理论力学和材料力学共65页

材料力学和结构力学课件

材料力学

1.材料力学研究内容

⑴研究物体在外力作用下的应力、变形和能量，统称为应力分析；研究对象仅限于杆、轴、梁等物体，其几何特征是纵向尺寸远大于横向尺寸，这类物体统称为杆或杆件。

⑵研究材料在外力和温度作用下所表现出的力学性能和失效行为；研究对象仅限于材料的宏观力学行为，不涉及材料的微观机理。

研究目的设计出杆件或零部件的合理形状和尺寸，以保证它们具有足够的强度、刚度和稳定性。

2.杆件的受力与变形形式

⑴拉伸或压缩 ⑵剪切 ⑶扭转 ⑷弯曲

⑸组合受力和变形

拉杆、压杆或柱、轴、梁受力特点

3.材料的基本假定

⑴各向同性假定 ⑵均匀连续性假定 ⑶平截面假定

4.受力分析方法

⑴截面法：应用假想截面将弹性体截开，分成两部分，考虑其中任意一部分平衡，从而确定截面上的内力的方法。

弹性体受力、变形的第二特征是变形协调。P9［例题1-1］平衡方程+变形协调方程

0x F =∑ 0y F =∑ 0c

M =∑

P31［例题2-6］

5.应力应变相互关系

E σε=、G τγ=

6.轴力与轴力图

正负号规定：拉正，压负。 ⑴确定约束力。

⑵根据杆件上作用的荷载及约束力确定控制面，也就是轴力图的分段点。 ⑶应用截面法，对截开的部分杆件建立平衡方程，确定控制面上的轴力数值。 ⑷建立N x F -坐标系，将所求得的轴力值标在坐标系中，画出轴力图。 P21［例题2-1］

7.变形计算

变形N F l

l EA

∆=±

应变N F l l EA E

σ

ε∆===

横向变形y x ευε=- υ泊松比 P25［例题2-2］

8.拉伸与压缩杆件的强度设计

⑴强度校核

材料力学、结构力学与理论力学的区别与联系

中文名称：结构力学英文名称：structural mechanics 定义：研究工程结构在外来因素作用下的强度、刚度和稳定性的学科。应用学科：水利科技（一级学科）；工程力学、工程结构、建筑材料（二级学科）；工程力学（水利）（二级学科）

《结构力学》是固体力学的一个分支，它主要研究工程结构受力和传力的规律，以及如何进行结构优化的学科。结构力学研究的内容包括结构的组成规则，结构在各种效应（外力，温度效应，施工误差及支座变形等）作用下的响应，包括内力（轴力，剪力，弯矩，扭矩）的计算，位移（线位移，角位移）计算，以及结构在动力荷载作用下的动力响应（自振周期，振型）的计算等。结构力学通常有三种分析的方法：能量法，力法，位移法，由位移法衍生出的矩阵位移法后来发展出有限元法，成为利用计算机进行结构计算的理论基础。

工作任务研究在工程结构（所谓工程结构是指能够承受和传递外载荷的系统，包括杆、板、壳以及它们的组合体，如飞机机身和机翼、桥梁、屋架和承力墙等。）在外载荷作用下的应力、应变和位移等的规律；分析不同形式和不同材料的工程结构，为工程设计提供分析方法和计算公式；确定工程结构承受和传递外力的能力；研究和发展新型工程结构。

观察自然界中的天然结构，如植物的根、茎和叶，动物的骨骼，蛋类的外壳，可以发现它们的强度和刚度不仅与材料有关，而且和它们的造型有密切的关系，很多工程结构就是受到天然结构的启发而创制出来的。结构设计不仅要考虑结构的强度和刚度，还要做到用料省、重量轻．减轻重量对某些工程尤为重要，如减轻飞机的重量就可以使飞机航程远、上升快、速度大、能耗低。

