材料力学简史
参考资料 材料力学的历史
这种桥梁的装卸非常方便。我也能破坏敌军的桥梁。 二、我能制造出围攻城池的云梯和其他类似设备。 三、我能制造一种易于搬运的大炮，可用来投射小石块，
犹如下冰雹一般，可以给敌军造成重大损失和混乱。 四、我能制造出装有大炮的铁甲车，可用来冲破敌军密集
的队伍，为我军的进攻开辟道路。 五、我能设计出各种地道，无论是直的还是弯的，必要时
还可以设计出在河流下面挖地道的方法。 六、倘若您要在海上作战，我能设计出多种适宜进攻的兵
船，这些兵船的防护力很好，能够抵御敌军的炮火攻击。 此外，我还擅长建造其他民用设施，同时擅长绘画和雕塑。 如果有人认为上述任何一项我办不到的话新挑战（19世纪末至现在）
进入20世纪，科学技术和工业的高度发展，特别是航空 与航天技术的崛起、计算机的出现和不断更新换代、各种新 型材料（如复合材料、高分子材料、智能材料）的不断问世 并应用于工程实际，加上实验设备日趋完善、实验技术水平 不断提高，使得材料力学所涉及的领域更加宽阔、内容更加 丰富。这表明：材料力学仍然处于新的发展之中，上一个世 纪形成的材料力学也面临着逐步更新的趋势。
园，或您指定的其他任何地点进行试验。 向阁下问安！
材料力学的历史
材料力学的萌芽期（17世纪初）
一般认为伽利略的名著《关于两门新科学的谈 话和数学证明》（1638），书中有不少关于材 料力学的内容，标志着材料力学的开端。伽利略 为解决建造船只和水闸所需梁尺寸问题进行了一 些实验，首先提出了计算梁强度的公式。
19世纪中期，材料力学已逐渐由以石料等脆性材料为主体演 变为以钢材为主体的材料力学。
材料力学的历史
材料力学的发展期（17世纪至19世纪末）
材料力学发展史
欧拉、柯西、汤姆斯·杨、伯努利、纳维叶、圣维南等人
的努力下，形成了一门系统的科学。
泊松
圣维南 纳维叶 欧拉
在古代建筑中，尽管 还没有严格的科学理 论，但人们从长期生 产实践中，对构件的 承力情况已有一些定 性或较粗浅的定量认 识。例如，从圆木中 截取矩形截面的木粱， 当高宽比为3：2时最 为经济，这大体上符 合现代材料力学的基 本原理。
早期的材料力学是以木材、石头等脆性材 料为研究主题，由于其变形很小，所以不 可避免地具有很大的局限性。随着工业的 发展，在车辆、船舶、机械和大型建筑工 程的建造中所碰到的问题日益复杂，单凭 经验已无法解决，这样，在对构件强度和 刚度长期定量研究的基础上逐渐形成了材 料力学。现在国内外流行的材料力学是在 20世纪50年代引用前苏联的教材和教学模 式的基础上建立起来的。
材料力学是一门古老的学科，在19世纪中叶材 料力学发展到了鼎盛时期，有关材料力学中的 几个重要的问题和概念也在这段时期提出的。
拉伸
弯曲
材料力学
强度
扭转
稳定
1 杆件的拉伸问题
意大利科学家伽利略（Galileo）在《关于 力学和局部运动的两门新科学的对话和数学 证明》的书中尝试用科学的解析方法确定构 件的尺寸，讨论的第一问题是直杆轴向拉伸 问题，得到承载能力与横截面积成正比而与 长度无关的正确结论。
材料力学的发展
1638年，举世闻名的 意大利数学家，天文 学家，力学家伽里略 1564～1642在荷兰莱 登，出版了世界上第 一本材料力学教本 《两种新的科学》首 先提出了材料的力学 性质和强度计算的方 法。人们认为，材料 力学作为一门学科， 就从这里开始。
但是，任何一门科学都不可能是个别人在短期内创造出来 的，而是在几代人经常艰苦探索和创造而逐渐形成的。在
材料力学刘鸿文第六版最新课件-材料力学发展简史
固体力学分支图 《中华人民共和国国家标准：学科分类与代码》
与此同时，造就了一批知名的力学家。有 英国力学家瑞利；德国的工程师、教授莫尔； 俄国的儒拉夫斯基；瑞士的物理学家里兹以及 美籍俄罗斯力学家、教授铁木生柯等等。铁木 生柯的一生编著了《材料力学》、《结构力 学》、《弹性稳定理论》、《工程中的振动问 题》和《材料力学发展史》等二十多种书籍， 均可列为力学名著。
马里沃特的实验
