材料力学课件第1章 绪论
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材料力学绪论课件
（强度、刚度和稳定性）
构件材料的力学性质
材料力学的任务就是在满足强度、刚度和稳定性的要 求下，为设计既安全可靠又经济合理的构件，提供必 要的理论基础和科学的计算方法。
4. 课程的研究方法 理论分析和实验手段相结合
• 材料的力学性质需要通过实验获得 • 一些理论以实验结果得出的某些假设为前提
10
§ 1 . 1 材料力学的任务 古埃及金字塔
时间：公元前2500年
11
§ 1 . 1 材料力学的任务 嘉德石拱桥（Pont du Gard） 时间：公元前15年至公元14年
12
§ 1 . 1 材料力学的任务
赵州桥 隋朝李春利用石料耐压 不耐拉的特性，主持建
北宋建筑学家李诫的《营造法式》 书中对构件尺寸做了详细的规定， 给出许多经验公式，房梁要从园木 中截取高与宽之比为3比2的矩形最
楼板
墙
地下室底板
梁
楼梯 柱
梁
墙下基础
柱下基础
§ 1 . 1 材料力学的任务
1. 构件、载荷
各个构件承受的力统称为作用在构件上载荷（load）
楼板
墙
地下室底板
梁
楼梯 柱
梁
墙下基础
柱下基础
5
§ 1 . 1 材料力学的任务
1. 构件、载荷
各个构件承受的力统称为作用在构件上载荷（load）
载荷(力） 产生的效应
20
§ 1 . 2 变性固体的概念及理想模型
3. 小变形假设——研究材料力学的前提条件
小变形：指构件在外力作用下发生的变形量远小于 构件的尺寸
小变形假设：材料力学研究的变形局限于小变形范围
小变形假设的作用:
(1)保证构件处于纯弹性变形范围 (2)允许以变形前的受力分析代替变形后的受力分析 (3)保证叠加法成立
材料力学课件PPT
力学性质：在外力作用下材料在变形和破坏方面所 表现出的力学性能
一
试
件
和
实
常
验
温
条
、
件
静
载
材料拉伸时的力学性质
材料拉伸时的力学性质
二 低 碳 钢 的 拉 伸
材料拉伸时的力学性质
二 低碳钢的拉伸（含碳量0.3%以下）
e
b
f 2、屈服阶段bc（失去抵抗变 形的能力）
b
e P
a c s
s — 屈服极限
（二）关于塑性流动的强度理论
1．第三强度理论（最大剪应力理论） 这一理论认为最大剪应力是引起材料塑性流动破坏的主要
因素，即不论材料处于简单还是复杂应力状态，只要构件危险 点处的最大剪应力达到材料在单向拉伸屈服时的极限剪应力就 会发生塑性流动破坏。
这一理论能较好的解释塑性材料出现的塑性流动现象。 在工程中被广泛使用。但此理论忽略了中间生应力 2的影响， 且对三向均匀受拉时，塑性材料也会发生脆性断裂破坏的事 实无法解释。
许吊起的最大荷载P。
CL2TU8
解： N AB
A [ ]
0.0242 4
40 106
18.086 103 N 18.086 kN
P = 30.024 kN
6.5圆轴扭转时的强度计算
圆轴扭转时的强度计算
▪ 最大剪应力：圆截面边缘各点处
max
Tr
Ip
max
Wp T
Wp
Ip r
—
抗扭截面模量
3、强化阶段ce（恢复抵抗变形
的能力）
o
b — 强度极限
4、局部径缩阶段ef
明显的四个阶段
1、弹性阶段ob
材料力学课件第1-4章
4
1.1 材料力学的任务
一.工程要求
设 机械 计 结构
零件
构件 (可变形固体)
?
要求:构件具有足够的承载能力
5
1.1 材料力学的任务
构件的承载能力
1.强度 2.刚度
?
3.稳定性 1.什么叫构件的强度、刚度、稳定性?
2.什么时候构件具有足够的强度、刚度、稳定性? 强度 ----构件抵抗破坏的能力
刚度 ----构件抵抗变形的能力
3. 截面形状和尺寸与承载关系
方法 1. 实验手段 2. 理论分析
几何方面 物理方面
静力方面
9
工程实例
强度
刚度
稳定性
稳定性
10
1.2 可变形固体的性质及其基本假设
构件
可变形固体
材料
1.连续性 2.均匀性 3.各向同性
11
1.2 可变形固体的性质及其基本假设
4. 小变形条件 原始尺寸原理
物体的变形是客观存在的,当结构的支反力没 有求出时,变形是无法求解的,为了应用静力平 衡方程,求出支反力,引入小变形原理(原始尺寸 原理)
例2. 一悬臂吊车，载荷 F=15kN，A C 1 . 9 m B C 0 . 8 m 当F 移到A点时 求AB 杆横截面上的应力。
B
d 20mm
解： 1.求外力
F y 0 F AB sin F 0
得
FAB
F sin
C y
ox
F FAB
FAC
A
F
sin
0.8 0.388 0.82 1.92
公式推导
1.实验观察: 直线平移 2.推理: 面平移
3.假设：平面假设
= C1, = C2
1.1 材料力学的任务
一.工程要求
设 机械 计 结构
零件
构件 (可变形固体)
?
要求:构件具有足够的承载能力
5
1.1 材料力学的任务
构件的承载能力
1.强度 2.刚度
?
