材料力学公式总结完美版

材料力学重点及其公式材料力学的任务 （1）强度要求；（2）刚度要求；（3）稳定性要求。

变形固体的基本假设 （1）连续性假设；（2）均匀性假设；（3）各向同性假设；（4）小变形假设。

外力分类：表面力、体积力；静载荷、动载荷。

内力：构件内部各部分之间的因外力作用而引起的附加相互作用力。

截面法：(1)欲求构件某一截面上的内力时，可沿该截面把构件切开成两部分，弃去任一部分，保留另一部分研究。

(2)在保留部分的截面上加上内力，以代替弃去部分对保留部分的作用。

（3）根据平衡条件，列平衡方程，求解截面上和内力。

应力： dA dP A P p A =∆∆=→∆lim 0 正应力、切应力。

变形与应变：线应变、切应变。

杆件变形的基本形式 （1）拉伸或压缩；（2）剪切；（3）扭转；（4）弯曲静载荷：载荷从零开始平缓地增加到最终值，然后不再变化的载荷。

动载荷：载荷和速度随时间急剧变化的载荷为动载荷。

失效原因：脆性材料在其强度极限b σ破坏，塑性材料在其屈服极限s σ时失效。

二者统称为极限应力理想情形。

塑性材料、脆性材料的许用应力分别为：[]ssn σσ=，[]bbn σσ=，强度条件：[]σσ≤⎪⎭⎫⎝⎛=maxmax A F N ，等截面杆 []σ≤AF N max延伸率 1100%l l l δ-=⨯，截面收缩率1100%A A Aψ-=⨯ 轴向拉伸或压缩时的变形：杆件在轴向方向的伸长为：l l l -=∆1，沿轴线方向的应变和横截面上的应力分别为：l l ∆=ε，AP A F N ==σ（杆件横截面轴力F N ，横截面面积A ，拉应力为正）。

横向应变为：b b b b b -=∆=1'ε，横向应变与轴向应变的关系为：μεε-='。

胡克定律：当应力低于材料的比例极限时，应力与应变成正比，即 εσE =，这就是胡克定律。

E 为弹性模量。

将应力与应变的表达式带入得：EAlF l N =∆，受多个力作用的杆件纵向变形计算公式∑∑=∆=∆i i Ni i EA l F l l ；承受轴向分布力或变截面的杆件，纵向变形计算公式 ⎰=∆dx x EA x F l N )()(。

静不定：对于杆件的轴力，当未知力数目多于平衡方程的数目，仅利用静力平衡方程无法解出全部未知力。

外力偶矩计算公式 ./min9549kNeN mr P M n =（P 功率，n 转速）；薄壁圆管（壁厚δ≤ R 0 /10 ，R 0 为圆管的平均半径）扭转切应力计算公式202TR τπδ=。

圆轴扭转时的应力 变形几何关系—圆轴扭转的平面假设dx d φργρ=。

物理关系——胡克定律dxd G G φργτρρ==。

力学关系dA dx d G dx d GdA T AAA⎰⎰⎰===22ρφφρρτρ 。

圆轴扭转时的应力：t p W T R I T ==maxτ；圆轴扭转的强度条件： ][max ττ≤=tW T，可以进行强度校核、截面设计和确定许可载荷。

圆轴扭转时的变形：⎰⎰==l pl p dx GI T dx GI T ϕ；等直杆：pGI Tl =ϕ 圆轴扭转时的刚度条件： pGI T dx d =='ϕϕ，][180max maxϕπϕ'≤⨯='p GI T 弯曲内力与分布载荷q 之间的微分关系()()x q dxx dF S =；()()x Q dx x dM =；()()()x q dx x dF dx x M d S ==22 Q 、M 图与外力间的关系a ）梁在某一段内无载荷作用，剪力图为一水平直线，弯矩图为一斜直线。

b ）梁在某一段内作用均匀载荷，剪力图为一斜直线，弯矩图为一抛物线。

c ）在梁的某一截面。

()()0==x F dxx dM S ，剪力等于零，弯矩有一最大值或最小值。

d ）由集中力作用截面的左侧和右侧，剪力F S 有一突然变化，弯矩图的斜率也发生突然变化形成一个转折点。

梁的正应力和剪应力强度条件[]σσ≤=WM maxmax ，[]ττ≤max 提高弯曲强度的措施：梁的合理受力(降低最大弯矩m ax M ，合理放置支座，合理布置载荷，合理设计截面形状 塑性材料：[][]c t σσ=，上、下对称，抗弯更好，抗扭差。

脆性材料：[][]c t σσ<， 采用T 字型或上下不对称的工字型截面。

几种常见截面的最大弯曲切应力计算公式*max maxS z z F S I bτ=（*max z S 为中性轴一侧的横截面对中性轴z 的静矩，b 为横截面在中性轴处的宽度）；矩形截面梁最大弯曲切应力发生在中性轴处max 3322S SF F bh Aτ==；工字形截面；圆形截面梁最大弯曲切应力发生在中性轴处 max 43SF Aτ=；圆环形薄壁截面梁最大弯曲切应力发生在中性轴处 max 0222S S F FR Aτπδ==等强度梁：截面沿杆长变化，恰使每个截面上的正应力都等于许用应力，这样的变截面梁称为等强度梁。