此后法国的科学家泊松；法国的力学家圣维
南；以及法国的力学家工程师纳维埃等等都对弯 曲理论、扭转理论、稳定理论以及材料实验作出 卓越的贡献，丰富、发展和完善了材料力学这门 学科，他们对科学的献身精神为后人所敬仰。这 里特别提出瑞士的数学家、力学家欧拉，16岁取 得硕士学位，他的一生对数学、刚体力学以及材 料力学中的弹性线、稳定理论等都有重大贡献， 是18世纪著述最多的科学家，晚年双目失明，由 助手笔录完成了400多篇论文。
莫尔创造的莫尔圆
铁木生柯教授的专著
还有对流体力学和塑性壳体理论作出重大贡献 的近代力学奠基人卡门；我国著名的科学家和空 气动力学家钱学森；伟大的地质学家、地质力学 的开创者李四光等等。
著名的科学家钱学森
伟大的地质学家李四光
可以预言，在科学与技术飞速发展
的今天，必定会在新的一代中涌现出更 多的力学家，将21世纪的力学推向更高 的水平。
赵州桥
1056年用纯木结构建造的山西应县木塔
巧夺天工的梁柱结构——这是北京天坛的 祈年殿和殿顶
北京天坛祈年殿和殿顶
中国古代人民在建筑史上的辉煌成就，不但
说明我们的祖先在建筑构造学方面有丰富的知识， 而且有构件强度计算方面的大量经验总结。“营 造法式”撰写于公元1103年，北宋崇武二年，是 建筑学家李诫的名著，书中完整的总结了建筑设 计、结构、用料和施工的“规范”。全书分五个 部分，共36卷，357篇，3555条，文图并茂，洋 洋大观。书中对构件尺寸做了十分详细的规定， 给出许多经验公式，其中写到“凡梁之大小各随 其广分为三分，以二分为厚”。意思是房梁要从 园木中截取高与宽之比为3比2的矩形最合理。这 与材料力学分析的结论基本吻合。
材料力学发展简史
材料力学的发展简史材料力学是固体力学中最早发展起来的一个分支，它研究材料在外力作用下的力学性能、变形状态和破坏规律，为工程设计中选用材料和选择构件尺寸提供依据。
它研究的对象主要是杆件，包括直杆、曲杆(如挂钩、拱)和薄壁杆等，但也涉及一些简单的板壳问题。
在固体力学各分支中，材料力学的分析和计算方法一般说来最为简单，但材料力学对于其他分支学科的发展起着启蒙和奠基的作用。
在古代建筑中，尽管还没有严格的科学理论，但人们从长期生产实践中，对构件的承力情况已有一些定性或较粗浅的定量认识。
例如，从圆木中截取矩形截面的木梁，当高宽比为3：2时最为经济，这大体上符合现代材料力学的基本原理。
力学知识最早起源于对自然现象的观察和在生产劳动中的经验。
人们在建筑、灌溉等劳动中使用杠杆、斜面、汲水等器具，逐渐积累起对平衡物体受力情况的认识。
古希腊的阿基米德对杠杆平衡、物体重心位置、物体在水中受到的浮力等作了系统研究，确定它们的基本规律，初步奠定了静力学即平衡理论的基础。
运动定律和物性定律这两者的结合，促使弹性固体力学基本理论和粘性流体力学基本理论孪生于世，在这方面作出贡献的是纳维、柯西、泊松、斯托克斯等人。
弹性力学和流体力学基本方程的建立，使得力学逐渐脱离物理学而成为独立学科。
意大利科学家伽利略为解决建造船舶和水闸所需的梁的尺寸问题，进行了一系列实验，并于1638年首次提出梁的强度计算公式。
由于当时对材料受力后会发生变形这一规律缺乏认识，他采用了刚体力学的方法进行计算，以致所得结论不完全正确。
后来，英国科学家胡克在1678年发表了根据弹簧实验观察所得的，“力与变形成正比”这一重要物理定律(即胡克定律)。
奠定了材料力学的基础。
从18世纪起，材料力学开始沿着科学理论的方向向前发展。
随着工业的发展，在车辆、船舶、机械和大型建筑工程的建造中所碰到的问题日益复杂，单凭经验已无法解决，这样，在对构件强度和刚度长期定量研究的基础上，逐渐形成了材料力学高速车辆、飞机、大型机械以及铁路桥梁等的出现，使减轻构件的自重成为亟待解决的问题。
材料力学的发展
绪论一、材料力学的发展材料力学源于人们的生产经验，是生产经验的提炼和浓缩，同时形成理论后又应用于指导生产实践和工程设计。