3.稳定性 1.什么叫构件的强度、刚度、稳定性?
2.什么时候构件具有足够的强度、刚度、稳定性? 强度 ----构件抵抗破坏的能力
刚度 ----构件抵抗变形的能力
3. 截面形状和尺寸与承载关系
方法 1. 实验手段 2. 理论分析
几何方面 物理方面
静力方面
9
工程实例
强度
刚度
稳定性
稳定性
10
1.2 可变形固体的性质及其基本假设
构件
可变形固体
材料
1.连续性 2.均匀性 3.各向同性
11
1.2 可变形固体的性质及其基本假设
4. 小变形条件 原始尺寸原理
物体的变形是客观存在的,当结构的支反力没 有求出时,变形是无法求解的,为了应用静力平 衡方程,求出支反力,引入小变形原理(原始尺寸 原理)
例2. 一悬臂吊车，载荷 F=15kN，A C 1 . 9 m B C 0 . 8 m 当F 移到A点时 求AB 杆横截面上的应力。
B
d 20mm
解： 1.求外力
F y 0 F AB sin F 0
得
FAB
F sin
C y
ox
F FAB
FAC
A
F
sin
0.8 0.388 0.82 1.92
公式推导
1.实验观察: 直线平移 2.推理: 面平移
3.假设：平面假设
= C1, = C2
材料力学课件第一章绪论
§１.３ 外力及其分类 ３ 一、外力 周围物体对构件的作用。 周围物体对构件的作用。 二、外力分类 按作用方式划分： １．按作用方式划分： 集中力 表面力 外力 线分布力 面分布力 体积力（ 重力，惯性力） 体积力（如：重力，惯性力）
2．按作用趋势划分： ．按作用趋势划分： 静载荷 主动力， 主动力，又称为载荷 动载荷 外力 约束力
∑ 由：
Fy = 0, F − FN = 0
o
∑M
= 0, Fa− M = 0
FN = F 得：
M = Fa
三、应力(stress) 应力 1 . 定义 截面内某一点处分布内力的集度称为该点的应力。 定义: 截面内某一点处分布内力的集度称为该点的应力。 2 . 定义式： 定义式：
∆F 平均应力： 平均应力： pm = ∆A
§1.6 杆件变形的基本形式
一、杆件(bar)的概念 杆件 的概念 1. 构件类型： 构件类型： 杆： 板： 壳： 块：
2. 杆件的两个要素： 杆件的两个要素： 轴线 3. 杆件分类： 杆件分类： 横截面 等截面直杆，变截面直杆，等截面曲杆，变截面曲杆。 等截面直杆，变截面直杆，等截面曲杆，变截面曲杆。 吊车图
MN → 0
M ′N ′ − MN ∆s = lim MN MN → 0 ∆ x
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
γ = lim
ML →0
π − ∠L′M ′N ′ MN →0 2
三、小变形问题的计算 1. 特点： 特点： 位移、变形和应变都是微小量。 位移、变形和应变都是微小量。 2. 采用简化计算： 采用简化计算： 原始尺寸法。 如：原始尺寸法。
∆F lim lim 应力： 应力： p = ∆A→0 pm = ∆A→0 ∆A
精品课件-材料力学(张功学)-第1章
第1章 绪 论 图1-3
第1章 绪 论 图1-4
第1章 绪 论 图1-5
第1章 绪 论
应该指出，连续性不仅存在于构件变形前，而且存 在于变形后，即构件内变形前相邻的质点变形后仍保持邻近， 既不产生新的空隙或空洞，也不出现重叠现象。所以，上述假 设也称为变形连续性假设。
第1章 绪 论 (2)均匀性假设:假设固体内各点处具有完全相同的力
构件在外力作用下会产生变形，制造构件的材料称 为变形固体。变形固体的性质是多方面的，从不同角度研究问 题，侧重面也有所不同。在研究构件的强度、刚度、稳定性问 题时，为了抽象出力学模型，掌握与研究问题有关的主要因素， 略去一些次要因素，材料力学对变形固体做出如下基本假设：
第1章 绪 论
(1)连续性假设：假设组成固体的物质毫无间隙地充 满了固体的几何空间。实际上，组成固体的粒子之间存在着空 隙(图1-3是球墨铸铁的显微组织，图1-4是普通碳素钢的显微 组织，图1-5是优质碳素钢的显微组织)。但这种空隙的大小 与构件尺寸相比极其微小，可以忽略不计，于是就认为固体在 其整个体积内是连续的。这样，构件内的一些力学量（例如各 点的位移）可用坐标的连续函数来表示，对这些函数可进行坐 标增量为无限小的极限分析。
第1章 绪 论 1.1.2 材料力学的研究对象
工程中有各种形状的构件，按照其几何特征，主要可分为
一个方向的尺寸远大于其他两个方向尺寸的构件，称为杆 件（见图1-1）。杆件是工程中最常见、最基本的构件。梁、 轴、柱等均属杆类构件。
第1章 绪 论 图1-1
第1章 绪 论 杆件横截面的几何中心称为形心，各横截面形心的
第1章 绪 论
1.3 外力与内力 1.外力及其分类 研究某一构件时，该构件以外的其他物体作用在该构件上 的力称为外力。 按外力的作用方式，可将作用在构件上的外力分为 表面力和体积力。表面力是作用于物体表面的力，又可分为分 布力和集中力。分布力是连续作用于物体表面的力，如作用于 油缸内壁上的油压力等。有些分布力是沿杆件轴线作用的，如 楼板对屋梁的作用力。若外力分布面积远小于物体的表面尺寸， 或沿杆件轴线分布范围远小于轴线长度，就可将其视为作用于 一点的集中力，如车轮对钢轨的压力，轴承对轴的支承力等。 体积力是连续分布于物体内各点的力，如物体的自重和惯性力 等。
材料力学全ppt课件
x
切应变（角应变）
M点处沿x方向的应变： M点在xy平面内的切应变为：
x
lim
x0
s x
g lim ( LM N)
MN0 2
ML0
类似地，可以定义 y , z ,g 均为无量纲的量。
目录
§1.5 变形与应变
例 1.2
c
已知：薄板的两条边
4、稳定性：
在载荷 作用下，构 件保持原有 平衡状态的 能力。
强度、刚度、稳定性是衡量构件承载能力 的三个方面，材料力学就是研究构件承载能力 的一门科学。
目录
§1.1 材料力学的任务
三、材料力学的任务
