制作结构的主梁，必须满足下面这张图的要求：（黄色的梁不能因为在受到,F,的作用下发生过大的变形甚至断裂）,威胁,:,1,、买的型钢无法承载,发生事故 被炒鱿鱼,2,、买的型钢牌号过大 造成浪费 被炒鱿鱼,1-3,可变形固体的性质及其基本假设,1-5,杆件变形的基本形式,第一章,绪论及其基本概念,1-1,材料力学的任务,1-4,材料力学主要研究对象的几何性质,构 件,组成机械与结构物的单个组成部分,力学性能,材料变形与所受外力之间的关系以及材料抵抗变形和破坏的能力,荷 载,结构物所受到的各种外力,1-1,、材料力学的任务,失 效,构件不能正常工作,一、基本概念,1-1,、材料力学的任务,二、构件正常工作的条件：,足够的,强度,足够的,刚度,足够的,稳定性,1,、强度要求,不因发生断裂或塑性变形而失效,强度：构件抵抗破坏的能力,2,、刚度要求,不因发生过大的弹性变形而失效,刚度：构件抵抗弹性变形的能力,3,、稳定性要求,不因发生因平衡形式的突然转变而失效,稳定性：构件保持原有平衡形式的能力,工程案例,案例,1,美国,Tacoma,大桥风毁,工程案例,1940,年,11,月,7,日，美国华盛顿州塔科马桥因风振致毁。这一严重的桥梁事故，开始促使人们对悬索桥结构的空气动力稳定问题进行研究。该桥主跨长,853.4m,，全长,1810.56m,，桥宽,11.9m,，而梁高仅,1.3m,。通过两年时间的施工，于,1940,年,7,月,1,日建成通车。但由于当时人们对柔性结构在风作用下的动力响应的认识还不深入，该桥的,加劲梁型式极不合理,（板式钢梁），导致在中等风速,(19m/s),下结构就发生破坏。幸好在桥梁破坏之前封闭了交通。据说，在出事当天，一位记者把车停在桥上，并把一条狗留在车内。桥倒塌时，只有他本人跑到了桥台处。当地的报纸以简洁的标题对这场事故作了报道，“损失：一座桥、一辆汽车、一条狗”。,10,年以后，才开始重新修建塔科马桥。仍采用悬索桥型式，但加劲梁改为桁架式。新桥总长较旧桥长,12m,，于,1950,年,10,月,14,日建成通车。该桥破坏时，当地,Tacoma,报社的编辑,Leonard Costsworth,恰好路过，并用摄影机记录下一段珍贵的胶片。这才使得后人有机会一睹当年桥毁场面。,案例,1,美国,Tacoma,大桥风毁,工程案例,1995,年夏天，韩国汉城欣欣向荣，堪称亚洲经济奇迹的代表。时髦的三丰百货公司,(The Sampoong),是地标，也是汉城在全球快速成功崛起的象征。,6,月,29,日下午，这里却成为一场恐怖浩劫的中心。在,30,秒内，五层百货大楼层层塌陷，导致,501,人被压死。盛怒的国人追问：是什么造成韩国史上承平时期最惨重的灾难？,案例,2,韩国三丰百货大楼坍塌,工程案例,工程案例,三丰集团于,1987,年开始在这片位于瑞草区，原本用作垃圾填埋场的开阔地上建设三丰百货大楼。按照最初的设计，大楼将被建设成一栋四层的办公楼，但是三丰集团会长李鐏却在建设工程中，将其重新设计成一栋五层百货大楼。这一改动，导致了,很多承重柱被取消,以腾出空间，安装自动扶梯。原先的建筑承包商，拒绝按照新的设计继续施工。李鐏因此解雇了他们，并让自己的建筑公司进行施工。,案例,2,韩国三丰百货大楼坍塌,工程案例,外界最初认为事故的原因是由于大楼松软的地基。但是随着调查的深入，很快人们便发现事故发生是由于李鐏和其建筑公司对设计的随意改动。后来对废墟的调查显示，,大楼的混凝土是由劣质水泥和海水混合而成,的。,调查也揭示了汉城市的官员在也涉嫌在三丰方面改动建筑的过程中接受贿赂。结果，许多官员，包括前瑞草区行政官被控玩忽职守而遭起诉并被判入狱。,1995,年,12,月,27,日，韩国汉城地方法院以违犯,特定犯罪加重处罚法,及业务过失致死罪的罪名判处李鐏被,7,年半有期徒刑，其子李汉祥被判七年。,案例,2,韩国三丰百货大楼坍塌,工程案例,三丰百货属于所谓“平板”结构，是当时广泛采用的设计，成本低而且工期短。楼面由厚厚的混凝土板构成，支撑的混凝土墙柱将建筑物的重量下传到地基。平板结构施工优点多，却很敏感，它的规划必须更精确，完全不能出错。,具讽刺意味的是，最后毁了大楼的，竟然是新添的安全设施。汉城的法规，要求百货公司在电扶梯旁加装防火墙。