公元前2250年，古巴比伦王汉谟拉比法典公元1103年，宋代李诫《营造法式》1638年，伽利略，梁的强度试验和计算理论1678年，英国科学家R.Hooke的胡克定律二、材料力学的任务在构件能安全工作的条件下，以最经济的代价，为构件确定合理的形状和尺寸，选择适当的材料，为构件的设计提供必要的理论基础和计算方法。
构件安全工作的条件有以下三条：（1）具有必要的强度，指构件抵抗破坏的能力。
构件在外力作用下不会发生破坏或意外的断裂。
（2）具有必要的刚度，指构件抵抗弹性变形的能力。
构件在规定的使用条件下不会产生过份的变形。
（3）具有必要的稳定性，指构件保持原始平衡构形的能力。
构件在规定的使用条件下，不会发生失稳现象。
三、材料力学的研究对象材料力学主要研究对象是构件中的杆以及由若干杆组成的简单杆系等。
杆件的形状与尺寸由其轴线和横截面确定。
轴线通过横截面的形心，横截面与轴线正交。
根据轴线与横截面的特征，杆件可分为直杆与曲杆，等截面杆与变截面杆。
四、材料力学基本假设材料力学中，构成构件的材料皆视为可变形固体。
（1）均匀、连续假设：构件内任意一点的材料力学性能与该点位置无关，且毫无空隙地充满构件所占据的空间。
（2）各向同性假设：构件材料的力学性能没有方向性。
（3）小变形假设：本课主要研究弹性范围内的小变形。
小变形假设可使问题得到如下的简化：a). 忽略构件变形对结构整体形状及荷载的影响；b). 构件的复杂变形可处理为若干基本变形的叠加。
（4）大多数场合局限于线性弹性当以上条件部分不能满足时，须采用其他力学理论如结构力学（杆系）、弹性力学（研究对象的差异）、塑性力学、断裂力学、损伤力学、连续介质力学以及随着计算机技术的发展而越来越受到重视的计算力学等等。
本课程材料力学是基础。
五、杆件的基本受力形式杆件受外力作用后发生的变形是多种多样的，但最基本的变形是以下四种：拉伸(或压缩) （第1章）料所作的基本假设为均匀连续、各向同性、小变形且大多数情况为线弹性；材料力学研究的对象是杆件；杆件的基本受力形式是拉伸(或压缩)、剪切、扭转、弯曲。
材料力学发展史
材料力学发展史材料力学作为一门学科，经历了漫长的发展过程，从起源到现代应用，不断推动着人类文明的进步。
下面将从五个方面详细介绍材料力学的发展史。
1.起源与早期发展材料力学起源于古代，人们在建造桥梁、房屋等设施时，通过对材料的强度、刚度和稳定性进行研究，逐渐形成了材料力学的雏形。
早在古罗马时期，工程师们就学会了如何通过简单的实验来确定材料的承载能力，为当时的建设工程提供了重要的理论基础。
在中世纪，欧洲的学者开始研究材料的性质和应力关系，提出了许多基本的力学概念，为后续的材料力学发展奠定了基础。
2.文艺复兴到工业革命时期文艺复兴之后，材料力学得到了进一步的发展和应用。
达芬奇、伽利略等著名学者对材料力学进行了深入研究，提出了许多创新的观点。
17世纪，法国科学家帕斯卡对液体和固体的力学性质进行了深入研究，提出了帕斯卡定理，为材料力学的发展做出了重要贡献。
进入工业革命时期，材料力学得到了更加广泛的应用。
工程师们开始大量使用钢铁、混凝土等新型材料，通过对这些材料的力学性能进行深入研究，推动了当时工业和工程领域的发展。
同时，一些经典的材料力学实验和研究成果也在这个时期出现，如艾米莉实验、莫尔圆等，这些实验和成果对材料力学的发展产生了深远的影响。
3.工业革命时期工业革命时期是材料力学发展的黄金时期。
在这个时期，材料力学在工程实践中的应用越来越广泛，一些著名的材料力学科学家也相继涌现。
例如，托马斯·杨通过对弹性力学的研究，提出了杨氏模量等基本参数，为材料的弹性性能研究奠定了基础。
同时，纳维耶尔通过对金属材料的疲劳研究，发现了疲劳极限和应力循环等重要概念，为材料的耐久性研究提供了重要的理论基础。
4.现代发展进入20世纪以后，材料力学得到了更加广泛和深入的应用。
特别是在航空、航天、能源等领域，材料力学的应用越来越广泛。
同时，随着计算机技术的不断发展，数值模拟方法在材料力学研究中的应用也越来越普遍。
这使得材料力学的研究更加精确和高效，也为工程师们在设计中提供了更多的选择和优化方案。