材料力学的任务就是在满足强度、刚度 和稳定性的要求下，为设计既经济又安全的构 件，提供必要的理论基础和计算方法。
目录
§1.3 外力及其分类
按外力与时间的关系分类
静载： 载荷缓慢地由零增加到某一定值后，就保持不变或变动很不显著， 称为静载。
动载： 载荷随时间而变化。
如交变载荷和冲击载荷
交变载荷
冲击载荷
目录
§1.4 内力、截面法和应力的概念
内力：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
传统具有柱、梁、檩、椽的木 制房屋结构
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
目录
§1.1 材料力学的任务
古代建筑结构
建于辽代（1056年）的山西应县佛宫寺释迦塔 塔高9层共67.31米，用木材7400吨 900多年来历经数次地震不倒，现存唯一木塔
目录
§1.1 材料力学的任务
架的变形略去不计。计算得到很大的简
化。
C
δ1
切应变（角应变）
M点处沿x方向的应变： M点在xy平面内的切应变为：
x
lim
x0
s x
g lim ( LM N)
MN0 2
ML0
类似地，可以定义 y , z ,g 均为无量纲的量。
目录
§1.5 变形与应变
例 1.2
c
已知：薄板的两条边
4、稳定性：
在载荷 作用下，构 件保持原有 平衡状态的 能力。
强度、刚度、稳定性是衡量构件承载能力 的三个方面，材料力学就是研究构件承载能力 的一门科学。
目录
§1.1 材料力学的任务
三、材料力学的任务
材料力学的任务就是在满足强度、刚度 和稳定性的要求下，为设计既经济又安全的构 件，提供必要的理论基础和计算方法。
目录
§1.3 外力及其分类
按外力与时间的关系分类
静载： 载荷缓慢地由零增加到某一定值后，就保持不变或变动很不显著， 称为静载。
动载： 载荷随时间而变化。
如交变载荷和冲击载荷
交变载荷
冲击载荷
目录
§1.4 内力、截面法和应力的概念
内力：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
传统具有柱、梁、檩、椽的木 制房屋结构
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
目录
§1.1 材料力学的任务
古代建筑结构
建于辽代（1056年）的山西应县佛宫寺释迦塔 塔高9层共67.31米，用木材7400吨 900多年来历经数次地震不倒，现存唯一木塔
目录
§1.1 材料力学的任务
架的变形略去不计。计算得到很大的简
化。
C
δ1
材料力学课件第一章绪论1-2
ε称为M点沿x方向的线应变或简称为正应变。
也记为εx 。 (重点掌握)
同理可定义εy ， εz 。 线应变，即单位长度上的变形量， 为无量纲量，其物理意义是构件上一点 沿某一方向(相对)变形量的大小。
正交线段MN和ML经变形后，分别是 M' N'和M' L' 。变形前后其角度的变化是：
L' L
N'
弹性体—内力特点 内力是变形引起的物体内部附加 力，内力不能是任意的，与外力引起 的变形有关，还必须满足平衡条件。
（3）分布内力系向截面的形心简化得 截面的合内力主矢FR与主矩MC。
m
z
x
C m
y
内力主矢FR与内力主矩MC按一定的坐标系 （空间）分解成内力分量FN（ MX矢量表示）与 截面垂直，FSy, FSz （ My , Mz矢量表示）与截 面相切。
应力量纲 1 Pa = 1 N/m2
[力] / [长度]2
单位— Pa (帕) ( Pascal帕斯卡) 1KPa = 103 Pa 1MPa = 106Pa 1GPa = 109 Pa
材料力学
常用单位
重点掌握
5
变形与应变的概念
对于构件上任“一点” 材料的变形， 只有线变形（线段伸长，缩短）和角变 形（两线段夹角的改变）两种基本变形， 它们分别由线应变和角应变来度量。
平面表示 L Δy L′
N′ Δx
M
N
M′
Δx+ Δu
变形前
变形后
L'
Δy+Δv
MN的绝对变形 M ' N ' MN u
L N'
Δy
M'
Δx
也记为εx 。 (重点掌握)
同理可定义εy ， εz 。 线应变，即单位长度上的变形量， 为无量纲量，其物理意义是构件上一点 沿某一方向(相对)变形量的大小。
正交线段MN和ML经变形后，分别是 M' N'和M' L' 。变形前后其角度的变化是：
L' L
N'
弹性体—内力特点 内力是变形引起的物体内部附加 力，内力不能是任意的，与外力引起 的变形有关，还必须满足平衡条件。
（3）分布内力系向截面的形心简化得 截面的合内力主矢FR与主矩MC。
m
z
x
C m
y
内力主矢FR与内力主矩MC按一定的坐标系 （空间）分解成内力分量FN（ MX矢量表示）与 截面垂直，FSy, FSz （ My , Mz矢量表示）与截 面相切。
应力量纲 1 Pa = 1 N/m2
[力] / [长度]2
单位— Pa (帕) ( Pascal帕斯卡) 1KPa = 103 Pa 1MPa = 106Pa 1GPa = 109 Pa
材料力学
常用单位
重点掌握
5
变形与应变的概念
对于构件上任“一点” 材料的变形， 只有线变形（线段伸长，缩短）和角变 形（两线段夹角的改变）两种基本变形， 它们分别由线应变和角应变来度量。
平面表示 L Δy L′
N′ Δx
M
N
M′
Δx+ Δu
变形前
变形后
L'
Δy+Δv
MN的绝对变形 M ' N ' MN u
L N'
Δy
M'
Δx
力学课件材料力学第一章 绪论.doc
第一章绪论在理论力学中，主要研究了物体在载荷作用下的平衡和运动规律。
但对物体是否能承受载荷，或者说在载荷作用下物体是否会失效这个问题并没有回答，而这是物体平衡和运动的前提。
这个问题正是材料力学所要研究和试图解决的。
在本章则主要讨论材料力学的研究对象和任务，初步建立起变形固体的…些基本概念，为后面的学习打下基础。
