材料力学绪论

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本课程具体的研究内容与任务
一、研究内容与研究对象
工程实际中，结构物或机械一般由各种零件（称为 工程构件 member）组成。当结构物或机械工作时，这 些构件就会承受一定的载荷（load）即力的作用。
外效应---使物体的动态发生改变
力产生的效应
（即力使物体的位速置度、、加速度变 ) 化
➢既安全又经济地设计构件
课程的研究方法：理论分析和实验手段相结合
• 一些理论以实验结果得出的某些假设为前提
• 材料的力学性能(材料在外力作用下的变形规律，以及 抵抗变形与破坏的能力)需要通过试验获得。
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材料的力学性能
不同材料制成的构件,其承载能力不一样。 构件的强度、刚度、稳定性与制作构件的 材料有关。 材料力学还要通过试验来研究材料的力学 性能,并在此基础上为构件选择合适的材料。
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衡量构件承载能力的三个主指标：
（1）构件必须具有足够的强度（strenth）： 构件在外力作用下具有足够的抵抗破坏的能力。
（2）构件必须具有足够的刚度（rigidity）： 构件在外力作用下具有足够的抵抗变形的能力。
（3）构件必须具有足够稳定性（stability） 构件必须具有足够的保持原有平衡状态的能力
了问题。幸好桁架落在为试车准备的临时支座上，人
们才可看到斜杆失稳后的情景。
左图桥下侧面观察，右图桥上看：长15.372米的
斜杆一根鼓出1.46米，另整一理pp根t 鼓出0.905米。
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1875年俄国开伏达河上同名桥，在安装完毕后，
仅当工作车通过时,受压上弦杆发生偏离桁架平面的屈
曲而毁坏。
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刚度问题
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高刚度的桥面结构
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稳定性问题
细长压杆，当压力达到或超过一定限度时， 杆件可能突然变弯而失去承载能力，这种现象称 为失稳或屈曲。
杆件的失稳或屈曲往往产生很大的变形甚至
导致整个结构的破坏。
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1925年2月13日，修复后的莫济里桥在试车时出现
➢构件的强度、刚度和稳定性与构件的材料、截面形状与尺 寸、成本有关。
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强度问题
房屋梁柱断裂引起倒塌
1993年8月13日上午10点
左右，泰国皇家大饭店倒塌，
原房屋设计为三层62套房间， 后来又在上面加盖了三层８1
套房间，为防断水，在房顶又
加了四个大水箱，下部三层结
构承受不了上部的加层及水箱
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2000年10月25日上午10时许南京电视台演播厅工
程封顶，由于脚手架失稳，模板倒塌，造成6人死亡，
35人受伤，其中一名死者是南京电视台的摄象记者。
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本课程的任务
材料力学就是通过对构件承载能力的研究，找到构件的截 面尺寸、截面形状及所用材料的力学性能与所受载荷之间的内 在关系，从而在既安全可靠又经济节省的前提下，为构件选择 适当的材料和合理的截面尺寸、截面形状。
2、均匀性假设：认为变形固体整个体积内各点处的力学 性质相同。
3、各向同性假设： 认为变形固体沿各个方向的力学性质 相同（不适合所有的材料）。
假设2和3表示材料的力学性能与坐标、方向无关
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连续性假设
普通钢材显微组织
优质钢材显微组织
还例如:砼—石子/黄沙整/理水pp泥t —但仍有空隙存在。 27
稳定性
材料好些 截面大些
材料差些 降低成本、节约资金
截面小些
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安全 矛盾
经济
选择材料
力求合理解决 设计截面
恰到好处
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§1—2可变形固体的性质及其基本假设
一、变形固体： 在外力作用下可发生变形的固体。 二、变形固体的基本假设：
1、连续性假设：认为变形固体整个体积内都被物质连续 地充满，没有空隙和裂缝。
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为构件选择合适的材料 根据结构的类型选材
超高层建筑
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为构件选择合适的材料 根据结构的类型选材
高层
小高层建筑 多层、小别墅建筑
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为构件选择合适的材料
根据受力性质选材
赵州桥
英国控威桥
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南浦大桥
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合理解决安全与经济之间的矛盾
构件 设计
安全 经济
强度 满足 刚度 要求
裂，导致塔吊大臂倾覆，将工地上一台升降机立柱砸弯，
并悬挂在90米高空．
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破坏——断裂或过量的塑性变形。 变形——构件尺寸与形状的变化。 弹性变形——外力解除以后可消失的变形。 塑性变形——外力解除以后不能消失的变形。
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美国塔科玛大桥在风荷载作用下发生过量的
塑性变形引起大桥整体毁坏．
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第一章 绪论及基本概念
§1-1 材料力学的任务 §1-3 可变形固体的性质及其基本假设 §1-4 材料力学主要研究对象的几何特征 §1-5 杆件变形的基本形式
几个概念：内力和应力、应变、圣维南原理
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§1—1 材料力学的任务
课程性质
本课程是工科院校重要的承先启后的技术基 础课。可直接应用于道路、桥梁、建筑、航空航 天以及工程机械设计。在基础课与专业课之间起 桥梁作用，为学习后续课程（如：结构力学、弹 性力学、机械原理等）打下基础。本课程的研究 方法为今后的学习工作有帮助。
重量，梁柱断裂引起整幢大饭
店倒塌。
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2005年11月2日下午3时，上海江扬南路临汾路一处工地，
正在吊运货运电梯的塔吊从中间突然折断，50米长大臂折成几
段砸向楼顶，驾驶室内的操作整工理pp当t 场死亡．
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2007年3月28日上午10时左右，上海江苏路宣化路交
叉口的企发大厦工地，塔吊在拆卸过程中，钢丝绳突然断
课程特点
特点：“三多”——概念多、公式多、计算多
➢应注意在源自文库习过程中及时归纳总结
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课程要求
上课适当作一些笔记，特别是一些补充例题 及其解题思路及方法；平时注意观察，对一般机 械结构有初步了解；学会处理力学问题的一般方 法。
➢由实际问题抽象出力学模型 ，对力学模型进行 分析，运用有关定理解决问题。
内效应---使物体的形态发生改变
(即力使物体的形状寸、大尺小改)变
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理论力学研究力产生的外效应，研究力与机械运动之间的普遍规律 研究对象抽象为——刚体
材料力学研究力产生的内效应，研究力与物体的变形及破坏规律 研究对象抽象为——可变形固体
二、课程任务
结构物或机械要正常工作，要求组成它们的构件有 足够的承担载荷的能力——承载能力