防火墙遇到火警会自动关闭，以免火势浓烟蔓延到其它楼层。而为腾出空间加装防火墙，工人必须切开电扶梯旁的混凝土柱。这样的行为使大楼减少了,25%,以上的重要支撑。这一系列致命的组合就像颗定时炸弹。,三丰百货倒塌的元凶，是所谓的“贯穿剪力”。当太细的柱子承受过多的重量，就会贯穿上方的天花板，如同手指戳破湿纸巾。,案例,2,韩国三丰百货大楼坍塌,工程案例,楼歪歪,楼脆脆,变 形,构件尺寸或形状的变化,弹性变形：,塑性变形：,荷载去除后,能恢复原状,的变形。,荷载去除后,不能恢复原状,的变形。,线弹性变形（如弹簧,F,=,kx,）,1-3,、可变形固体的性质及其基本假设,可变形固体,在荷载作用下发生变形的固体,可变形固体的基本假设,1,、连续性假设,2,、均匀性假设,3,、各向同性假设,4,、小变形假设,(,补）,1-3,、可变形固体的性质及其基本假设,一、连续性假设,内容：认为物体在其整个体积内毫无空隙地充满了物质，其结构是密实的。,无空隙,普通钢材的显微组织,1-3,、可变形固体的性质及其基本假设,微观不连续，宏观连续。,假设固体在其整个体积内是连续的，由此就可以引入无限小的概念，可以进行极限、积分、微分等高等数学运算。,二、均匀性假设,内容：假设物体内任一点处取出的体积单元,其力学性质（主要是弹性性质）都是一样的。,单元体的力学性质能代表整个物体的力学性能。,有利于建立数学模型,1-3,、可变形固体的性质及其基本假设,三、材料的各向同性假设,内容：假设材料沿各个方向的力学性能是相同的。,各向同性材料,各向异性材料,如：低碳钢、铸铁、玻璃等,如：木材、胶合板等,1-3,、可变形固体的性质及其基本假设,四、小变形假设（补）,内容：构件在荷载作用下产生的变形与其原始尺寸相比，可以忽略不计，这样的变形为小变形。,此假设使研究物体的平衡等问题时，可略去小变形，而按原始尺寸计算，即静力学中的方法。,1-3,、可变形固体的性质及其基本假设,材料力学把实际材料看作,连续,、,均匀,、,各向同性,的可变形固体，多数局限在,线,弹性变形范围内,和,小变形,条件下进行研究。,1-3,、可变形固体的性质及其基本假设,一、杆：空间的一个方向的尺寸远大于其他两个方向的尺寸。,1-4,、材料力学主要研究对象的几何特征,1-4,、材料力学主要研究对象的几何特征,全国最大管桁架结构的沈阳奥体中心,等截面杆,变截面杆,2,、按横截面,直杆,曲杆,1,、按轴线,轴线,横截面,形心,横向,轴向（纵向）,横截面,垂直杆件长度方向的截面。,轴线,杆件各横截面形心的连线。,杆的长度方向称为,纵向（轴向）,，,垂直长度的方向称为,横向,。,等直杆,轴线是直线且横截面形状、尺寸均不改变的杆件。,1-4,、材料力学主要研究对象的几何特征,二、板：空间的一个方向的尺寸（厚度）远小于其他两个方向的尺寸，且各处曲率均为零。,三、壳：空间一个方向的尺寸远小于其他两个方向的尺寸，且至少有一个方向的曲率不为零。,1-4,、材料力学主要研究对象的几何特征,四、块：空间三个方向的尺寸相差不很大的构件称为块或者块体。,1-4,、材料力学主要研究对象的几何特征,1-5,、杆件变形的基本形式,一、轴向拉伸或压缩,外力或其合力作用线沿杆件轴线,。,外力特点：,变形特点：,杆件的主要变形为轴向伸长或缩短。,1-5,、杆件变形的基本形式,二、剪切,杆件受到一对,等值、反向、作用线相互平行且相距很近,的外力作用。,外力特点：,变形特点：,杆件的主要变形是两部分沿外力作用方向发生,相对错动,。,1-5,、杆件变形的基本形式,三、扭转,杆件受到一对等值、反向、作用面垂直于轴线的,力偶,作用。,外力特点：,变形特点：,杆件的主要变形是任意两个横截面发生绕轴线的相对转动。,扭转大楼,位于瑞典马尔摩的扭转大楼内拥有三十三种不同形式、共一百四十七间公寓，由于大楼从一楼到屋顶共扭转了九十度，所以每间公寓都拥有充足的自然光，这栋大楼的杰出设计，在法国坎城举行的,世界房地产市场颁奖典礼中，获得最佳住宅类大奖。,四、弯曲,杆件受到,垂直于轴线的横向力或包含轴线的纵向平面内的力偶,作用。,外力特点：,变形特点：,杆件的主要变形是轴线由直线变为曲线。,1-5,、杆件变形的基本形式,弯扭,拉弯,1-5,、杆件变形的基本形式,五、组合变形,由两种或两种以上的基本变形组合而成。,