梁的挠曲线近似微分方程 22()d w M x dx EI=-；梁的转角方程 1()dw M x dx C dx EI θ==-+⎰； 梁的挠曲线方程 11()M x w dxdx C x D EI =-++⎰⎰用叠加法求弯曲变形：当梁上有几个载荷共同作用时，可以分别计算梁在每个载荷单独作用时的变形，然后进行叠加，即可求得梁在几个载荷共同作用时的总变形。

简单超静定梁求解步骤：（1）判断静不定度；（2）建立基本系统（解除静不定结构的内部和外部多余约束后所得到的静定结构）；（3）建立相当系统（作用有原静不定梁载荷与多余约束反力的基本系统）；（4）求解静不定问题。

二向应力状态分析—解析法 （1）任意斜截面上的应力ατασσσσσα2sin 2cos 22xy y x y x --++=；ατασστα2cos 2sin 2xy yx +-= （2）极值应力 正应力：yx xytg σστα--=220， 22min max )2(2xy y x yx τσσσσσσ+-±+=⎭⎬⎫ 切应力：xyy x tg τσσα221-=， 22min max )2(xy y x τσσττ+-±=⎭⎬⎫ （3）主应力所在的平面与剪应力极值所在的平面之间的关系α与1α之间的关系为：4,2220101πααπαα+=+=，即：最大和最小剪应力所在的平面与主平面的夹角为45°受内压圆筒形薄壁容器横截面和纵截面上的应力计算公式4pD σδ'=, 2pDσδ''=；受扭圆轴表面某点的三个主应力123,0,στσστ===- ，三向应力状态最大切应力13max2σστ-=；广义胡克定律 11231[()]v Eεσσσ=-+； 四种强度理论的相当应力1121233134()r r r r v σσσσσσσσσσ==-+=-=轴向荷载与横向均布荷载联合作用时杆件截面底部边缘和顶部边缘处的正应力计算公式 max max min )N zF M AW σσ⎫=±⎬⎭；偏心拉伸（压缩）max max min )N zF M AW σσ⎫=±⎬⎭；扭转与弯曲的组合（1）外力向杆件截面形心简化（2）画内力图确定危险截面（3）确定危险点并建立强度条件；按第三强度理论，强度条件为：[]σσσ≤-31 或[]στσ≤+224， 对于圆轴，W W t 2=，其强度条件为：][22σ≤+WT M 。

按第四强度理论，强度条件为：()()()[][]σσσσσσσ≤-+-+-21323222121，经化简得出：[]στσ≤+223，对于圆轴，其强度条件为：][75.022σ≤+WT M 。

圆截面杆横截面上有两个弯矩M y 和M z 同时作用时，合成弯矩为M =圆截面杆横截面上有两个弯矩M y和M z同时作用时强度计算公式3[]r Wσσ==≤；4[]r W σσ==≤。

弯拉扭或弯压扭组合作用时强度计算公式[]3r σσ==≤；[]4r σσ==≤剪切实用计算的强度条件 []SF A ττ=≤；挤压实用计算的强度条件[]bs bs bs bsF A σσ=≤ 等截面细长压杆在四种杆端约束情况下的临界力（应力）计算公式 22()cr EI F l πμ=，22λπσEcr =压杆的长细比或柔度计算公式liμλ=，i =a ）两端铰支 μ=1；（b ）一端固定、一端自由 μ=2（c ）一端固定、一端铰支 μ=0.7（d ）两端固定 μ=0.5欧拉公式适用范围（1）大柔度压杆（欧拉公式）：即当1λλ≥，其中PEσπλ21=时，22λπσE cr =（2）中等柔度压杆（经验公式）：即当12λλλ≤≤，其中ba sσλ-=2时，λσb a cr -=（3）小柔度压杆（强度计算公式）：即当2λλ<时，s cr AFσσ≤=。

压杆稳定性计算的安全系数法cr cr st F A n n F F σ==≥，st n 为工作安全系数 压杆稳定性计算的折减系数法[]FAσϕσ=≤；λϕ-关系需查表求得 。

提高压杆稳定性的措施：选择合理的截面形状，改变压杆的约束条件，合理选择材料组合图形的形心坐标计算公式,i Cii Ci CCiiA y A z y z AA==∑∑∑∑；任意截面图形对一点的极惯性矩与以该点为原点的任意两正交坐标轴的惯性矩之和的关系式P y z I I I =+；截面图形对轴z 和轴y的惯性半径z i =y i =平行移轴公式（形心轴z c 与平行轴z 1的距离为a ，图形面积为A ）21z zC I I a A =+矩形、圆形、空心圆形的弯曲截面系数 62/1223bh h bh W z==，322/6434D DD W zππ==，)1(3243απ-=D W z。