材料力学：第一章绪 论

Page 1Page 2第一章第一章 绪绪 论论Page 3l 构件：组成机械与结构的零构件，统称为构件构件：组成机械与结构的零构件，统称为构件 构件及其力学响应构件及其力学响应 破坏破坏显著的塑性变形和断裂。显著的塑性变形和断裂。 失稳失稳构件突然发生不能保持原有平衡形式。构件突然发生不能保持原有平衡形式。 变形：构件尺寸与形状的变化变形：构件尺寸与形状的变化 ( (某些力学问题必须考虑构件的变形）某些力学问题必须考虑构件的变形）弹性变形：外力解除后可消失的变形弹性变形：外力解除后可消失的变形塑性变形：外力解除后不能消失的变形塑性变形：外力解除后不能消失的变形弹性变形：外力解除后可消失的变形弹性变形：外力解除后可消失的变形塑性变形：外力解除后不能消失的变形塑性变形：外力解除后不能消失的变形l 构件的力学响应构件的力学响应Page 4 对对构件的承载能力的要求构件的承载能力的要求(对应于与构件的力学响应对应于与构件的力学响应）构件构件(或构件材料或构件材料)在外力作用下抵抗破坏的能力；在外力作用下抵抗破坏的能力；构件在外力作用下抵抗变形的能力；构件在外力作用下抵抗变形的能力；构件在外力作用下保持原有平衡形式的能力构件在外力作用下保持原有平衡形式的能力。静强度：拉伸强度、剪切强度等静强度：拉伸强度、剪切强度等动强度：疲劳强度、冲击强度等动强度：疲劳强度、冲击强度等拉压刚度、弯曲刚度拉压刚度、弯曲刚度Page 5构件需同时具有足够的强度、刚度与稳定性方能正常地工作构件需同时具有足够的强度、刚度与稳定性方能正常地工作 游乐设施游乐设施塔科马悬索桥教训塔科马悬索桥教训结构设计不合理结构设计不合理: : 刚度差刚度差没有进行动载荷下的强度和刚度设计没有进行动载荷下的强度和刚度设计塔科马悬索桥塔科马悬索桥Page 6 材料力学的性质和研究方法材料力学的性质和研究方法材料力学是基于力学实验之上的归纳性学科；是以面材料力学是基于力学实验之上的归纳性学科；是以面向和满足工程应用为准则的理论指导体系。向和满足工程应用为准则的理论指导体系。唯象的研究方法唯象的研究方法 材料力学的任务：材料力学的任务：研究构件在外力作用下的变形、受力与破坏的规律，研究构件在外力作用下的变形、受力与破坏的规律，为为设计构件提供强度、刚度与稳定性分析的基本设计构件提供强度、刚度与稳定性分析的基本理论与方法理论与方法Page 7 材料力学的研究对象材料力学的研究对象 * * 杆件杆件 ：一个方向的尺寸远大于另外两个方向尺寸的构件一个方向的尺寸远大于另外两个方向尺寸的构件杆件：杆件：lb,h轴线轴线横截面横截面直杆，曲杆；等截面杆，变截面杆直杆，曲杆；等截面杆，变截面杆Page 8杆件（按受力与变形）分类杆件（按受力与变形）分类FFMMqMePage 9 讨论：仅研究杆件，有何意义？讨论：仅研究杆件，有何意义？骨架、栋梁、中流砥柱骨架、栋梁、中流砥柱烟台南山娱乐城（伞形结构）烟台南山娱乐城（伞形结构）核心核心 关键关键上海南浦大桥上海南浦大桥 双塔双曲面钢混凝土叠合梁斜双塔双曲面钢混凝土叠合梁斜拉桥，全长拉桥，全长83648364米，主跨米，主跨423423米米. .Page10认为材料变形前后无空隙地充满于整认为材料变形前后无空隙地充满于整 个构件个构件（密实体）（密实体）。均匀性假设：均匀性假设：构件内每一处的力学性能相同。（材料的力构件内每一处的力学性能相同。（材料的力学性能与其体积学性能与其体积及及其其在构件中的位置在构件中的位置无关）无关）各向同性假设各向同性假设：构件某一处材料沿各个方向的力学性构件某一处材料沿各个方向的力学性 能相同。能相同。（力学性能与受力方向无关）（力学性能与受力方向无关）小变形假设小变形假设：构件变形量与其原尺寸相比可以忽略构件变形量与其原尺寸相比可以忽略, , 力学计算可按构件原始尺寸和形状进行。力学计算可按构件原始尺寸和形状进行。Page11举例说明均匀与非均匀、各向同性与各向异性的概念。举例说明均匀与非均匀、各向同性与各向异性的概念。AxyB各向异性：各向异性：x、y方向性质不同方向性质不同;均匀性：宏观均匀性：宏观A、B 两点性质材料相同两点性质材料相同.Page12金属材料在宏观、细观和微观是否连续、均匀与各向同性？金属材料在宏观、细观和微观是否连续、均匀与各向同性？微观：分子原子内部结构的非连续，非均匀，各向异性。微观：分子原子内部结构的非连续，非均匀，各向异性。细观：非连续（微缺陷、微孔洞等）；非均匀（微夹杂、细观：非连续（微缺陷、微孔洞等）；非均匀（微夹杂、晶界等）；各向异性（晶粒方位）；晶界等）；各向异性（晶粒方位）；尺寸效应尺寸效应宏观：连续，均匀，各向同性；宏观：连续，均匀，各向同性；优质钢材的显微组织优质钢材的显微组织球墨铸铁的显微组织球墨铸铁的显微组织Page13气体、液体压力，接触压力。气体、液体压力，接触压力。重力，电磁力等。重力，电磁力等。分布力分布力集中力集中力：不随时间改变或变化很慢。