材料力学第一讲绪论.ppt
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材料力学全套ppt课件
___ 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
}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。
目录
10
§1.1 材料力学的任务
四、材料力学的研究对象
m F4
m
F3
F4
F3
目录
17
§1.4 内力、截面法和应力的概念 例如
F
a
a
F
M FS
FS＝F M Fa
目录
18
§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
灰口铸铁的显微组织 球墨铸铁的显微组织
目录
12
§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
目录
13
§1.2 变形固体的基本假设
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
（沿不同方向力学性能不同的材料称为各向异性 材料。如木材、胶合板、纤维增强材料等）
材料力学
目录
1
第一章 绪论
§1.1 材料力学的任务 §1.2 变形固体的基本假设 §1.3 外力及其分类 §1.4 内力、截面法及应力的概念 §1.5 变形与应变 §1.6 杆件变形的基本形式
目录
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
材料力学PPT课件
通常用
MPa＝N/mm2 ＝ 10 6 Pa
有些材料常数 GPa＝ kN/mm2 ＝ 10 9 Pa
工程上用 kg/cm2 ＝ 0.1 MPa
正应力s
剪应力
二、轴向拉压时横截面上应力
dA
dN dA •s
N
s dN
N dN s dA
A
A
求应力，先要找到应力在横截面上的分布情况。
应力是内力的集度，而内力与变形有关，所以
绘轴力图
（2）求应力 AB段：A1＝240240mm＝57600mm2
BC段：A2＝370370mm＝136900mm2
s1
N1 A1
50 103 57600
0.87 N
/ mm 2
0.87MPa
s2
N2 A2
150 103 136900
1.1N
/ mm 2
1.1MPa
应力为负号表示柱受压。正应力的正负号与轴力N相同。
Nl
A
l
————虎克定律（Hooke)
EA
l Pl
EA
计算中用得多
lE——N——弹性s横量（Mpa,
Gpa)
s
E
l EA E
实验中用得多
计算变形的两个实例：
1.一阶梯轴钢杆如图，AB段A1＝200mm2，BC和CD段截面积相同A2＝A3＝ 500mm2；l1= l2= l3=100mm。弹性模量E＝200GPa，荷载P1＝20kN，P2 ＝40kN 。试求：（1）各段的轴向变形；（2）全杆AD的总变形；
N1＝-20kN（压） N2＝-10kN（压） N3＝+30kN（拉）
§3 应力
一、应力：
内力在杆件截面上某一点的密集程度
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
第01章 绪论(2016-2版)
第一章 绪论
§1.2 变形固体的基本假设
一、变形固体的概念 二、变形固体的两种变形 三、变形固体的基本假设 四、变形的假设
§1.2 变形固体的基本假设
一、变形固体的概念
物质常见的三种状态：固态、液态和气态 只有固体(固态物质)可以用作构件的材料 变形固体—— 在载荷的作用下发生变形的固体 也称为可变形固体
横截面与轴线之间的关系：相互垂直
§1.3 杆件变形的基本形式
(2)杆的分类 a.按横截面的形式分为： 等截面杆—— 横截面沿轴线不变的杆 变截面杆—— 横截面沿轴线变化的杆 b.按轴线的形式分为： 直杆—— 轴线为直线的杆 曲杆—— 轴线为曲线的杆 本课程主要研究的杆件： 等直杆—— 横截面沿轴线不变的直杆
§1.2 变形固体的基本假设
二、变形固体的两种变形
我们都有这样的生活经验：
§1.2 变形固体的基本假设
二、变形固体的两种变形
对于给定的材料，当载荷小于某一数值时，所产生 的变形是弹性变形；当载荷超过某一数值时，所产生的 变形是弹性变形加塑性变形。
§1.2 变形固体的基本假设
三、变形固体的基本假设
§1.3 杆件变形的基本形式
可见，材料力学是研究最简单的固体力学问题： 最简单的材料：连续的、均匀的、各向同性的材料 最简单的变形：弹性小变形 最简单的构件：等直杆 但是，材料力学的研究方法可用于研究一些复杂的 固体力学问题。
§1.3 杆件变形的基本形式
二、杆件的四种基本变形形式 1.轴向拉伸或压缩
§1.1 材料力学的任务
三、材料力学与其它课程的关系