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理论力学和材料力学

理论力学是研究物体在受力作用下的运动和变形规律的科学。它是应

用数学、物理学、力学等基础理论研究材料力学问题的一个基础学科，广

泛应用于工程和科学领域。

材料力学是研究材料受力后的力学行为和性能变化的学科。它包括静

力学、动力学、弹性力学、塑性力学、断裂力学等分支，涵盖了材料的强度、刚度、韧性、疲劳、断裂等力学性能。

首先，理论力学为材料力学提供了基本的力学模型和方程。例如，经

典弹性理论可以描述线弹性材料的应力-应变关系，塑性力学可以描述金

属等可塑性材料的应力-应变行为。这些模型和方程提供了分析和计算材

料力学问题所需的理论基础。

其次，理论力学为材料力学提供了力学测试和实验设计的指导。基于

理论力学的预测模型和计算方法，可以为实际力学测试和实验设计提供依据。例如，在材料强度测试中，可以根据理论力学知识选择合适的试样尺

寸和加载方式，以获得准确的材料强度参数。

另外，理论力学为材料力学的进一步发展提供了方向。通过将力学模

型与实际材料力学问题相结合，可以为材料力学研究提出新的理论和方法。例如，基于微观力学的材料力学，通过研究材料内部的原子和分子行为，

探索材料性能与结构之间的关系，为材料力学的发展提供了新的理论基础。

理论力学和材料力学的研究成果在工程和科学领域有着广泛的应用。

例如，材料强度计算在结构设计中被广泛使用，可以评估结构在受力下的

安全性能。材料疲劳寿命预测在机械工程中有着重要应用，可以指导产品

设计和寿命评估。材料断裂力学在材料加工和结构安全评估中发挥着关键作用。

理论力学和材料力学

着接触面的公法线指向被约束物体，通常用FN表示，如图1-11所示。
(a)
图1-11
(b) 光滑接触面约束
(c)
3.链杆约束两端各以铰链与其他物
体相连接且中间不受力(包括物体本身的自重)的直杆称为链杆，如图1-12 所示。链杆可以受拉或者是受压，但不能限制物体沿其他方向的运动和转动，所以，链杆的约束反力总是沿着链杆的轴线方向，指向不定，常用符号 F表示。
一、轴向拉（压）杆的纵向、横向变形
a1 l l1 a
纵向变形: ⊿l = l1- l 横向变形: ⊿a = a - a1
杆件的纵向变形量 ⊿l 或横向变形量 ⊿a，只能表示杆件在纵向或横向的总变形量，不能说明杆件的变形程度。单位长度的纵向变形
Βιβλιοθήκη Baidu
l l
ε称为纵向线应变，简称线应变。ε的正负号与⊿l 相同，拉伸时为正值，压缩时为负值；ε是一个无量纲的量。
σmax≤[σ]
(c)
图1-12 链杆约束
(a)
(b)
4.光滑圆柱铰链约束（简称铰约束）光滑圆柱铰链约束的约束性质是限制物体平面移动
（不限制转动），其约束反力是互相垂直的两个力（本质
上是一个力），指向任意假设。
FAX
FA 图1-13 圆柱铰链约束
FAY
5.固定铰支座将构件或结构连接在支

理论力学第3章力系的平衡条件与平衡方程

x
xC
x
2012年11月3日星期六
北京邮电大学自动化学院
5
平行分布线载荷的简化
Q
q
1、均布荷载 Q=ql
l 2
l 2
Q
q
2、三角形荷载 Q=ql /2
2l 3
l 3
Q
3、梯形荷载 Q=(q1+q2)l /2 (自己求合力的位置)
2012年11月3日星期六北京邮电大学自动化学院
q1
q2
北京邮电大学自动化学院
28
滚动摩擦产生的物理原因
实际上是面接触，分布在接触面上的约束力严格说是一空间力系，它的合力不一定通过A点。如将该力系向A点简化，即得法向反力FN、滑动摩擦力Fs 以及滚动摩擦力偶Ｍ。考虑滚动摩擦时的受力图通常如图所示。思考：为什么自行车轮胎气不足时或者松软的地面上骑车人感到费力？
2012年11月3日星期六
北京邮电大学自动化学院
4
平行分布线载荷的简化
若分布荷载可以简化为沿物体中心线分布的平行力，则称此力系为平行分布线载荷，简称线载荷。
y
q(x)
1. 合力的大小等于线载荷所组成几何图形的面积。
Q
2. 合力的方向与线载荷的方向相同。
3. 合力的作用线通过荷载图的形心。
10
例题二的解答