第一节变形固体及其理想化由于理论力学主要研究的是物体的平衡和运动规律，因此将研究对象抽象为刚体。
而实际上，任何物体受载荷（外力）作用后其内部质点都将产生相对运动，从而导致物体的形状和尺寸发生变化，称为变形。
例如，橡皮筋在两端受拉后就发生伸长变形；工厂车间中吊车梁在吊车工作时，梁轴线由直变弯，发生弯曲变形。
可变形的物体统称为变形固体。
物体的变形可分为两种：一种是当载荷去除后能恢复原状的弹性变形；另一种是当载荷去除后不能恢复原状的塑性变形。
工程中绝大多数物体的变形是弹性变形，相应的物体称为弹性体。
如果物体的弹性变形大小与载荷成线性关系，则称为线弹性变形，相应的物体材料称为线弹性材料。
大多数金属材料当载荷在一定范围内产生的是线弹性变形。
变形固体的组织构造及其物理性质是十分复杂的，在载荷作用下产生的物理现象也是各式各样的，每门课程根据自身特定的目的研究的也仅仅是某…方面的问题。
为了研究方便，常常需要舍弃那些与所研究的问题无关或关系不大的属性，而保留主要的属性，即将研究对象抽象成•种理想的模型，如在理论力学中将物体看成刚体。
在材料力学中则对变形固体作如下假设：1.连续性假设。
假设物质毫无空隙地充满了整个固体。
而实际的固体是由许多晶粒所组成, 具有不同程度空隙，而且随着载荷或其它外部条件的变化，这些空隙的大小会发生变化。
但这些空隙的大小与物体的尺寸相比极为微小，可以忽略不计，于是就认为固体在其整个体积内是连续的。
这样，就可把某些力学量用坐标的连续函数来表示。
2.均匀性假设。
假设固体内各处的力学性能完全相同。
材料力学课件第1章绪论
§1-2 变形固体的性质及其基本假设
1、连续性假设：物质密实地充满物体所在空间，毫无 空隙。（可用微积分数学工具）
2、均匀性假设：物体内，各处的力学性质完全相同。
3、各向同性假设：组成物体的材料沿各方向的力学性质 完全相同。（这样的材料称为各向同性材料；沿各方 向的力学性质不同的材料称为各向异性材料。
（1）强度：构件的抗破坏能力。
机械加工用的钻床的
立柱，如果强度不够，就 会折断(断裂)或折弯(塑性 变形)；如果刚度不够， 钻床立柱即使不发生断裂 或者折弯，也会产生过大 弹性变形（图中虚线所示 为夸大的弹性变形），从 而影响钻孔的精度，甚至 产生振动，影响钻床的在 役寿命。
（2）刚度：构件的抗变形能力。
4、小变形假设：材料力学所研究的构件在载荷作用下的 变形与原始尺寸相比甚小，故对构件进行受力分析时 可忽略其变形。
§1-3 外力及其分类
表面力 体积力
分布力 集中力
静载荷 动载荷
交变载荷 冲击载荷 ……
§1-4 内力、截面法和应力
F1
F3
F2
Fn
假想截面
内力与外力平衡； 内力与内力平衡。
作用在弹性体上 的外力相互平衡
金茂大厦
上海标志性建筑 楼高：420.5m （世界第三，中国第一） 共 88 层 中国传统建筑风格与世界高新 技术的完美结合
金茂大厦 美国建筑师学会室内建筑奖（2019）
空间站和航天器
兵 器 工 业 飞 机 与 导 弹
疲劳引起的破坏
材料力学的任务
在满足强度、刚度、稳定性的要 求下，以最经济的代价，为构件 确定合理的形状和尺寸，选择适 宜的材料，而提供必要的理论基 础和计算方法。
第一章 绪 论
材料力学绪论ppt课件
➢既安全又经济地设计构件
课程的研究方法：理论分析和实验手段相结合
• 一些理论以实验结果得出的某些假设为前提
• 材料的力学性能(材料在外力作用下的变形规律，以及 抵抗变形与破坏的能力)需要通过试验获得。
完整版PPT课件
19
材料的力学性能
不同材料制成的构件,其承载能力不一样。 构件的强度、刚度、稳定性与制作构件的 材料有关。 材料力学还要通过试验来研究材料的力学 性能,并在此基础上为构件选择合适的材料。
完整版PPT课件
28
2、小变形前提允许以变形前的受力分析代替变形后的受力分析
因构件在外力作用下发生的变形与原尺寸相比非常小， 在计算构件所受的力时，可按构件原始尺寸计算。
B
1 2 l
δ1
FN1
A
A
l
C
F
FN 2
F
δ2
A1
F
求FN1、 FN1 时，仍可 按构件原始尺寸计算。
完整版PPT课件
29
3、小变形前提保证叠加法成立 叠加法指构件在多个载荷作用下产生的变形——
课程特点
特点：“三多”——概念多、公式多、计算多
➢应注意在学习过程中及时归纳总结
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3
课程要求
上课适当作一些笔记，特别是一些补充例题 及其解题思路及方法；平时注意观察，对一般机 械结构有初步了解；学会处理力学问题的一般方 法。
➢由实际问题抽象出力学模型 ，对力学模型进行 分析，运用有关定理解决问题。
17
2000年10月25日上午10时许南京电视台演播厅工
程封顶，由于脚手架失稳，模板倒塌，造成6人死亡，
35人受伤，其中一名死者是南京电视台的摄象记者。
完整版PPT课件
课程的研究方法：理论分析和实验手段相结合
• 一些理论以实验结果得出的某些假设为前提
• 材料的力学性能(材料在外力作用下的变形规律，以及 抵抗变形与破坏的能力)需要通过试验获得。
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19
材料的力学性能
不同材料制成的构件,其承载能力不一样。 构件的强度、刚度、稳定性与制作构件的 材料有关。 材料力学还要通过试验来研究材料的力学 性能,并在此基础上为构件选择合适的材料。
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28
2、小变形前提允许以变形前的受力分析代替变形后的受力分析
因构件在外力作用下发生的变形与原尺寸相比非常小， 在计算构件所受的力时，可按构件原始尺寸计算。
B
1 2 l
δ1
FN1
A
A
l
C
F
FN 2
F
δ2
A1
F
求FN1、 FN1 时，仍可 按构件原始尺寸计算。