在材料力学课程的教学过程中，主要： 1.教授学生求解构件的强度、刚度和稳定性等力学 问题的技能； 2.培养学生将工程实际问题提炼成力学问题(即力 学建模)的能力。 工程实际问题的解决方法(过程): 实际问题——力学模型——数学模型——求解 ↑ ↑ ↑ 工程师创新 力学家创新 数学家创新
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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26
材料方面：均匀性假设
均匀性：材料的力学性能与其在构件中的 位置无关
微观非均匀 宏观均匀
铁碳合金（0.2C%）
27
材料方面：各向同性假设
各向同性：材料沿各个方向的力学性能相同
金属材料
纤维增强复合材料
晶粒－各向异性 材料－宏观各向同性
宏观各向异性材料
28
关于材料的基本假设小结
连续性：构件所占有的空间内处处充满物质 （密实体）
关于假设
简化分析； 结论可靠——工程中可接受
试验验证
30
§3 外力与内力
外力 内力与截面法 例题
31
外力
外 力： 作用于研究对象上的载荷与约束反力 表面分布力：连续分布在构件表面某一范围的力 集中力：当分布力的作用范围远小于构件表面面积（或杆
长）时，可简化为作用于一点处的力
体积力：连续分布在构件 表面某一范围的力
构件的承载能力： 强度－构件抵抗破坏式的能力
构件安全工作基本条件： 构件应具备足够的强度、刚度与稳定
性，以保证在规定的使用条件下，不破坏、 不过分变形与不失稳。
9
材料力学的任务
研究构件在外力作用下的变形、 受力与失效的规律，为合理设计构件 提供有关强度、刚度与稳定性分析的 基本理论与方法（包括试验方法）。
12
板件：薄片状构件
中面：厚度平分面 板：中面为平面之板件 壳：中面为曲面之板件
13
材料力学的研究对象 主要研究对象是杆（包括薄壁杆） ，以
及由若干杆组成的简单杆系，同时也研究一 些形状与受力均较简单的板与壳。
拉压杆 圆轴 梁
14
材料力学的发展简史
中国古代有关材料力学的应用
试弓定力图—东汉
赵州桥—隋朝
15
斗拱
1103年，李诫在《营造法式 大木作制度》指出： “凡梁之大小，各随其广分为三分，以二分为厚”
16
材料力学在近代的发展 1638年：材料力学的开端 《关于两种新科学的对话》 提出了梁强度的计算公式 开创了用系统科学实验与观 察的方法进行研究
伽利略像
17
胡克的弹性实验装置
1678年：
24
§2 材料力学的基本假设
材料方面：连续性假设
均匀性假设 各向同性假设
几何方面：小变形假设
几个平面假设
25
材料方面：连续性假设
连续性：在构件所占有的空间内处处充满物质
构件内的一些力学量（例如各点的位移）可用 坐标的连续函数表示，也可采用无限小的数学分 析方法。 当空穴与缺陷不能忽略时，采用断裂力学方法 专门研究。
5
Tacoma 海峡大桥 ( 美国Tacoma市 )
因设计不良 1940年破 坏
Tacoma 海峡新 桥
6
Tacoma 大桥破坏全过程
（点击图象）
7
Tacoma 桥受压壁板的破坏形式
加筋板
加筋板由平直（原有平衡形式）变弯
“在外力作用下，不能保持原有
平衡形式的现象，称为失稳”
8
强度、刚度与稳定性
构件的受力与变形 强度、刚度与稳定性 材料力学的任务 材料力学的研究对象 材料力学的发展简史
3
构件的受力与变形
构件：组成机械与结构的零、构件
构件所面临的问题
载荷 构件
受力是否过大 变形是否过大
强度问题 刚度问题
平衡是否稳定
稳定问题
4
工程实例
埃菲尔铁塔
铁塔承受风载 的计算简图
铁塔变形示意图
均匀性：材料的力学性能与其在构件中的位置无关 （力学性能点点相同）
各向同性：材料沿各个方向的力学性能相同 （一点在各方向上的力学性能相同）
构件是由连续、均匀与各向 同性材料制成的可变形固体
29
几何方面的假设
小变形假设：变形量 << 构件尺寸 —— 刚性假定：按结构原有尺寸进行受力分析
几个平面假设：拉压、扭转、弯曲
解决结构安全 与重量的矛盾
失效：广义破坏，包括断裂、失稳等
10
材料力学分析的 基本原则
受力分析 —— 平衡 变形分析 —— 协调（连续） 受力与变形—— 符合材料性质
11
材料力学的研究对象 构件类型
杆件：细而长的构件
横截面与轴线：横截面与轴线相正交； 轴线通过横截面的形心
种类：直杆与曲杆，等截面杆与变截面杆
F1
F2
32
静载荷：随时间变化极缓慢或不变化的载荷 动载荷：随时间显著变化或使构件各质点产生明显加速
度的载荷
33
内力与截面法
内力
由于外力作用，构件内部相连两部分之 间的相互作用力——连续分布力 连续分布力的合力——内力
22
(乌克兰)铁摩辛柯像
建立“铁摩辛柯梁”模 型 研究了圆孔附近的应力集 中问题，梁板的弯曲振动 问题，薄壁杆件扭转问题， 弹性系统稳定性问题等
出版了大量力学教材：
《材料力学》， 《高等材料 力学》， 《结构力学》，
