高等教育出版社材料力学课件课件

考试、考核方法1、期末考试：考试内容－讲过的内容考试方式－笔试，闭卷（80分）；2、平时成绩：课堂出勤和作业（10分）+实验（10分）；3、总成绩：考试成绩×0.8+平时成绩+实验成绩＝总成绩1 第一章绪论2 1.1材料力学简史1.2材料力学的研究对象、任务和研究方法1.3变形固体及其基本假设1.4外力、内力及应力1.5位移、变形及应变1.6杆件的变形形式本章主要介绍材料力学的研究对象、任务和研究方法，变形固体的基本概念及其基本假设，杆件在荷载作用下的变形形式。3 §1-1材料力学简史4 传统具有柱、梁、檩、椽的木制房屋结构古代建筑结构一5 6 7 古代建筑结构2200年以前建造的都江堰安澜索桥8 古代建筑结构建于隋代（605年）的河北赵州桥桥长64.4米，跨径37.02米，用石2800吨9 材料力学独立出现可以指导工程设计，解决工程问题1638年：《关于两种新科学的叙述与证明》伽利略Galilei1564-1642悬臂梁应力分布简支梁受集中载荷的最大弯矩等强度梁截面形状空、实心圆柱抗弯强度比较§1-1、材料力学简史10 法国科学家纳维1826年著《材料力学》通过实验修正了伽利略的错误，提出了最大切应力强度理论法国科学家库仑（1736－1806）11 §1-2材料力学的研究对象、任务和研究方法12 一、材料力学的研究对象结构：建筑物中承受荷载而起骨架作用的部分。如:屋架桥梁，铁塔输电线塔。构件：组成结构的单个部件。荷载：作用于建筑物或结构上的外力和重量。13 屋架14 桥梁15 铁塔输电线塔16 材料力学的研究对象是有工程材料制成的、在荷载作用下的构件。17 航空航天二、材料力学的任务18 四川彩虹桥坍塌19 美国纽约马尔克大桥坍塌20 21 22 比萨斜塔23 桥梁结构二24 变形：在荷载作用下，构件的几何形状和尺寸都要发生一定程度的改变，这种改变称为变形。所以构件正常安全使用必须有足够的承载能力——构件必须满足以下三方面的要求1、强度2、刚度3、稳定性失效：当荷载达到一定某一数值时，构件会因为变形过大或发生破坏而失去效用。25 强度：构件在外力作用下抵抗破坏的能力。图1-5tacama大桥图1-6托架26 刚度：构件在外力作用下抵抗变形的能力。图1-7钻床图1-8机械臂、机械手27 F1F2图1-9公路桥的主梁实际上每个构件都是既需满足强度要求又要满足刚度要求。有些构件还需要满足稳定性的要求。28 稳定性：构件在外力作用下保持其原有平衡状态的能力（是否会弯折的问题）。稳定性主要是针对细长的压杆而言的。例如：自卸式货车的压杆AB。图1-9自卸式货车29 图1-10挖土机中的杆BC30 构件的承载能力与下列因素有关：材料性质：如木材，钢铁；尺寸：大、小；形状：空心、实心；平放、竖放。从安全角度考虑：优质材料，构件尺寸粗大；从经济角度考虑：节省材料，减少成本，减轻自重。矛盾31 具体地说，材料力学的任务是研究构件受力以后的变形和破坏的规律，为设计构件提供强度、刚度和稳定性的计算依据，力求使设计的构件既经济又安全、适用。32 三、材料力学的研究方法材料力学采用的是实验─假设─理论分析─试验验证的研究方法。1.通过实验来观察事物的具体现象，以求通过具体现象来探求事物的本质。2.在实验基础上，略去次要因素，保留主要因素，从而建立假设，把问题抽象化，用理想的力学模型来代替实际的问题。3.建立了力学模型后，用数学和力学进行理论上的分析。4.理论分析所得出的结论以及由这些结论所推导出的计算方法、计算公式是否正确，还需要大量的实验验证和生实践的验证。33 §1-3变形固体及其基本假设34 一、刚体和变形固体理论力学把物体看作──刚体材料力学把物体看作──变形固体注意：刚体模型适用的概念、原理、方法，在研究变形体模型的内部效应（变形）时不适用。