材料 力学发展简史
F
上一张
• 从18世纪起，材料力学开始沿着科学理 18世纪起 世纪起， 论的方向向前发展。 论的方向向前发展。 • 20世纪初，随着新的数学理论和方法的 20世纪初， 世纪初 出现，力学研究又蓬勃发展起来， 出现，力学研究又蓬勃发展起来，创立 了许多新的理论， 了许多新的理论，同时也解决了工程技 术中大量的关键性问题， 术中大量的关键性问题，如航空工程中 的声障问题和航天工程中的热障问题等 的声障问题和航天工程中的热障问题等。
一 发展简史
（1）萌芽时期 （2） 发展时期
二在我国的发展
发展简史
（1）萌芽时期 ）
•
在古代建筑中， 在古代建筑中，尽管还没有严格的科 学理论，但人们从长期生产实践中， 学理论，但人们从长期生产实践中，对构 件的承力情况已有一些定性或较粗浅的定 量认识。例如， 量认识。例如，从圆木中截取矩形截面的 木粱，当高宽比为3 时最为经济， 木粱，当高宽比为3：2时最为经济，这大 体上符合现代材料力学的基本原理。 体上符合现代材料力学的基本原理。
• 此后，力学的研究对象由单个的自由 此后，力学的研究对象由单个的自由 质点，转向受约束的质点和受约束的 质点，转向受约束的质点和受约束的 质点系。 质点系。这方面的标志是达朗贝尔提 出的达朗贝尔原理， 出的达朗贝尔原理，和拉格朗日建立 的分析力学。其后， 的分析力学。其后，欧拉又进一步把 牛顿运动定律用于刚体和理想流体的 运动方程， 运动方程，这看作是连续介质力学的 开端。后来，英国科学家胡克在1678 开端。后来，英国科学家胡克在 年发表了根据弹簧实验观察所得的， 年发表了根据弹簧实验观察所得的， 力与变形成正比” “力与变形成正比”这一重要物理定 即胡克定律)。 律(即胡克定律 。奠定了材料力学的 即胡克定律 下一页 基础。 基础。
材料力学发展大事记
材料力学发展大事记材料力学的发展是和人类社会发展密切相关的，材料力学发展史是人类文明史的一部分，其内容极其丰富，目前已出版了若干部专著。
我们参考有关书籍、资料，针对材料力学发展具有重要影响的人物和研究工作，汇编了如下大事记，以期使读者对本学科的发展有一个初步的了解。
1 独立学科的标志及杆件的拉伸问题通常认为，意大利科学家伽利略（Galileo）《关于力学和局部运动的两门新科学的对话和数学证明》—书的发表（1638年）是材料力学开始形成一门独立学科的标志。
在该书中这位科学巨匠尝试用科学的解析方法确定构件的尺寸，讨论的第—问题是直杆轴向拉伸问题，得到承载能力与横截面积成正比而与长度无关的正确结论。
2 梁的弯曲问题在《关于力学和局部运动的两门新科学的对话和数学证明》一书中，伽利略讨论的第二个问题是梁的弯曲强度问题。
按今天的科学结论，当时作者所得的弯曲正应力公式并不完全正确，但该公式已反映了矩形截面梁的承载能力和bh2（b、h分别为截面的宽度和高度）成正比，圆截面梁承载能力和d3（d为横截面直径）成正比的正确结论。
对于空心梁承载能力的叙述则更为精彩，他说，空心梁“能大大提高强度而无需增加重量，所以在技术上得到广泛的应用。
在自然界就更为普遍了。
这样的例子在鸟类的骨骼和各种芦苇中可以看到，它们既轻巧，而又对弯曲和断裂具有相当高的抵抗能力”。
梁在弯曲变形时，沿长度方向的纤维中有一层既不伸长也不缩短者，称为中性层。
早在1620年荷兰物理学家和力学家比克门（BeeckmanI）发现，梁弯曲时一侧纤维伸长、另一侧纤维缩短，必然存在既不伸长也不缩短的中性层。
英国科学家胡克（Hooke R）于1678年也阐述了同样的现象，但他们都没有述及中性层位置问题。
首先论及中性层位置的是法国科学家马略特（Mariotte E, 1680年）。
其后莱布尼兹（Leibniz G W）、雅科布·伯努利（Jakob Bernoulli，1694）、伐里农（Varignon D, 1702年）等人及其他学者的研究工作尽管都涉及了这一问题，但都没有得出正确的结论。
工程力学—第五章材料力学的一般概念
§5-1 材料力学理论的建立