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29
3、小变形前提保证叠加法成立 叠加法指构件在多个载荷作用下产生的变形——
课程特点
特点：“三多”——概念多、公式多、计算多
➢应注意在学习过程中及时归纳总结
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3
课程要求
上课适当作一些笔记，特别是一些补充例题 及其解题思路及方法；平时注意观察，对一般机 械结构有初步了解；学会处理力学问题的一般方 法。
➢由实际问题抽象出力学模型 ，对力学模型进行 分析，运用有关定理解决问题。
17
2000年10月25日上午10时许南京电视台演播厅工
程封顶，由于脚手架失稳，模板倒塌，造成6人死亡，
35人受伤，其中一名死者是南京电视台的摄象记者。
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材料力学第六版PPT-第一章 绪论
刘鸿文浙江大学教授。
长期从事固体力学教学工作。
曾任教育部教材编审委员会委员，国家教委（教育部）工科力学课程教学指导委员会主任委员兼材料力学课程教学指导组组长。
著作有:《材料力学》,《高等材料力学》,《板壳理论》,《材料力学教程》,《材料力学实验》,《简明材料力学》等.《材料力学》第二版于1987年被评为全国高等学校优秀教材获国优奖.《材料力学》第三版于1997年获国家级教学成果一等奖，并获国家科技进步二等奖.第一章绪论(Preface)引言(Introduction)§1-1材料力学的任务及研究对象(The tasks and research objects of mechanics of materials)§1-2变形固体的基本假设(The basic assumptions of deformable body )§1-3力、应力、应变和位移的基本概念( Basic concepts of force、stress、strain and displacement)§1-4杆件变形的基本形式(The basic forms of deformation)引言20世纪以前,在力学知识的积累、应用和完善的基础上,逐渐形成和发展起来的蒸汽机、内燃机、铁路、桥梁、舰船、兵器等大型工业推动了近代科学技术和社会的进步.17世纪前后19世纪初扑翼飞机巨大双翼飞机滑翔机飞艇我国祖先的功绩跨度37.02米，全长50.83米世界上最古老的拱桥塔高65.86米，距今已有近前年历史，虽然历经近前年的风雨侵蚀和多次地震、炮击的重创，至今仍巍然耸.用现代力学的观点看，构件的受力特性都较好。
山西应县佛宫寺应县木塔建于1056年20世纪产生的、诸多高新技术，如高层建筑、大跨度悬索桥、海洋平台、精密仪器、机器人、高速列车以及大型水利工程等许多重要工程更是在力学指导下得以实现，并不断发展完善的。
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在外力作用下，一切固体都将发生变形，故称为变形固体。 在材料力学中，对变形固体作如下假设：
1、连续性假设：
认为整个物体体积内毫无空隙地充满物质 灰口铸铁的显微组织 球墨铸铁的显微组织
36
目录
太原科技大学应用科学学院
1.2 变形固体的基本假设
2、均匀性假设：
认为物体内的任何部分，其力学性能相同 普通钢材的显微组织 优质钢材的显微组织
39
目录
太原科技大学应用科学学院
1.3 外力及其分类
按外力与时间的关系分类 静载： 载荷缓慢地由零增加到某一定值后，就保持不变 或变动很不显著，称为静载。 如交变载荷和冲击载荷 动载： 载荷随时间而变化。
交变载荷 冲击载荷
40
目录
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1.4 内力、截面法和应力的概念
内力：外力作用引起构件内部的附加相互作用力。
比萨斜塔
12
目录
太原科技大学应用科学学院
1.1 材料力学的任务—依据材料力学结构设计
国家体育场——鸟巢
13
目录
太原科技大学应用科学学院
1.1 材料力学的任务—依据材料力学结构设计
大型桥梁
14
目录
太原科技大学应用科学学院
1.1 材料力学的任务—依据材料力学结构设计
长江三峡工程
15
目录
太原科技大学应用科学学院
太原科技大学应用科学学院
1.1 材料力学的任务—材料力学学科的形成
材料力学是一门与工程实际紧密联系的课程。它以 高等数学、物理学、理论力学为基础，又为后续课程： 机械原理、机械零件、结构力学、弹性力学以及专业课 学习提供理论基础。 同学们从初中阶段开始就接触力学，脑子中对力学 已经有了深刻的认识。譬如： 1、最著名的阿基米德杠杆原理： 给我一个支点，我可以把地球撬动； 2、牛顿三大定理及万有引力定理； 3、伽利略自由落体实验等。
43
目录
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1.4 内力、截面法和应力的概念
为了表示内力在一点处的强度，引入内力集度,即应力的概念。
F pm —— 平均应力 A
F A
C
F4
F p lim —— C点的应力 A 0 A
应力是矢量，通常分解为
p
C
F4
F3
—正应力
1kPa=103N/m2
}
均 不 可 取
研究构件的强度、刚度和稳定性,还需要了解材料的力
学性能。因此在进行理论分析的基础上，实验研究是完成 材料力学的任务所必需的途径和手段。
33
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1.1 材料力学的任务
材料力学的研究对象 构件的分类：杆件、板壳*、块体* 材料力学主要研究杆件
{
直杆——轴线为直线的杆 曲杆——轴线为曲线的杆
a F M FS
a
FS＝F M Fa
42