研究变形体力学的平衡方程时，静力学的原理适用。35 材料力学只研究弹性体的力学性质。与理论力学中刚体相比，适用公理时注意：变形不等效力线平移定理：变形不等效力的可传性公理：36 5、小变形假设：物体的几何形状及尺寸的改变与其总尺寸相比是很微小的。1、连续性假设：假设构成变形固体的物质毫无空隙地完全充满了固体所占的几何空间。微观不连续，宏观连续。根据这个假设，可以引入无限小概念，可以用连续函数来表示物理量。2、均匀性假设：构件内各点处的力学性能处处相同。3、各向同性假设：假设构件内的一点在各个方向上的力学性能是相同的。二、变形固体的基本假设4、线弹性假设：变形可分为弹性变形和塑性变形。假设外力在一定的范围内，构件只产生弹性变形，并且外力与变形之间符合线性关系，能够直接利用胡克定律。37 小变形ABCFδ1δ2δ远小于构件的最小尺寸，所以通过节点平衡求各杆内力时，把支架的变形略去不计。计算得到很大的简化。38 §1-4外力、内力及应力39 四外力：按外力作用的方式体积力:是连续分布于物体内部各点的力如物体的自重和惯性力面积力:如油缸内壁的压力，水坝受到的水压力等均为分布力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中力。如火车轮对钢轨的压力等按时间分布力：集中力：静载：动载：缓慢加载（a≈0）快速加载（a≠0），或冲击加载40 外力作用引起构件内部的附加相互作用力。求内力的方法－－截面法1、切2、去3、代4、平内力41 FSMFFaa42 一点的应力：当面积趋于零时，平均应力的大小和方向都将趋于一定极限，得到应力的国际单位为Pa1N/m2=1Pa（帕斯卡）1MPa=106Pa1GPa=109Pa应力总量P可以分解成:垂直于截面的分量σ－－正应力平行于截面的分量τ－－切应力应力平均应力:某范围内单位面积上内力的平均集度43 §1-5位移、变形及应变的概念44 五FC’D’E’位移线位移角位移变形线变形角变形应变线（正）应变角（切）应变AA’CDE45 §1-6杆件的变形形式46 六构件的分类：杆件、板壳*、块体*杆件：直杆：折杆：曲杆：等截面直杆、变截面直杆等截面折杆、变截面折杆*等截面曲杆、变截面曲杆*47 ①杆件：一个方向的尺寸大②板和壳：两个方向的尺寸大③实体：三个方向的尺寸都大弹性力学研究范围边界条件不一样，公式要复杂得多材料力学只研究杆，结构力学研究由很多杆组成的杆系。构件的分类（长宽高来衡量）48 几何特征各横截面的形心连线——轴线垂直于杆轴线的截面——横截面根据轴线形状可分为：曲杆：拱折杆：刚架研究对象：弹性范围内，均匀连续、各向同性、小变形的等直杆直杆:49 拉压变形拉（压）、剪切、扭转、弯曲剪切变形杆件的基本变形：50 扭转变形弯曲变形51 1.轴向拉伸和压缩杆件的基本变形2.剪切(a)轴向拉伸(b)轴向压缩FFFF剪切变形FF52 MeMe弯曲变形扭转变形MegjMe3.扭转变形4.弯曲变形53 研究方法将构件变形形式分为四种基本变形：轴向拉伸和压缩剪切扭转弯曲54 实际构件受力情况多种多样考虑主要外力作用，归到基本变形几种力都不能忽略，归到组合变形基本变形：不同的外力不同的内力不同的变形不同的公式55 组合变形组合变形：同时发生两种或以上的基本变形。常见的组合变形形式有：斜弯曲（或称双向弯曲）、拉（压）与弯曲的组合、弯曲与扭转的组合。弯扭组合F压弯组合（水坝）F斜弯曲Ｆzy56 小结概念：构件、强度、刚度、稳定性任务：研究构件的强度、刚度、稳定性，为工程设计提供理论依据和计算方法。可变形固体与刚体：四个基本假设：对象：弹性范围内，均匀、连续、各向同性、小变形的等直杆四个基本变形：拉压、剪切、扭转、弯曲57