第一部《材料力学》出现17世纪以后，技术革命
法国科学家 库仑 （1736－1806）
通过实验修正了伽利略的错误，提出了最大切 应力强度理论。
法国科学家 纳维 1826年著《材料力学》
材料力学 —— 研究构件在外力作用下的变形、
受力与破坏或失效的规律，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。
教师：李炎
第 5 章 材料力学的一般概念
§5-1 材料力学简史 §5-2 材料力学的任务 §5-3 材料力学的研究对象 §5-4 荷载的分类 §5-5 变形固体及其基本假定 §5-6 内力与应力 §5-7 变形与位移 §5-8 杆件变形的基本形式
§5-1 材料力学简史
材料力学的发展是工程实际的迫切需要。
§5-5 变形固体的基本假设
任何固体在外力作用下都会发生形状和尺寸的改变，即变形。
对于变形固体，当外力在一定范围时，卸去外力后其变形会
完全消失，这种随外力卸去而消失的变形为“弹性变形”。
当作用于固体的外力大小超过一定范围，在外力卸去后固体 变形只能部分消失，还残留下一部分不能消失的变形，这种不能
消失的残余变形为“塑性变形”。
反之为负。
③ 全应力分解为：
a.垂直于截面的应力（法向分量）称为“正应力”；
F1
ΔN
lim
Δ A0
Δ
A
dN dA
p
M
F2
b.位于截面内的应力（切向分量）称为“切应力”。（剪应力）
ΔT
lim
Δ A0
Δ
A
dT dA
F1
材料力学发展史
天文学： 望远镜观察：太阳、月亮、星星； 发现：太阳黑子、太阳的自转； 月亮的山、土星的环、木星的四个卫星 银河系由无数个恒星组成。
力学
发现：物体的惯性定律； 单摆振动的等时性； 抛物体运动规律；
建立：落体定律； 提出：加速度的概念。
1638年：《关于两种新科学的叙述与证明》
编写了《材料力学》、《高等材料力学》、《结构力学》、 《工程力学》、《高等动力学》、《弹性力学》、《弹性稳 定性理论》、《工程中的振动问题》、《板壳理论》和《材 料力学史》等二十种书。这些书大多已有中译本。
❖ 6 达芬奇
“力学是数学的乐园，因 为我们在这里获得了数学 的果实。”
第一部《材料力学》出现17世纪以后
不仅用能量原理解决了稳定性问题， 也把它用到梁和板的弯曲问题和梁 的受迫振动问题。
1911年以后，他主要研究弹性力学，第一次 世界大战期间，他在梁横向振动微分方程中 考虑了旋转惯性和剪力,这种模型后来被称为 “铁木辛柯梁”。
1925年，他研究很有价值的圆孔周围的应力 集中问题；
1928年探讨了有实用意义的吊索桥刚度和振动 问题。
欧洲
科学实验
综合而不是分析 定性而不是定量
始终没有提炼出加速度的概念；没有建立力学的科学体系。
经典力学 欧洲
明末
18:20 —19:40 闭关自守
19世纪中叶 西方科学再度被引进
“奈端重学”（牛顿力学）
从此，中国力学随世界潮流前进
对“材力”做出重大贡献的科学 家
1 伽利略 Galilei 1564-1642
❖ 古人对材料力学知识和材料强度的认识已积 累丰富的经验，并推动了生产的发展；
当欧洲的科学技术受到神学的束缚时，中国的科学技术总 的说来居于世界领先地位。
简述材料力学发展史
简述材料力学发展史材料力学是物理学的一个分支，研究物质的结构、力学性质和行为。
材料力学的发展与人类社会的发展密不可分，可以追溯到古代文明时期。
下面将简述材料力学的发展史。
古代时期早在古代，人们就开始研究材料的力学性质。
古希腊的阿基米德和亚历山大大帝就曾经研究过材料的强度和韧性。
在中国，古代工匠们也掌握了许多材料的加工技术，并研究了材料的力学性质。
中世纪时期在中世纪时期，人们开始使用钢铁等新的材料，并开始研究这些材料的力学性质。
意大利的伦巴第人和威尼斯人在铸造和锻造技术方面取得了很大的进展，他们研究了铁、钢等材料的强度和韧性，为后来的工业革命奠定了基础。
近代时期在18世纪后期，随着工业革命的到来，工业生产的需求促进了材料力学的发展。