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1.4 内力、截面法和应力的概念
例 1.1 钻床 求：截面m-m上的内力。 解：用截面m-m 将钻床截为两部 分，取上半部分为研究对象， 受力如图：
列平衡方程:
M
Y 0 FN P M (F ) 0
o
FN
Pa M 0 M Pa
4
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1.1 材料力学的任务—材料力学学科的形成
通过物理学和理论力学的学习，同学们 已经知道： 1、研究物体力与力之间的关系就构成 了静力学； 2、研究物体在力的作用下，运动与运 动之间的关系就构成了运动学； 3、研究力与运动之间的关系就构成了 动力学。 同学们在这里发现了一个问题：物理 学和理论力学所研究的对象是什么呢？ “质点或刚体”。这是一个理想化的假设。 材料力学研究的对象不再是刚体而是 变形体。
求内力的方法 — 截面法
(1)假想沿m-m横截面将
F5
杆切开
(2)留下左半段或右半段 (3)将弃去部分对留下部 分的作用用内力代替 (4)对留下部分写平衡方
F1
F1 F2
F5
m
F4
m
F3
F4
F2
F3
程，求出内力的值。
41
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1.4 内力、截面法和应力的概念
例如
F
8
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1.1 材料力学的任务—材料力学学科的形成
9
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1.1 材料力学的任务—依据材料力学结构设计
浦东开发区
10
目录
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1.1 材料力学的任务—依据材料力学结构设计
候机大厅
11
目录
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1.1 材料力学的任务—依据材料力学结构设计
45
目录
y
L
g
L'
x+s
o
M
x
M' N
N'
x
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1.5 变形与应变
3.应变 正应变（线应变）
y
L
g
L'
x方向的平均应变：
s xm x
M点处沿x方向的应变：
o
M
x
M' N
x+s
N'
x
切应变（角应变） M点在xy平面内的切应变为：
s x lim x 0 x
18
目录
太原科技大学应用科学学院
1.1 材料力学的任务—依据材料力学结构设计 桥梁垮塌
当地时间2007年8月1日 19时5分左右,在美国中西部 城市明尼阿波利斯，一座40 年历史的双向8车道州际大桥 突然断裂成几大段，坠入18 米之下的密西西比河。当地 政府已确认这次事故造成至 少4人死亡，数十人受伤。初 步调查显示，这是一起桥梁 结构性垮塌事故，并非恐怖 袭击。
现代建筑
世界上最高的建筑—台北101大 楼, 有世界最大且最重的“风阻 尼器”，在88-92楼层挂置一个重 达660公吨的巨大钢球，利用摆动 来减缓建筑物的晃幅。
17
目录
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1.1 材料力学的任务—依据材料力学结构设计
四川彩虹桥坍塌
桥长140米，主拱净跨120米，桥面总宽6米，桥面由吊杆、 横梁及门架支承，于1994年11月5日开工，1996年2月竣工， 1999年1月4日发生整体垮塌，造成40人死亡，14人受伤，直 接经济损失631万元。
Mechanics of Materials
材 料 力 学
常 红 赵子龙主编 科学出版社
2013年11月
太原科技大学应用科学学院
1
第1章 绪 论
2
太原科技大学应用科学学院
第一章 1.1 1.2
绪 论
材料力学的任务 变形固体的基本假设
1.3
1.4 1.5 1.6
3
外力及其分类
内力、截面法和应力 变形与应变 杆件变形的基本形式
32
目录
太原科技大学应用科学学院
1.1 材料力学的任务
材料力学的任务就是在满足强度、刚度和稳定性 的要求下，为设计既经济又安全的构件，提供必要 的理论基础和计算方法。
若：构件横截面尺寸不足或形状 不合理,或材料选用不当 ___ 不满足上述要求, 不能保证安全工作. 若：不恰当地加大横截面尺寸或 选用优质材料 ___ 增加成本,造成浪费
类似地，可以定义
46
目录
g lim ( LM N )
y , z
MN 0 ML 0
2
,g
均为无量纲的量。
太原科技大学应用科学学院
1.5 变形与应变
例 已知：薄板的两条边固定， 变形后a'b, a'd仍为直线。 求：ab 边的m 和ab、ad 两边夹角的变化。 解：
机械的强度、刚度和稳定性的综合问题
31
目录
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1.1 材料力学的任务
强度、刚度、稳定性是衡量构件承载能力的 三个方面，材料力学就是研究构件承载能力的 一门科学。
工程设计的基本要求可归结为两条：安全性和经济性。 首先要求构件满足强度、刚度和稳定性的要求，并具有 足够的强度储备。另一方面要求构件具有最佳的几何形 状，材料消耗少，使整个设计达到精巧、重量轻，取得 最好的经济效益。但安全性与经济性这两方面的要求往 往是互相矛盾的。
建于辽代（1056年）的山西应县佛宫寺释迦塔塔 高9层共67.31米，用木材7400吨。900多年来历经数 次地震不倒，现存唯一木塔。
7
目录
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1.1 材料力学的任务—材料力学学科的形成