材料力学第5版(孙训方编高等教育出版社)第一章

材料力学
第一章绪论及基本概念
杆件
主要几何因素：横截面、轴线
按轴线分：直杆、曲杆
按横截面分：等截面杆和变截面杆
材料力学主要研究等截面直杆
第56页 / 共79页
材料力学
第一章绪论及基本概念
§1-5 杆件变形的基本形式
1、轴向拉伸或轴向压缩 2、剪切 3、扭转 4、弯曲
第57页 / 共79页
材料力学
通过科学实验建立理论
伽利略(G.Galileo)1638年提出计算梁强度的公式
胡克(R.Hooke)1678年提出胡克定律（物体弹性变形与所受力成正比）
第43页 / 共79页
材料力学
达芬奇：最早用实验方法测定材料强度圣维南：圣维南原理欧拉：压杆稳定理论（欧拉公式）
第44页 / 共79页
材料力学
材料力学
第1页 / 共79页
材料力学
主要参考教材
第一章绪论及基本概念
1、孙训方主编. 材料力学(I).第5版. 高等教育出版社 2、刘鸿文主编. 材料力学I.第4版. 高等教育出版社 3、单辉祖主编. 材料力学I.第2版. 高等教育出版社
第2页 / 共79页
材料力学
材料力学研究什么？
材料力学主要研究杆件的强度、刚度和稳定性等问题，以理论分析为基础，将工程实际问题提炼成力学问题（即力学建模），从而进行求解的能力以及实验技能，发挥其他课程不可替代的综合素质教育作用，为后续课程的学习打下坚实的基础。

第二批“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材书目

第 2 页，共 67 页
序号 54 54 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85
书名税法（第四版）税法案例分析税法练习题集外国法制史（第三版）物证技术学（第四版）刑法案例分析（总则）（第二版）中国法律思想史侵权责任法国家公务员制度（第二版）老年学概论（第2版）社会工作概论（第二版）大学语文（第二版）汉语史纲要西方文艺理论史精读文献（第三版）广告道德与法律规范教程（第二版）马克思主义新闻观教程科学技术史经济应用数学基础（一）微积分（第三版）抽样技术（第三版）统计分析与SPSS的应用（第三版）统计学（第四版）《统计学》（第四版）学习指导书统计学——思想、方法与应用多元统计分析（第三版）分布式系统与云计算概论数据仓库与数据分析教程国际财务管理学（第三版）国际市场营销（第三版）会计信息系统（第六版）会计学（第三版）会计学（非专业用）（第五版）绩效管理：技术与应用劳动关系（第三版）审计学（第五版）市场营销学（第四版）
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［清华大学］2006年硕士参考书目 --------------------------------------------------------------------------------科目码　考试科目　参考书　出版社　作者　311 艺术概论《艺术概论》文化艺术出版社高等艺术院校《艺术概论》出版组《美学概论》人民出版社王朝闻主编 312 中国建筑史《中国建筑史》中国建筑工业出版社刘敦祯《中国古代建筑史》中国建筑工业出版社孙大章、傅熹年等 314 城市规划原理《城市规划原理》中国建筑工业出版社同济大学 315 景观规划设计原理《人居环境科学导论》中国建筑工业出版社，2001年吴良镛《设计结合自然》中国建筑工业出版社，1992年（美〕I.麦克哈格著，芮经纬译《景观设计师便携手册》中国建筑工业出版社，2002 〔美〕尼古拉斯.T.丹尼斯等，刘玉杰等译《总体设计》中国建筑工业出版社，1999年〔美〕凯文.林奇等著，黄富厢等译《城市绿地系统规划》中国建筑工业出版社，1982年同济大学等编 316 数学分析《数学分析新讲》北京大学 317 普通物理《<>（第二版）第一册至四册》清华大学出版社张三慧 318 结构化学《结构化学基础》第二版北京大学出版社周公度 319 生物学《普通生物学-生命科学通论》高等教育出版社陈阅增 320 西方哲学史《西方哲学简史》北京大学出版社2000年版赵敦华《西方哲学经典名著选读》中国人民大学出版社2003年版赵敦华 321 政治经济学《马克思主义政治经济学原理》北京出版社2000年版刘美珣《中国特色社会主义》清华大学出版社2004年版刘美珣 322 思想政治教育原理与方法《现代思想政治教育学》人民出版社2001年6月版张耀灿等 323 国际关系史（含中华人民共和国外交史）《中国当代外交史：1949-2001》中国青年出版社谢益显《战后国际关系史：1945-1995》北京大学出版社方连庆《国际关系史17世1945年纪中叶-1945年》法律出版社王绳祖 324 社会学理论《社会学（第10版）》中国人民大学出版社1999年版波普诺《社会学理论的结构（第6版、上下册）》华夏出版社2001年版乔纳森.特纳《清华社会学评论（2000-2002）》中国友谊出版公司清华大学社会学系 326 心理学《大学心理学》北京师范大学出版社张厚粲、许燕 327 教育

