1、1,第二篇 材 料 力 学 Mechanics of Materials,2,目的 对学科有一个初步的概念上的了解 懂得重要性，引起学习它的兴趣,内容 材料力学的研究对象 基本假设 基本概念 变形的基本形式,第七章 绪 论,3,71 材料力学的来龙去脉,本节站在力学史和力学方法论的发展观、自然科 学的价值观上，追根溯源 ，展望去向，力图使你对于 材料力学 有如下的宏观感觉和总体把握会当凌绝顶，一览众山小 一、材料力学的由来 学科发展的必然性二、材料力学的任务 工程需要的迫切性三、材料力学的作用 承前启后的阶段性,4,一、材料力学的由来 学科发展的必然性你将会确信：从学科发展观的角度，材料力学的
2、出现，是力学学科的必然结果物理和理论力学：运动的一般规律（质点、刚体）质 点：只有质量，没有大小刚 体：有质量，有大小，但没有变形（相对位置不变）变形体：有质量，有大小，有变形（相对位置变化）变形：物体内部各质点之间的相对位置变化、尺寸和形状的改变质点 刚体 变形体，人类的认识深化,5,变形体力学 变形体受力后的运动或变形规律涉及到变形，理论力学无能为力，材料力学当仁不让 材料力学是变形体力学最早的分支，有最简捷的结果（1）最简单的模型（2）最基本的概念（3）最根本的方法（4）最典型的结论特点：概念多， 变形多， 公式多， 实验多研究对象 质点？刚体？变形体？根据 相对性,6,二、材料力学的任
3、务 工程需要的迫切性,工程需要上看，材力是必然产物材力能成为一门自然科学技术的学科，是人类文 明发展积累的成果,每时每刻，人类都不得不同受力的物体或结构打交道：从土房、木屋 到钢铁塔架、钢筋混凝土大厦（住）从人力车、牛马车 到 火车、汽车、轮船、飞机、火箭（行）从打猎用的木棍、竹棒 到 用蒸汽或用电动的机器（用）人们（包括你）生活中的一切，无不涉及受力的问题 受力问题的安全？安全与经济？,7,长江、松花江的堤坝 911的世贸大楼 失事的飞机 日常的衣食住行涉及的结构它们的第一功能 某方面的第一价值虽然安全保证不是追求的第一功能，但是是人类生存的基本功能,材料力学首先回答了安全功能如何保证的问题
4、也是在解决安全问题中发展起来的 材料力学形成以前，人们已经懂得一些相关知识，并积累了实践经验 隋代的赵州石桥，经计算，符合现代力学原理：,8,十七世纪前后,9,10,十九世纪初,11,12,13,我国祖先的功绩,14,15,16,高层建筑,17,高层建筑,18,高层建筑,19,海洋石油钻井平台,20,车辆与机械,21,20世纪中，一些高科技及其在各工业领域的应用与力学的指导密不可分.,22,道路与造桥,23,大型桥梁的强度 刚度 稳定性问题,24,澳 门 桥,上海南浦大桥,我国著名桥梁,南京长江大桥,25,大型水利工程设施,26,大量中、外力学专家为力学 的发展作出了突出的贡献,这里 只简单介
5、绍部分力学专家.,27,达芬奇说： “力学是数学的乐园，因为我们在这里获得了数学的果实。”,达芬奇,伽利略,伽利略创建了材料力学,28,29,30,31,32,33,34,35,36,真正解决问题，还是材料力学形成以后,达.芬奇(Leonardo da Vinci, 1452-1519) 伽利略（Galilei, 1564-1642)开始着手解决构件的强度计算问题,从那时起，材料力学在奠基 长期的积累、发展，逐渐完善形成 材料力学材料力学关心的安全体现在 强 度 (Strength) 刚 度 (Stiffness)稳定性 (Stability).,37,具有足够的刚度构件在外载作用下，抵抗可恢