材料的强度、韧性、断裂行为等问题成为工业生产中需要解决的难题。
当时的研究重点是金属材料的力学性质，先后出现了弹性力学、塑性力学、断裂力学等分支。
20世纪20世纪，随着新材料的发展和应用，材料力学进入了一个新的阶段。
材料力学的研究内容不再局限于金属材料，而是涉及到了陶瓷、玻璃、高分子材料等各种材料。
同时，材料力学的研究方法也随着科技的进步而不断更新，出现了数值计算、计算机模拟等新技术。
21世纪进入21世纪，材料力学的研究范围更加广泛，涉及到了微纳米材料、生物材料等新领域。
材料力学的研究方法也进一步发展，如大规模分子动力学模拟、量子力学计算等。
这些新技术和新方法为材料力学的发展开辟了新的道路。
随着人类社会的发展，材料力学也在不断发展和壮大。
从古代到现代，从金属到微纳米材料，材料力学的发展历程见证了人类对物质世界的不断探索和认识。
材料力学发展史
汇报人：
单击输入目录标题 材料力学起源 材料力学的发展历程 材料力学的应用领域 材料力学的未来发展 材料力学的重要人物和事件
添加章节标题
材料力学起源
古代材料力学概念
古代建筑：如金字塔、长城等体现 了古代材料力学的应用
古代机械：如水车、风车等体现了 古代材料力学的应用
添加标题
添加标题
材料力学的重要事件
• 1638年伽利略提出“材料力学”的概念 • 1773年欧拉提出“弹性理论” • 1822年圣文森特·斯特拉提出“应力”和“应变”的概念 • 1829年柯西提出“弹性模量”的概念 • 1855年威廉·汤姆森提出“应力函数”的概念 • 1900年格里菲斯提出“断裂力学”的概念 • 1920年铁木辛柯提出“塑性理论” • 1948年奥罗弗提出“有限元法” • 1956年赫兹提出“非线性弹性理论” • 1960年库仑提出“断裂力学”的概念 • 1968年库仑提出“断裂力学”的概念 • 1970年库仑提出“断裂力学”的概念 • 1980年库仑提出“断裂力学”的概念 • 1990年库仑提出“断裂力学”的概念 • 2000年库仑提出“断裂力学”的概念 • 2010年库仑提出“断裂力学”的概念
技术的结合
材料力学在可 持续发展、环 境保护等方面
的贡献
材料力学的可持续发展
绿色材料：使用环保、可再生、可降解的材料 节能减排：降低能耗减少碳排放提高能源利用效率 循环经济：实现材料的循环利用减少废弃物的产生 智能化：利用人工智能、大数据等技术提高材料力学的研究和应用水平
材料力学的重要人物和事件
火箭发动机设计：材 料力学在火箭发动机 设计中的应用如燃烧 室、喷管、涡轮泵等 部位的设计。
航天器结构设计：材 料力学在航天器结构 设计中的应用如卫星 、空间站、宇宙飞船 等部位的设计。
材料力学发展史
材料力学(mechanics of materials)作为 机械、土木、采矿、航空航天、石油工程、 地质勘探、海洋工程等领域的基础学科， 在设计、制造与生产、技术创新、增产措 施等方面具有重要的作用，是理工科大专 院校相关专业的一门重要的专业基础课程。 材料力学是基础课和专业课之间的桥梁和 纽带，起到承上启下的作用，是几乎所有 工科专业的基础课程 。更是力学专业的学 生和力学科学工作者的基础。
但是经典的基于胡克定律的线弹性小变形本构关系已 经无法描述上述材料的响应，例如：航空领域大量采 用的纤维或者颗粒增强复合材料本身为各向异性；工 程中大量含有裂纹的材料已非均匀连续；高分子材料 的应力–应变关系是与时间相关的，且大都为非线性； 新型的“软物质”材料是介于固体与流体之间的特殊 的“复杂流体”，还没有恰当的本构关系；碳纳米管 （CNT）和其它生物材料具有反常的“负泊松比”效 应；生物体中的某些材料其“零应力”点并非为其初 始状态；细胞粘附时需要考虑其它的“非经典力”， 如毛细力、范德华力的影响。这些现象都说明，新的 材料力学教材必须包含以上各种新的现象，例如非均 匀、各向异性、非线性、时间相关等因素。
泊松
圣维南
纳维叶
欧拉