《板壳理论》等20多部
23
材料力学在现代的发展
19世纪中叶，铁路桥梁工程的发展，大大推动了材 料力学的发展； 当时，材料力学的主要研究对象为钢材； 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； 材料力学所涉及的领域更加广阔，它仍在发展。
第一章 绪 论
本章介绍“材料力学”的研究对 象与任务，并介绍材料力学的一些重 要概念，包括内力、应力与应变的概 念，以及应力与应变间的关系。
1
第一章 绪 论
§1 材料力学的任务与研究对象 §2 材料力学的基本假设 §3 外力与内力 §4 应力 §5 应变 §6 胡克定律
2
§1 材料力学的任务与研究对象
19
(瑞士)约翰.伯努利像
提出“虚位移原理”
(意大利)拉格朗日像
阐述了“虚功原理”
20
(英国)托马斯.杨像
定义“弹性模量”
(法国)纳维像
研究了扭转问题、梁的弯曲问题、提 出了解超静定问题的位移法
1826年，第一本《材料力学》
21
(法国)泊松像
定义“泊松比”
(法国)圣维南像
研究了扭转和弯曲问题， 提出了“圣维南原理”
发现“胡克定律”
雅各布.伯努利，马略特：
得出了有关梁、柱性能的 基础知识，并研究了材料的 强度性能与其它力学性能。
库伦：
修正了伽利略、马略特关 于梁理论中的错误，得到了 梁的弯曲正应力和圆杆扭转 切应力的正确结果
18
(瑞士)欧拉像
主要研究梁的变形： 《曲线的变分法》，推导 出受横向力的悬臂杆的挠度 表达式 《关于柱的承载力》，讨 论了压杆稳定问题，引入了 临界载荷的概念。 还研究了大变形问题、变 截面梁的问题、具有初始曲 率杆的问题。
材料方面：均匀性假设
均匀性：材料的力学性能与其在构件中的 位置无关
微观非均匀 宏观均匀
铁碳合金（0.2C%）
27
材料方面：各向同性假设
各向同性：材料沿各个方向的力学性能相同
金属材料
纤维增强复合材料
晶粒－各向异性 材料－宏观各向同性
宏观各向异性材料
28
关于材料的基本假设小结
连续性：构件所占有的空间内处处充满物质 （密实体）
关于假设
简化分析； 结论可靠——工程中可接受
试验验证
30
§3 外力与内力
外力 内力与截面法 例题
31
外力
外 力： 作用于研究对象上的载荷与约束反力 表面分布力：连续分布在构件表面某一范围的力 集中力：当分布力的作用范围远小于构件表面面积（或杆
长）时，可简化为作用于一点处的力
体积力：连续分布在构件 表面某一范围的力
构件的承载能力： 强度－构件抵抗破坏式的能力
构件安全工作基本条件： 构件应具备足够的强度、刚度与稳定
性，以保证在规定的使用条件下，不破坏、 不过分变形与不失稳。
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材料力学的任务
研究构件在外力作用下的变形、 受力与失效的规律，为合理设计构件 提供有关强度、刚度与稳定性分析的 基本理论与方法（包括试验方法）。
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板件：薄片状构件
中面：厚度平分面 板：中面为平面之板件 壳：中面为曲面之板件
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材料力学的研究对象 主要研究对象是杆（包括薄壁杆） ，以
及由若干杆组成的简单杆系，同时也研究一 些形状与受力均较简单的板与壳。
拉压杆 圆轴 梁
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材料力学的发展简史
中国古代有关材料力学的应用
试弓定力图—东汉
赵州桥—隋朝
15
斗拱
1103年，李诫在《营造法式 大木作制度》指出： “凡梁之大小，各随其广分为三分，以二分为厚”
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材料力学在近代的发展 1638年：材料力学的开端 《关于两种新科学的对话》 提出了梁强度的计算公式 开创了用系统科学实验与观 察的方法进行研究
伽利略像
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胡克的弹性实验装置
1678年：
24
§2 材料力学的基本假设
材料方面：连续性假设
均匀性假设 各向同性假设
几何方面：小变形假设
几个平面假设
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材料方面：连续性假设
连续性：在构件所占有的空间内处处充满物质
构件内的一些力学量（例如各点的位移）可用 坐标的连续函数表示，也可采用无限小的数学分 析方法。 当空穴与缺陷不能忽略时，采用断裂力学方法 专门研究。
5
Tacoma 海峡大桥 ( 美国Tacoma市 )
因设计不良 1940年破 坏