(精品)材料力学(全套752页PPT课件)

高压电线塔
毁坏的高压电线塔
Page14
码头吊塔
Page15
单梁式导弹翼面 1－辅助梁；2－翼肋；3－桁条；4－蒙皮；5－副翼；6－后墙； 7－翼梁；8－主接头；9－辅助接头
Page16
➢ 材料力学的基本假设材料力学研究材料的宏观力学行为材料力学主要研究钢材等金属材料
关于材料的基本假设：连续性假设：认为材料无空隙地充满于整个构件。
gA
L
FN
+
x
g
x
A
为什么要研究材料的力学性能并进行构件的力学分析？材料力学来源于工程实践，服务于工程实践
Page2
赵州桥（公元600年前
后）
应县木塔 (1056年)
斗拱
Page3
埃菲尔铁塔
铁塔承受风载的计算简图
铁塔变形示意图
Page4
重庆綦江彩虹桥（使用不到4年）
新建的重庆綦江彩虹桥
Page5
Tacoma 海峡大桥1940年破坏
材料力学在现代的发展
19~20世纪，高速车辆、飞机、铁路桥梁等的出现，减轻自重问题突出，薄壁件、细长件大量采用，大大推动了材料力学的发展；超高强度材料和焊接结构的广泛使用，促进了对低应力脆断和疲劳问题的研究 20世纪，各种新型材料(复合材料、高分子材料等) 广泛应用，实验水平、计算方法不断提高；

工程力学(静力学与材料力学)(第2版)教学课件第1章静力学基础

工程力学（静力学与材料力学）
14
链杆约束
两端均为光滑铰链的刚性连接杆，称为链杆。
仅承受两个力且处于平衡状态的构件，称为二力构件或二力杆。二力作用下的刚体，平衡的必要充分条件是二力等值、反向与共线，称为二力平衡原理。
链杆本身重量一般忽略不计, 所以属于二力杆,可以是直杆或曲杆。约束：两端铰链中心沿其连线方位无相对线位移约束力：作用在两铰链上的力，沿铰链连线，等值、反向。
工程力学（静力学与材料力学）
17
刚体系受力图
经适当连接由若干刚体组成的系统，称为刚体系。由系外物体作用于系内刚体上的力,称为外力；系内刚体间的相互作用力,称为内力，内力总是成对出现。
图示结构，由杆AC，BC与DE组成,各杆重量忽略不计,试分别画结构整体、杆AC与杆BC的受力图。
铰链C,D与E处,相连部分间的相互作用力为内力,可不画。
工程力学（静力学与材料力学）
8
光滑面约束
摩擦力可忽略不计的面约束，称为光滑面约束。
约束：限制物体接触点沿公法线且指向约束方向的位移约束力：沿公法线方向指向被约束的物体
工程力学（静力学与材料力学）
9
光滑圆柱类铰链
1. 铰链
物体间圆柱形孔销连接,简称铰链,摩擦力一般忽略不计. 约束：限制物体受约束处垂直销钉轴线方位的线位移约束力：作用线通过且垂直销钉轴线的力F, 也可用互垂分力Fx与Fy表示