在古代建筑中，尽管 还没有严格的科学理 论，但人们从长期生 产实践中，对构件的 承力情况已有一些定 性或较粗浅的定量认 识。例如，从圆木中 截取矩形截面的木粱， 当高宽比为3：2时最 为经济，这大体上符 合现代材料力学的基 本原理。
早期的材料力学是以木材、石头等脆性材 料为研究主题，由于其变形很小，所以不 可避免地具有很大的局限性。随着工业的 发展，在车辆、船舶、机械和大型建筑工 程的建造中所碰到的问题日益复杂，单凭 经验已无法解决，这样，在对构件强度和 刚度长期定量研究的基础上逐渐形成了材 料力学。现在国内外流行的材料力学是在 20世纪50年代引用前苏联的教材和教学模 式的基础上建立起来的。
材料力学发展简史
▪ 进入20世纪60年代后，复合材料力 学发展的步伐加快了。1964年罗森提出 了确定单向纤维增强复合材料纵向压缩 强度的方法。1966年惠特尼和赖利提出 了确定复合材料弹性常数的独立模型法。 1968年，经蔡为仑和希尔的多年研究形 成了蔡-希尔破坏准则；后于1971年又出 现了张量形式的蔡-吴破坏准则。
成的漆中器国，漆也器是，近也代是纤近维代增纤强维复增合强材复料的
合材雏料形的，雏它形体，现它了体重现量了轻重、量强轻度、和强刚度 度和大刚的度力大学的优力点学. 优点.
3 ，以混凝土为标志的近代复 合材料是在一百多年前出现的。 后来，原有的混凝土结构不能满 足高层建筑的强度要求，建筑者 转而使用钢筋混凝土结构，其中 的钢筋提高了混凝土的抗拉强度， 从而解决了建筑方面的大量问题 。
▪ 1970年琼斯研究了一般的多向层板， 并得到简单的精确解；1972年惠特尼用双 重傅里叶级数，求解了扭转耦合刚度对各 向异性层板的挠度、屈曲载荷和振动的影 响问题，用这种方法求解的位移既满足自 然边界条件，又能很快收敛到精确解；同 年，夏米斯、汉森和塞拉菲尼研究了复合 材料的抗冲击性能。另外，蔡为仑在单向 层板非线性变形性能的分析方面，亚当斯 在非弹性问题的细观力学理论方面，索哈 佩里在复合材料粘弹性应力分析等都做了 开创性的研究工作。
在这个过程中，意大利科学家伽利 略为解决建造船舶和水闸所需的粱的尺 寸问题，进行了一系列实验，并于1638 年首次提出粱的强度计算公式。由于当 时对材料受力后会发生变形这一规律缺 乏认识，他采用了刚体力学的方法进行 计算，以致所得结论不完全正确。后来， 英国科学家胡克在1678年发表了根据弹 簧实验观察所得的，“力与变形成正比” 这一重要物理定律(即胡克定律)。奠定了 材料力学的基础。从18世纪起，材料力 学开始沿着科学理论的方向向前发展 。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1-- 绪论及初始概念
2-- 轴向拉压与剪切
3-- 扭转
附录:平面图形的几何性质 4-- 弯曲内力 5-- 弯曲应力
第1章
----------[半期考试]----------
6-- 弯曲变形
7-- 应力分析与强度理论 8-- 组合变形 9-- 压杆稳定
绪论及初始概念
10-- 能量法*
11-- 超静定*
时
间 动载荷：快速加载（a≠0），或冲击加载
目录
21
四
§1-4 、外力、内力及应力的概念
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
1、切(截) 2、取(研) 3、代(图) 4、平(方)
F5
F1
F2 F5
F1
F2
m F4
m
F3
F4
F3
目录
22
§1-4 、外力、内力及应力的概念
目录
23
§1-4 、外力、内力及应力的概念
应力 F A F4
C
p
F4
C
F3
F3
•平均应力:某范围内单位面积上内力的平均集度
p F A
•一点的应力：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 p lim F dF
应力总量P 可以分解成:
A0 A dA
垂直于截面的分量σ－－正应力
A
图示结构，试求杆件AB(1杆)、
杆件CB(2杆)的应力。已知 F=20kN；
1
(1)计算各杆件的内力?
