材料力学课件 第一章绪论

材料力学第一章绪论上海工程技术大学基础教学学院工程力学部1 §1—2材料力学的基本假设§1—1材料力学的任务与研究对象§1—3外力与内力§1—4材料力学研究的主要内容小结力学在各领域的应用、第一章绪论第一章绪论2 §1—1材料力学的任务与研究对象一、强度、刚度与稳定性1.构件：组成机器或结构物的每一个元件第一章绪论AD：梁；BC：杆；静力学：可求AD梁A、B、D处的约束反力。即：１）受力图２）列平衡方程若：解得:3 （1）足够的强度；第一章绪论（2）足够的刚度；（3）足够的稳定性。问题：1、此结构能否正常的工作？1)梁是否会断、2)支撑杆能否被压坏，2、要正常工作应有那几个指标来衡量？强度：抵抗破坏的能力。AD不折断，BC不被压坏。刚度：构件抵抗变形的能力。稳定性：构件保持原平衡状态的能力。即：是否能负担起应当承受的载荷？弯曲变形是否过大；并能否保持原平衡状态不变？4 AD梁的强度问题AD梁的刚度问题BC杆的强度问题BC杆的稳定性问题5 （1）强度：第一章绪论（2）刚度：（3）稳定性：衡量构件安全工作的三个主指标：构件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。构件在外力作用下保持原有平衡状态的能力。构件的强度、刚度和稳定性是与构件的材料、截面形状与尺寸、成本有关。结论：材料力学是一门研究构件承载能力的科学。材料力学的任务：1）研究构件在外力作用下的内力、变形和破坏的有关规律；2）为设计构件提供有关强度、刚度和稳定性计算的基本原理和方法。6 第一章绪论7 第一章绪论8 材料力学就是通过对构件承载能力的研究，找到构件的截面尺寸、截面形状及所用材料的力学性质与所受荷载之间的内在关系，从而在既安全可靠又经济节省的前提下，为构件选择适当的材料和合理的截面尺寸、截面形状。材料的力学性质：指材料在外力作用下表现的破坏和变形的情况。可由实验测定。第一章绪论9 第一章绪论理力：研究对象是刚体，二、材料力学的研究对象材料力学是研究构件的承载能力与变形的问题。即物体的变形是可以忽略不计的。材料力学：研究对象：杆件，是要变形的固体。横截面：垂直长度方向的截面。轴线：各横截面形心的连线。各横截面均相同的直杆。等直杆：杆轴梁10 板壳块体杆件第一章绪论杆：空间一个方向的尺度远大于其它两个方向的尺度，这种弹性体称为杆（bar)板：空间一个方向的尺度远小于其它两个方向的尺度，且各处曲率均为零，这种弹性体称为板Plate壳：空间一个方向的尺度远小于其它两个方向的尺度，且至少有一方向的曲率不为零，这种弹性体称为壳shell。体：空间三个方向且有相同量级的尺度，这种弹性体称为体body。11 直杆：轴线为直线的杆。曲杆：轴线为曲线的杆。等直杆：各横截面的大小相同的直杆。变截面直杆：各横截面的大小不相同的直杆。杆杆的两个几何要素轴线：各横截面中点的连线。横截面：垂直于杆长度方向的截面。第一章绪论小结：为研究方便对变形体作一些必要的基本假设。12 一、变形固体：二、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：§1—2变形固体及其基本假设在外力作用下发生变形的固体。认为变形固体整个体积内都被物质充满，没有空隙和裂缝。认为变形固体整个体积内各点处的力学性质相同。认为变形固体沿各个方向的力学性质相同（不适合所有的材料）。第一章绪论为什么要提出这些假设？13 而不变。AC杆水平，小变形：三、研究材料力学的前提条件——小变形。第一章绪论构件在外力作用下发生的变形与原尺寸相比非常小。在求构件在外力作用下各杆的内力时，变形忽略不计，按杆件原尺寸计算。δ1δ2AA1FFBC求N1、N2时，14 材料力学研究的对象是杆件。就所研究的对象而言，其它构件和物体对其的作用力。一、外力：外力：AD梁：§1—3外力与内力第一章绪论称为此构件所受的外力。BC杆：外力：15 外力的分类集中力，力偶。静荷载，体力：连续分布于物体内部各点上的力，交变载荷：随时间作周期性变化的载荷。