6、复变形的能力。例如机床主轴不应变形过大，否则影响加工精度。满足稳定性要求构件在某种外载作用下，保持其原有平衡状态的能力。例如柱子不能弯等。,对构件的三项基本要求 具有足够的强度构件在外载作用下，抵抗破坏的能力。 例如储气罐不应爆破。（破坏 断裂或变形过量不能恢复）,38,上面提到了术语1、 构件 Component or Member ：组成机械的零件或构筑物的杆件统称为构件2、 结构 Structure：由构件组成的体系，工程结构是工程实际中采用的结构3、 载荷 Load：构件和结构承受的负载或荷重载荷有 内载荷外载荷4、 变形 Deformation：在载荷的作用下，构件的形状及尺寸发生的
7、变化称为变形,39,材料力学的任务1）研究材料的力学性能 2）研究构件的强度、刚度和稳定性等3）合理解决安全与经济之间的矛盾构件的强度、刚度和稳定性均与所用材料的力学性能有关，因此在实验研究基础上，进行和理论分析是完成材料力学的任务所必需的途径和手段。,40,三、材料力学的作用 承前启后的阶段性1。后续的力学（其它的变形体力学）学好材料力学对学习其他变形体力学的奠基作用 结构力学，弹性力学，塑性力学，断裂力学, 纳米力学 流体力学 理性力学2。后续的专业课程 建筑结构 机械设计 结构设计原理 3。有助于学习其它工程：土木、机械、勘查、航天、交通、水利、材料、生物、工程、仪表等 4。今后工程工作
8、中直接受益,41,72 变形固体的基本假设,在外力作用下，一切固体都将发生变形，故称为变形固体，而构件一般均由固体材料制成，故构件一般都是变形固体。 变形固体的假设 1连续性假设：认为整个物体体积内毫无空隙地充满物质 （数学） 2均匀性假设：认为物体内的任何部分，其力学性能相同 （力学） 3各向同性假设：认为在物体内各个不同方向的力学性能相同（物理）4. 小变形假设：变形与本身的尺寸相比很小,42,73 基本概念,力，重之谓。 墨翟墨经力，刑之所以奋也。 墨翟墨经 刑 物体 奋 由静而动 或 由慢而快 力 物体的“奋”因墨子（前490-405）的观点早于亚里士多德100年早于伽利略2000年力
9、 原因，无形运动 结果，有形（包括“静运动” ：变形）,43,四,一 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（a0）,快速加载（a0），或冲击加载,1、定义： 指由外力作用所引起的、物体内相邻部分之间相互作用力（附加内力）。,二、内力,2、 内力的求法 截面法,步骤, 截开 在所求内力的截面处， 假想地用截面将杆件 一分为二。,m,m,代替任取一部分，其
10、弃去部分对留下部分的作用，用作用 在截面上相应的内力（力或力偶）代替。,平衡,对留下的部分建立平衡方程，根据其上的已知外力来计算杆在 截开面上的未知内力（此时截开面上的内力对所留部分而言是外力）。,m,m,48,三 应力 为了引入应力的概念，参照下图，首先围绕C点取 微小面积，有分布内力的合力，应力定义为,49,应力是一个矢量 平均应力某个范围内，单位面积上的内力的平均集度 C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,应力即单位面积上的内力某截面处内力的密集程度 应力的国际单位为N/m21N/m2 = 1Pa（帕斯卡）1MN/m2 = 1MPa = 106 N/m2 = 106Pa1GPa = 1GN/m2 = 109Pa,50,51,对于构件任一点的变形，只有线变形和角变形两种基本变形，分别由线（正）应变和角（切）应变来度量1线应变,四 应变,52,正应变 即单位长度上的变形量，无量纲，其物理意义是构件上一点沿某一方向变形量的大小2角应变 切应变 即一点单元体两棱角直角的改变量， 无量纲,53,75 构件变形的基本形式,54,55,组合变形,