17世纪伽利略时代开始用实验与数学方法对梁的强度进 行研究，其所著的《关于两种新科学的叙述及数学证明》标 志着材料力学学科的诞生。
44
目录
—切应力
1MPa=106N/m2
应力的国际单位为Pa（帕斯卡）， 1Pa= 1N/m2 1GPa=109N/m2
F3
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1.5 变形与应变
1.位移 MM'
刚性位移； 变形位移。
2.变形
M' M
物体内任意两点的相对位置发生变化。
取一微正六面体 两种基本变形： 线变形 —— 线段长度的变化 角变形 ——线段间夹角的变化
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1.1 材料力学的任务
机械的强度、刚度和稳定性的综合问题
28
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1.1 材料力学的任务
1、连续性假设：
认为整个物体体积内毫无空隙地充满物质 灰口铸铁的显微组织 球墨铸铁的显微组织
36
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1.2 变形固体的基本假设
2、均匀性假设：
认为物体内的任何部分，其力学性能相同 普通钢材的显微组织 优质钢材的显微组织
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1.3 外力及其分类
按外力与时间的关系分类 静载： 载荷缓慢地由零增加到某一定值后，就保持不变 或变动很不显著，称为静载。 如交变载荷和冲击载荷 动载： 载荷随时间而变化。
交变载荷 冲击载荷
40
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1.4 内力、截面法和应力的概念
内力：外力作用引起构件内部的附加相互作用力。
比萨斜塔
12
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国家体育场——鸟巢
13
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1.1 材料力学的任务—依据材料力学结构设计
大型桥梁
14
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1.1 材料力学的任务—依据材料力学结构设计
长江三峡工程
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1.1 材料力学的任务—材料力学学科的形成
材料力学是一门与工程实际紧密联系的课程。它以 高等数学、物理学、理论力学为基础，又为后续课程： 机械原理、机械零件、结构力学、弹性力学以及专业课 学习提供理论基础。 同学们从初中阶段开始就接触力学，脑子中对力学 已经有了深刻的认识。譬如： 1、最著名的阿基米德杠杆原理： 给我一个支点，我可以把地球撬动； 2、牛顿三大定理及万有引力定理； 3、伽利略自由落体实验等。
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1.4 内力、截面法和应力的概念
为了表示内力在一点处的强度，引入内力集度,即应力的概念。
F pm —— 平均应力 A
F A
C
F4
F p lim —— C点的应力 A 0 A
应力是矢量，通常分解为
p
C
F4
F3
—正应力
1kPa=103N/m2
}
均 不 可 取
研究构件的强度、刚度和稳定性,还需要了解材料的力
学性能。因此在进行理论分析的基础上，实验研究是完成 材料力学的任务所必需的途径和手段。
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1.1 材料力学的任务
材料力学的研究对象 构件的分类：杆件、板壳*、块体* 材料力学主要研究杆件
{
直杆——轴线为直线的杆 曲杆——轴线为曲线的杆
a F M FS
a
FS＝F M Fa
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1.4 内力、截面法和应力的概念
例 1.1 钻床 求：截面m-m上的内力。 解：用截面m-m 将钻床截为两部 分，取上半部分为研究对象， 受力如图：
列平衡方程:
M
Y 0 FN P M (F ) 0
o
FN
Pa M 0 M Pa
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1.1 材料力学的任务—材料力学学科的形成
通过物理学和理论力学的学习，同学们 已经知道： 1、研究物体力与力之间的关系就构成 了静力学； 2、研究物体在力的作用下，运动与运 动之间的关系就构成了运动学； 3、研究力与运动之间的关系就构成了 动力学。 同学们在这里发现了一个问题：物理 学和理论力学所研究的对象是什么呢？ “质点或刚体”。这是一个理想化的假设。 材料力学研究的对象不再是刚体而是 变形体。
求内力的方法 — 截面法
(1)假想沿m-m横截面将
F5
杆切开
(2)留下左半段或右半段 (3)将弃去部分对留下部 分的作用用内力代替 (4)对留下部分写平衡方
F1
F1 F2
F5
m
F4
m
F3
F4
F2
F3
程，求出内力的值。
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1.4 内力、截面法和应力的概念
例如
F
8
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1.1 材料力学的任务—材料力学学科的形成
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1.1 材料力学的任务—依据材料力学结构设计