工程力学(静力学与材料力学)ppt课件

的作用线汇交于一点，则此三力必在同一平面内，
且第三个力的作用线通过汇交点。
F1
证明：
F12
A1
F2
A A2
=
A
A3
A3
F3
F. 3
公理四：作用和反作用定律
内容：
作用力和反作用力总是同时存在，同时消失，两力等值、反向、共线，作用在相互作用的
两个物体上。（等值、反向、共线）
.
公理四：作用和反作用定律
1、物体的受力分析：分析物体（包括物体系）
受哪些力，每个力的作用位置和方向，并画出物体的受力图。
2、力系的简化（或等效替换）：用一个简单
力系等效代替一个复杂力系。
3、力系的平衡条件：建立各种力系的平衡条
件，并应用这些条件解决静力学实际问题。
.
§1-1 静力学基本概念
几个基本概念
一、刚体
是指在力的作用下不变形的物体，即刚体内部任意两点间的距离始终保持不变。
a、断裂
破坏
.
二、对构件设计提出的要求
1、构件应具备足够的强度（即抵抗破坏的能力）
a、断裂
破坏
.
二、对构件设计提出的要求
1、构件应具备足够的强度（即抵抗破坏的能力）
a、断裂
破坏
b、塑性屈服（去除载荷后有显著的塑性变形）

固体物理晶体结构讲课文档

❖2. 固体的结构：
❖ 从微观角度上来说，是指组成固体的微观粒子在空间的排列方式。
第十三页，共65页。
前言
3 微观世界基本规律规律
包括力学、电磁学、热学、统计物理、量子力学等。
4 固体的宏观性质
力学性质、热性质、电性质、声性质、磁性质、光性质等。
固体物理是连接宏观世界和微观世界的桥梁。
不变。（示意图）
第二十页，共65页。
1.2 空间点阵
❖1) 布喇菲（布拉伐 Bravais）的空间点阵学说 ❖ 晶体的内部结构可以概括为是由一些相同的点子在空间有规则地作周期性的无限分布，这些点子的总体称为点阵。（示意图） ❖ 点子可以是原子，分子，分子团，点子代表其重心位置，这些点称为格点。晶体由多种原子构成时，其基本结构单元（基元）也由这数种原子构成（示意图）。
第六页，共65页。
二、课程的教学目标与基本要求
1．通过本课程的教学，掌握固体物理中的基本概念和基本理论，从而为学习《半导体物理》等一些后续课程打下扎实的理论基础。
2．学习固体物理中分析、解决问题的方法和手段，提高思维能力和分析、解决实际问题的能力。
第七页，共65页。
三、课程的教学内容
其弹性常数、压力常数、介电常数、电阻率不再是常数，需要用张量来表示。
第十九页，共65页。
6 均匀性：晶体的物理性质不随晶体的部位而改变（示意图）

刘鸿文版材料力学(第五版全套356页)

受力如图：
列平衡方程:
M
Y 0 FN P
Mo(F)0
FN
Pa M0
MPa
精品课件
目录
§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 A F 4 C F3
pm
F A
—— 平均应力
p lim F A0 A
—— C点的应力
应力是矢量，通常分解为 pF4 C F3
g lim(LMN)
2 MN0
M L0
类似地，可以定义 y , z ,g 均为无量纲的量。
精品课件
目录
§1.5 变形与应变
例 1.2
c
已知：薄板的两条边
体积力：连续分布于物体内部各点的力。如重力和惯性力
表面力：
分布力：
连续分布于物体表面上的力。如油缸内壁的压力，水坝受到的水压力等均为分布力
集中力：
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
精品课件
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。
精品课件
§1.1 材料力学的任务
｛变形弹性变形 — 随外力解除而消失塑性变形(残余变形)— 外力解除后不能消失刚度：在载荷作用下，构件抵抗变形的能力。 3、内力：构件内由于发生变形而产生的相互作用力。（内力随外力的增大而增大）强度：在载荷作用下，构件抵抗破坏的能力。

理论力学和材料力学共65页

材料力学和结构力学课件

材料力学、结构力学与理论力学的区别与联系

资料大全课程设计

理论力学和材料力学

理论力学和材料力学

理论力学第3章 力系的平衡条件与平衡方程

材料力学第5版(孙训方编高等教育出版社)第一章

第二批“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材书目

建筑专业考研书目

(精品)材料力学(全套752页PPT课件)

工程力学(静力学与材料力学)(第2版)教学课件第1章 静力学基础

工程力学(静力学与材料力学)ppt课件

固体物理晶体结构讲课文档

刘鸿文版材料力学(第五版全套356页)

理论力学第3章力系的平衡条件与平衡方程

工程力学(静力学与材料力学)(第2版)教学课件第1章静力学基础