不随时间改变或变化很慢。：随时间显著变化或使构件各质点产生随时间显著变化或使构件各质点产生 明显加速度。明显加速度。Page14 内力的求法：内力的求法：截面法截面法：杆件内部相连各部分之间有杆件内部相连各部分之间有相互作用相互作用力力( (一般为分布力一般为分布力) )11111 1、用、用假想截面假想截面将杆件切开，得到分离体；将杆件切开，得到分离体；Page152 2、取受力简单的分离体，截面上的分布内力向形心简化，、取受力简单的分离体，截面上的分布内力向形心简化， 得到六个内力分量，画分离体的受力图，；得到六个内力分量，画分离体的受力图，；轴力轴力FN剪力剪力FSx, FSy扭矩扭矩Mx弯矩弯矩My， MzF2F1yxzCPage16 0 xF 0yF 0zF 0 xM 0yM 0zM3 3、对分离体建立平衡方程，求得以六个内力分量表示的内力。、对分离体建立平衡方程，求得以六个内力分量表示的内力。Page171 1、截面法求内力是根据平衡方程，与材料属性无关；、截面法求内力是根据平衡方程，与材料属性无关；2 2、内力与所处截面有关，不同的截面，内力不同；、内力与所处截面有关，不同的截面，内力不同；3 3、内力是作用在切开截面上的连续分布力，利用平衡方、内力是作用在切开截面上的连续分布力，利用平衡方程求出的是内力的合力或合力矩。程求出的是内力的合力或合力矩。 例：求下面两种情况下，例：求下面两种情况下，1-1截面上的内力。截面上的内力。1各向异性材料各向异性材料FFF1F11Page18：AFpA 0lim22 p F2NF FF1FSAFA N0lim AFA S0lim AFpav K 为微面元为微面元A的形心的形心Page191. . 应力是矢量应力是矢量2. . 同一横截面上，不同点处的应力一般不同同一横截面上，不同点处的应力一般不同3. . 过同一点，不同方位截面上的应力一般不同过同一点，不同方位截面上的应力一般不同 2N/m 1Pa 1 26N/mm 1Pa 10MPa 1 （PaPascal 帕）帕）（MMega 兆）兆）应力是对截面上连续分布的内力在局部某处集中程度的应力是对截面上连续分布的内力在局部某处集中程度的量化描述量化描述Page20棱边长度改变棱边长度改变abb棱边夹角改变棱边夹角改变abb变形的分类：变形的分类：衡量杆件变形程度的力学量。衡量杆件变形程度的力学量。为了精确地描述杆件上各处的变形程度，取微体，考察为了精确地描述杆件上各处的变形程度，取微体，考察其变形其变形Page21正应变定义正应变定义abbababababab ab线段的线段的平均正应变平均正应变0limababab a点沿点沿ab方向的方向的正应变正应变切应变定义切应变定义直角直角bac的改变量的改变量直角直角bac的切应变的切应变ccab 正应变特点正应变特点: : 正应变是无量纲量正应变是无量纲量 过同一点，不同方位的正应变一般不同过同一点，不同方位的正应变一般不同tan 切应变为无量纲量切应变为无量纲量 切应变单位为切应变单位为 radPage22思考：思考：某构件某构件A点处的点处的 BAC =600,构件受力后变构件受力后变成成59.50, A点的切应变点的切应变 = 600- 59.50 =0.50,是否正确？是否正确？60059.50ACCBB 切应变用弧度表示切应变用弧度表示 切应变为微体相邻切应变为微体相邻直角边改变量直角边改变量 切应变与方位相关切应变与方位相关Page23ADAGADADv m 1005. 0-3 v41000. 5 y AGGDtan 例例: :求微体棱边求微体棱边AB与与AD的平均正应变及的平均正应变及 A点处直角点处直角BAD的切应变。的切应变。 0 x ADvy 解：解：rad 1000. 13 100100ABDC0.1 0.05xyDGGPage24单向受力单向受力 a纯剪切纯剪切bb E 弹性弹性( (杨氏杨氏) )模量模量G 切变模量切变模量回顾物理弹簧伸长量与外力关系：回顾物理弹簧伸长量与外力关系：F=kx微体上应力与应变之间的关系？微体上应力与应变之间的关系？ 切应力只产生切应变切应力只产生切应变正应力只产生正应变正应力只产生正应变Page25例：例：已知已知 s = = a/1000,/1000,G = 80= 80GPa, ,求切应力求切应力. . 解：解：as tan G rad100 . 110003 aa )rad100 . 1)(Pa1080(39 Pa100 . 87 MPa 80 aaDCAB xy s Page26 作业作业1 11,21,2，3 3Page27谢谢谢谢! !Page28观察与思考观察与思考: : 为什么摩天大楼不采用砖石结构为什么摩天大楼不采用砖石结构? ?美国美国F15F15战机空中解体战机空中解体 强度问题强度问题Page29刚度问题刚度问题Page30毁坏的高压电线塔毁坏的高压电线塔稳定性与失稳概念稳定性与失稳概念