第一章绪论分布力，动荷载：不随时间变化的荷载，随时间变化的荷载。或：随时间极缓慢变化的荷载。表面力：作用于构件表面的力。按时间变化分为：冲击载荷：在瞬时发生突然变化的载荷。按作用方式分：自重。16 二、内力与截面法：第一章绪论1、内力的定义：在外力作用下，构件内部各部分之间因相对位置改变而引起的相互作用力。2、内力的特点：①连续分布于截面上各处；②随外力的变化而变化。3、截面法：用以显示和求解内力的方法，其步骤为：①截开：②代替：③平衡：N分为两部分，在待求内力的截面处假想地将构件截用内力代替弃去部分对脱离体的作用；对脱离体列出平衡方程。－脱离体；取其中一部分为研究对象17 三、应力第一章绪论比较a、b图杆所受力情况①应力定义：一点处内力的集度，NN两杆的材料、长度均相同。两杆所受的内力相同，；N显然粗杆更为安全。构杆的强度是与内力在截面上的分面和在某点处的聚集程度有关。或一点处微小面积趋于零时单位面积上的内力。§1—4应力18 第一章绪论①应力：一点处内力的集度，或一点处微小面积趋于零时单位面积上的内力。②全应力：⊿A面积上的内力⊿P⊥截面；∥截面。③正应力：垂直于截面的应力分量。④剪应力：切于截面的应力分量。三者之间的关系：19 第一章绪论应力的单位：，或帕(Pa)。1Mpa(兆帕）=106Pa,1GPa（吉帕）=109Pa。钢的弹性模量：铜的弹性模量：§1—5材料力学研究的主要内容杆的四种基本变形轴向拉压剪切扭转弯曲应力状态强度理论基本概念基本假设一、主要内容：组合变形斜弯曲轴向拉压与弯曲弯曲与扭转实例外力内力应力强度变形刚度截面的几何性质二、分析方法：压杆稳定20 绪论小结一、衡量构件的承载能力：（1）强度：构件在外力作用下抵抗破坏的能力。（2）刚度：构件在外力作用下抵抗变形的能力。（3）稳定性：构件在外力作用下保持原有平衡状态的能力。二、材料力学的任务材料力学就是通过对构件承载能力的研究，找到构件的截面尺寸、截面形状及所用材料的力学性质与所受荷载之间的内在关系，从而在既安全可靠又经济节省的前提下，为构件选择适当的材料和合理的截面尺寸、截面形状。第一章绪论21 三、变形固体的基本假设：1、连续性假设2、均匀性假设3、各向同性假设四、研究材料力学的前提条件——小变形第一章绪论五、求内力的方法——截面法六、应力的概念——单位面积上内力的分布集度正应力，剪（切）应力22 第一章结束第一章绪论23 第一章绪论24 第一章绪论25 第一章绪论26 强度和刚度第一章绪论27 大型结构静动态分析软件飞速发展SAP5;SUPERSAP;NFAP;ANSYS;ADINA/ADINAT;NASTRAN;ABAQUS等第一章绪论28 大型结构静动态分析软件飞速发展SAP5;SUPERSAP;NFAP;ANSYS;ADINA/ADINAT;NASTRAN;ABAQUS等第一章绪论29 第一章绪论30 轮胎与轮毂的有限元分析第一章绪论31 第一章绪论32 第一章绪论33 上海南浦大桥第一章绪论34 海洋石油钻井平台第一章绪论35 飞机静载试验第一章绪论36 空间站和航天器第一章绪论37 §1-1图示圆截面杆,两端承受一对方向相反、力偶矩矢量沿轴线且大小均为M的力偶作用。试问在杆件的任一横截面上存在何种内力分量，并确定其大小。本次课作业第一章绪论§1-2如图所示，在杆件的斜截面上,任一点A处的应力，其方位角，试求该点处的正应力与切应力的大小。A38 1.何谓构件？何谓变形？弹性变形与塑性变形有何区别？2.何谓构件的强度、刚度与稳定性？3.构件设计的基本要求是什么？存在哪些矛盾？4.材料力学的主要研究什么问题？5.杆件的轴线与横截面之间有何关系？6.材料力学的基本假设是什么？均匀性假设与各向同性假设有何区别？7.集中力与分布力有何区别？动载荷与静载荷有何区别?复习题第一章绪论39 8.何谓内力？何谓截面法？一般情况下,杆件截面上的内力可用几个分量表示？9.何谓应力?何谓正应力与切应力？应力的单位是什么?复习题第一章绪论40