材料力学1绪论PPT课件
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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
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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Iy)
主惯性矩：
I
y0
1 2
(
I
y
Iz)
1 2
I z0
1 2
(
I
y
Iz)
1 2
(Iz
Iy
)2
4I
2 yz
( I z I y )2 4I yz2
• 常见截面：
矩形
圆形
圆筒形
(
d D
)
Iz
1 12
bh3
Iy
1 12
b3h
Iz
Iy
64
d4
Ip
32
d4
Iz
Iy
D4
64
(1 4 )
Ip
D4
32
节点
铰节点
（各杆之间的夹角可变）
刚节点
（各杆之间的夹角不可变）
不能传递力偶
能传递力偶
• 基本假设
➢ 连续介质假设
材料是密实的，在其整个体积内毫无空隙。
➢ 均匀性假设
理论+实验+计算
外力 构件
内力
假设
应力和变形
• 与理论力学差别
理论力学
材料力学
对象 性质 内容 力
质点、刚体、质点系
可变形固体——杆
– 材料力学解题指导与习题集，清华大学材料力学教研室，高 等教育出版社
§1.2 平面图形的几何性质
• 静矩和形心
– 静矩
Sz A ydA Sy AzdA
静矩的量纲为[长度]3，其常用单位为m3或mm3。
– 形心
yC
A ydA Sz AA
zC
zdA
A
Sy
AA
Sz yC A S y zC A
质量运动 F=ma 平衡、运动规律
变形及破坏规律 强度、刚度、稳定性
大小、方向、作用点——滑动 矢量
力的等效平移
+变形等效
分布体积力、面积力、线 力、集中力
l M Pl
P
A
B
C
P
l
P
P
A
B
C
a
B
P
A
b C
a
P
B
A
M=Pa
b
C
特点： 复习：《理论力学》绪言和第一章
参考书目
• 课程内容：
– 殷有泉，邓成光，材料力学，北京大学出版社，1992 – J.M.Gere，Mechanics of Materials (5th dition)，
Iz
y 2 dA
A
I y
z 2 dA
A
– 极惯性矩：
I p
2dA
A
–惯性积：
I p A y 2 z 2 dA I z I y
I yz
yzdA
A
量纲都为[长度]4，常用单位为m4或mm4。
• 主惯性矩
y' y cos z sin
坐标变换： z' y sin z cos
Learning Is To Achieve A Certain Goal And Work Hard, Is A Process To Overcome Various Difficulties For A Goal
• 学习目标
明确材料力学的主要任务，建立内力、应力和应变的基本概念， 了解材料的基本力学性能。
§1.1 材料力学的任务和对象
材料力学是固体力学的一个分支，是研究构件承 载能力的基础学科。
• 任务
– 安全性：
• 强度(strength)：构件抵抗破坏的能力 • 刚度(stiffness)：构件抵抗变形的能力 • 稳定性(stability)：构件保持原有平衡形式
材料力学
励争 62754624(#411)
User: lz-c Pass: 空
第一章 基本概念
• 内容概述
本章首先对材料力学的任务、研究对象和方法作了介绍，并阐 述了材料力学中涉及到的力和变形的基本概念，以及内力计 算的方法。此外，还对材料的基本力学性能的描述做了说明， 介绍了反映材料线弹性性质的胡克定律。
(1 4 )
• 平行移轴定理
Iy Iz
I yc I zc
b2A a2A
I yz I yzc abA
证明： I z ( yc a)2 dA
A
yc 2dA 2a ycdA a2 dA
A
A
A
I zc a2 A
• 组合截面： n
I z I zi
i 1
n
I y I yi
i 1
n
I yz I yzi
i 1
• 惯性半径
I
y
Iz
iy2A iz2 A
iy
Iy A
iz
Iz A
作业：清华习题集：5.1; 5.17(a),(b); 5.22
• 连续介质假设
数学：实数系——连续集
时间t，空间（x,y,z）：实数系
M0
空间是连续分布的
用质量度量物质的数量
物质M， 空间，体积V
I I
y' z'
1 2
1 2
(Iy (Iy
Iz) Iz)
1 2
1 2
(Iy (Iy
Iz ) cos 2 Iz ) cos 2
I yz I yz
sin 2 sin 2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
I y'z'
1 2
(Iy
Iz ) sin 2
I yz
cos 2
主惯性轴： I y'z' 0
tg 20
I yz
1 2
(Iz
0 P
P， ， 1 ， 2 ，…… n n-1 ， Pn ，(n=1,2,…)
2 1
(P)
lim
n Vn 0
Mn Vn
质量是连续分布的
力学参量都是连续变化的，可用空间坐标的连续函
数来表示。
提问与解答环节
Questions And Answers
谢谢聆听
·学习就是为了达到一定目的而努力去干, 是为一个目标去 战胜各种困难的过程,这个过程会充满压力、痛苦和挫折
Brooks/Cole，USA，2001 – 范钦珊主编，材料力学，高等教育出版社，2000 – 单辉祖，材料力学，高等教育出版社，1999 – S.铁摩辛柯，J.道尔，材料力学，科学出版社，1990 – 《力学与实践》，中国力学学会主办
– 习题集：
– J.M.Gere，S.P.Timoshenko，Mechanics of Materials (3rd edition)，PWS Publishing Company，Boston,1990
若坐标原点取在形心上， yc 0
zc
0
Sz 0 Sy 0
– 组合截面
n
Sz Ai yCi i 1 n
S y Ai zCi i 1
n
Ai
yCi
yC
i 1 n
Ai
i 1 n
zC
Ai zCi
i 1 n
Ai
i 1
（yi, zi)为每部分Ai的形心。
• 惯性矩和惯性积
– 惯性矩：
的能力 构件的受力状况，材料的力学性能
– 经济性：
优化结构设计
• 发展史
– 伽利略：1638，“Two New Sciences”
– 库仑（1736-1806） – 纳维：1826，材料力学
• 研究对象
可变形固体
– 杆件
• 几何特征：纵向尺寸 横向尺寸 • 几何因素：横截面，轴线（直、曲）
– 杆系