45°
C
2
FN1
y
FN 2 45° B
F
B 解：1、计算各杆件的内力。
FF 用截面法取节点B为研究对象
Fx 0 x Fy 0
FN1 cos 45 FN 2 0 FN1 sin 45 F 0
目录
15
§1-2 、材料力学的任务
具体任务: 1、研究构件在载荷作用下的内力、应力、 变形规律；（理论基础） 2、建立强度、刚度、稳定性的条件或 准则和计算方法。（设计理论）
16
§1-2 、材料力学的任务
基于构件的强度、刚度和稳定性条件 可进行的各三方面的计算工作为：
相当统一条件：
1、---校核： PA PB
目录
7
§1-2 、材料力学的任务
桥梁结构
二
目录
8
§1-2 、材料力学的任务
航空航天
目录
9
§1-2 、材料力学的任务
四川宜宾彩虹桥坍塌
目录
10
§1-2 、材料力学的任务
美 国 纽 约 马 尔 克 大 桥 坍 塌
目录
11
§1-2 、材料力学的任务 材料力学问题 与 理论力学问题
的区别和联系？
12
目录
目录
2
§1-1 、材料力学简史 古代建筑结构
传统具有柱、梁、檩、椽的木制房屋结构
一
目录
3
§1-1 、材料力学简史 古代建筑结构
2200年以前建造的都江堰安澜索桥
目录
4
§1-1 、材料力学简史 古代建筑结构
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
5
§1-1 、材料力学简史
材料力学 独立出现可以指导工程设计，解决工程问题
伽利略 Galilei
15641642
1638年：《关于两种新科学的叙述与证明》
悬臂梁应力分布
简支梁受集中载荷的最大弯矩
等强度梁截面形状 空、实心圆柱抗弯强度比较
目录
6
§1-1 、材料力学简史
第一部《材料力学》
法国科学家 纳维 1826年著《材料力学》
2、---设计截面：
(
F
)
???
( A)
PC
PB (A)
PA ( F )
PC
A
3、---确定许可载荷： PA(F) PB (A)PC F
目录
17
§1-2 、材料力学的任务 实物的抽象简化模型
目录
18
§1-3 、变形固体的基本假设
工程构件一般均由固体材料制成，在外力作用 下，一切固体都将发生变形，都是变形固体。为便 于研究对其作如下的约定（基本假设）：
或:(4)欲使结构安全,确定F的最
大值？
(2)、（3）、（4）即为材料力学问题
14
§1-2 、材料力学的任务 对构件要求:安全、可靠、持久、经济 构件的承载能力
强 度：即抵抗破坏的能力
刚 度：即抵抗变形的能力
稳定性：即保持原有平衡状态的能力
构件的强度、刚度和稳定性不仅与构件的 形状有关，而且与所用材料的力学性能有关， 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。
12-- 动荷载*
13-- 交变应力*
-----------[总复习]---------
[期末考试] “*”部分<材料力学C>不要求
目录
1
第1章2 、材料力学的任务 §1-3 、变形固体的基本假设 §1-4 、外力、内力及应力的概念 §1-5 、位移、变形及应变的概念 §1-6 、构件的分类杆件的基本变形
FN1 28.3kN
FN 2 20kN
13
A
图示结构，试求杆件AB、CB的应力。
已知 F=20kN；
1
如果斜杆AB为直径20mm的圆截面杆，
水平杆CB为15×15的方截面杆,杆
45° B 均为Q235钢。
C2
F (2)图示结构是否安全?
或:(3)欲使结构安全,确定杆1、 杆2的最小尺寸?
F
A
F
内力-举例
C
B
a
a
试计算C截面上的内力？
1、切(截) 2、取(研) 3、代(图)
M FN
4、平(方)
Fx 0 : FN＝0 (轴力)FN＝0 FS Fy 0 : F FS 0 (剪力)FS＝ F
MC 0 : M Fa 0 (弯矩)M Fa
F
目录
20
§1-4 、外力、内力及应力的概念
外力
按 体积力:是连续分布于物体内部各点的力
外
如物体的重力和惯性力
力 作 用 的
面积力:
如油缸内壁的压力，水坝受
分布力： 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
方
面的尺寸，可作为作用于一点
式
的集中力。如火车轮对钢轨的
压力等
按 静载荷：缓慢加载（a≈0）
•连续性假设： 认为整个物体体积内毫无空隙地充满物质
•均匀性假设： 认为物体内的任何部分，其力学性能相同
•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
•小变形与线弹性范围
三
目录
19
§1-3 、变形固体的基本假设
•小变形与线弹性范围
A
δ1
δ远小于构件的最小
尺寸，所以通过节点平衡求
C
B
δ2
各杆内力时，把支架的变形 略去不计，按原始尺寸计算， 使计算得到很大的简化。
平行于截面的分量τ－－切（剪）应力