Tacoma 海峡新 桥
6
Tacoma 大桥破坏全过程
（点击图象）
7
Tacoma 桥受压壁板的破坏形式
加筋板
加筋板由平直（原有平衡形式）变弯
“在外力作用下，不能保持原有
平衡形式的现象，称为失稳”
8
强度、刚度与稳定性
构件的受力与变形 强度、刚度与稳定性 材料力学的任务 材料力学的研究对象 材料力学的发展简史
3
构件的受力与变形
构件：组成机械与结构的零、构件
构件所面临的问题
载荷 构件
受力是否过大 变形是否过大
强度问题 刚度问题
平衡是否稳定
稳定问题
4
工程实例
埃菲尔铁塔
铁塔承受风载 的计算简图
铁塔变形示意图
均匀性：材料的力学性能与其在构件中的位置无关 （力学性能点点相同）
各向同性：材料沿各个方向的力学性能相同 （一点在各方向上的力学性能相同）
构件是由连续、均匀与各向 同性材料制成的可变形固体
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几何方面的假设
小变形假设：变形量 << 构件尺寸 —— 刚性假定：按结构原有尺寸进行受力分析
几个平面假设：拉压、扭转、弯曲
解决结构安全 与重量的矛盾
失效：广义破坏，包括断裂、失稳等
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材料力学分析的 基本原则
受力分析 —— 平衡 变形分析 —— 协调（连续） 受力与变形—— 符合材料性质
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材料力学的研究对象 构件类型
杆件：细而长的构件
横截面与轴线：横截面与轴线相正交； 轴线通过横截面的形心
种类：直杆与曲杆，等截面杆与变截面杆
F1
F2
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静载荷：随时间变化极缓慢或不变化的载荷 动载荷：随时间显著变化或使构件各质点产生明显加速
度的载荷
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内力与截面法
内力
由于外力作用，构件内部相连两部分之 间的相互作用力——连续分布力 连续分布力的合力——内力
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(乌克兰)铁摩辛柯像
建立“铁摩辛柯梁”模 型 研究了圆孔附近的应力集 中问题，梁板的弯曲振动 问题，薄壁杆件扭转问题， 弹性系统稳定性问题等
出版了大量力学教材：
《材料力学》， 《高等材料 力学》， 《结构力学》，
《板壳理论》等20多部
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材料力学在现代的发展
19世纪中叶，铁路桥梁工程的发展，大大推动了材 料力学的发展； 当时，材料力学的主要研究对象为钢材； 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； 材料力学所涉及的领域更加广阔，它仍在发展。
第一章 绪 论
本章介绍“材料力学”的研究对 象与任务，并介绍材料力学的一些重 要概念，包括内力、应力与应变的概 念，以及应力与应变间的关系。
1
第一章 绪 论
§1 材料力学的任务与研究对象 §2 材料力学的基本假设 §3 外力与内力 §4 应力 §5 应变 §6 胡克定律
2
§1 材料力学的任务与研究对象
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(瑞士)约翰.伯努利像
提出“虚位移原理”
(意大利)拉格朗日像
阐述了“虚功原理”
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(英国)托马斯.杨像
定义“弹性模量”
(法国)纳维像
研究了扭转问题、梁的弯曲问题、提 出了解超静定问题的位移法
1826年，第一本《材料力学》
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(法国)泊松像
定义“泊松比”
(法国)圣维南像
研究了扭转和弯曲问题， 提出了“圣维南原理”
发现“胡克定律”
雅各布.伯努利，马略特：
得出了有关梁、柱性能的 基础知识，并研究了材料的 强度性能与其它力学性能。
库伦：
修正了伽利略、马略特关 于梁理论中的错误，得到了 梁的弯曲正应力和圆杆扭转 切应力的正确结果
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(瑞士)欧拉像
主要研究梁的变形： 《曲线的变分法》，推导 出受横向力的悬臂杆的挠度 表达式 《关于柱的承载力》，讨 论了压杆稳定问题，引入了 临界载荷的概念。 还研究了大变形问题、变 截面梁的问题、具有初始曲 率杆的问题。