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候机大厅
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1.1 材料力学的任务—依据材料力学结构设计
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y
L
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L'
x+s
o
M
x
M' N
N'
x
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1.5 变形与应变
3.应变 正应变（线应变）
y
L
g
L'
x方向的平均应变：
s xm x
M点处沿x方向的应变：
o
M
x
M' N
x+s
N'
x
切应变（角应变） M点在xy平面内的切应变为：
s x lim x 0 x
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1.1 材料力学的任务—依据材料力学结构设计 桥梁垮塌
当地时间2007年8月1日 19时5分左右,在美国中西部 城市明尼阿波利斯，一座40 年历史的双向8车道州际大桥 突然断裂成几大段，坠入18 米之下的密西西比河。当地 政府已确认这次事故造成至 少4人死亡，数十人受伤。初 步调查显示，这是一起桥梁 结构性垮塌事故，并非恐怖 袭击。
现代建筑
世界上最高的建筑—台北101大 楼, 有世界最大且最重的“风阻 尼器”，在88-92楼层挂置一个重 达660公吨的巨大钢球，利用摆动 来减缓建筑物的晃幅。
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1.1 材料力学的任务—依据材料力学结构设计
四川彩虹桥坍塌
桥长140米，主拱净跨120米，桥面总宽6米，桥面由吊杆、 横梁及门架支承，于1994年11月5日开工，1996年2月竣工， 1999年1月4日发生整体垮塌，造成40人死亡，14人受伤，直 接经济损失631万元。
Mechanics of Materials
材 料 力 学
常 红 赵子龙主编 科学出版社
2013年11月
太原科技大学应用科学学院
1
第1章 绪 论
2
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第一章 1.1 1.2
绪 论
材料力学的任务 变形固体的基本假设
1.3
1.4 1.5 1.6
3
外力及其分类
内力、截面法和应力 变形与应变 杆件变形的基本形式
32
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1.1 材料力学的任务
材料力学的任务就是在满足强度、刚度和稳定性 的要求下，为设计既经济又安全的构件，提供必要 的理论基础和计算方法。
若：构件横截面尺寸不足或形状 不合理,或材料选用不当 ___ 不满足上述要求, 不能保证安全工作. 若：不恰当地加大横截面尺寸或 选用优质材料 ___ 增加成本,造成浪费
类似地，可以定义
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y , z
MN 0 ML 0
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,g
均为无量纲的量。
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1.5 变形与应变
例 已知：薄板的两条边固定， 变形后a'b, a'd仍为直线。 求：ab 边的m 和ab、ad 两边夹角的变化。 解：
机械的强度、刚度和稳定性的综合问题
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1.1 材料力学的任务
强度、刚度、稳定性是衡量构件承载能力的 三个方面，材料力学就是研究构件承载能力的 一门科学。
工程设计的基本要求可归结为两条：安全性和经济性。 首先要求构件满足强度、刚度和稳定性的要求，并具有 足够的强度储备。另一方面要求构件具有最佳的几何形 状，材料消耗少，使整个设计达到精巧、重量轻，取得 最好的经济效益。但安全性与经济性这两方面的要求往 往是互相矛盾的。
建于辽代（1056年）的山西应县佛宫寺释迦塔塔 高9层共67.31米，用木材7400吨。900多年来历经数 次地震不倒，现存唯一木塔。
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1.1 材料力学的任务—材料力学学科的形成
17世纪伽利略时代开始用实验与数学方法对梁的强度进 行研究，其所著的《关于两种新科学的叙述及数学证明》标 志着材料力学学科的诞生。
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—切应力
1MPa=106N/m2
应力的国际单位为Pa（帕斯卡）， 1Pa= 1N/m2 1GPa=109N/m2
F3
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1.5 变形与应变
1.位移 MM'
刚性位移； 变形位移。
2.变形
M' M
物体内任意两点的相对位置发生变化。
取一微正六面体 两种基本变形： 线变形 —— 线段长度的变化 角变形 ——线段间夹角的变化
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1.1 材料力学的任务
机械的强度、刚度和稳定性的综合问题
28
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1.1 材料力学的任务