材料力学第一章讲义PPT课件

由于固体有多方面的属性，研究的角度不同，侧重的 角度不一样。掌握与问题有关的属性，略去次要的属 性，做以下几点假设：
•连续性假设 认为整个物体体积内毫无空隙地充满物质
实际上：组成固体的粒子之间存在间隙并不连续，但这 种间隙与构件的尺寸相比极其微小，故略去不计。
球
墨
铸 铁
★
微观不连续，
的
宏观连续
显
微
具体地说，材料力学的任务是研究构件受力 以后的变形和破坏的规律，为设计构件提供强度、 刚度和稳定性的计算依据，力求使设计的构件既 经济又安全、适用。
§1-2 可变形固体的基本假设
研究对象
F
F´
刚
体
F
F´
材料力学的研究对象：变形固体
F
F´
变
形
体
F
F´
注意：
刚体模型适用的概念、原理、方法，在研究变 形体的内部效应（变形）时不适用。
匀速提升： 柔索张力 T=W
问题：
（1）物体重量W一定时，柔索选用何种材料？
（材料好的，价格贵，材料差的不结实）
（2）物体重量W一定、材料确定时，柔索 选用多大的截面面积？
（粗的好、结实，但价钱贵） T W
（3）工程现场中，只有一根材料确定、 横截面直径确定的柔索，那么此结构的最 大起重量 是多少？
力和变形之间的关系。
由于变形，在材料力学中还将涉及到弹性体的失效以及 与失效有关的设计准则。
将材料力学理论和方法应用于工程，即可对杆类构件或零 件进行常规的静力学设计；
材料力学所涉及的内容分属于两个学科 固体力学 研究物体在外力作用下的应力、变形和能量，
统称为应力分析。 又不同于固体力学，所研究的仅限于杆类物体；
第1章 材料力学的一般概念
力学体系简介 固体力学
力学 流体力学
一般力学
材料力学 结构力学 弹性力学 塑性力学 断裂力学 复合材料
早期的： 水力学 水动力学 现代的： 空气动力学 气体动力学
多相流体力学 粘弹性力学 渗流 理论力学 分析力学 刚体动力学 振动理论 陀螺理论 运动稳定性
材料力学主要研究对象是弹性体。 对于弹性体，除了平衡问题外，还将涉及到变形；
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
构件的承载力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。
人类的灾难
对工程中不满足强度、刚度、稳定性而发生失效的 构件给工农业生产造成巨大的损失，例子不胜枚举。
——具有足够的刚度（变形在允许的范围内）。
如：在运动员重量作用下双杠横梁的变形； 载重卡车作用下桥梁的变形； 楼板的变形；床的变形等均在允许范围内。
3） 受压力作用的细长杆，（千斤顶的螺杆、内燃机的挺 杆、液压活塞杆、自行车打气筒的活塞杆等）应始终维持 原有直线平衡形态；
即保证构件在正常工作时不被压弯，构件应具有足够的 保持原有直线形态平衡的能力。
如：力的可传递性原理、力偶的任意移动、 力的分解和合成原理等。
绪论
讨论
请判断下列简化 在什么情形 下是正确的，什 么情形下是不正 确的？
F F
绪论
讨论
请判断下列 简化在什么 情形下是正 确的，什么 情形下是不 正确的？
F
F
M
变形体
在外力作用下，一切固体都将发生变形，故称为变 形固体，而构件一般均由固体材料制成，故构件一 般都是变形固体。
表
示
引入 无限小概念，可以进行极限、积分、微分的运算。
•均匀性假设认为物体内的任何部分，其力学性能相同
力学性质 固体在外力的作用下表现出变形与破坏方面的性质。
设计的依据
（1）保证构件在正常的工作时不能发生破坏，具有足 够的抵抗破坏的能力 ——构件具有足够的强度（不发生破坏）
破坏——显著的塑性变形和断裂。
如：双杠的横梁不应折断；桥梁不应坍塌；
储气罐不应爆炸；椅子没有断裂；
（2）构件在正常工作时变形不能过大，变形在允许范围 内，即构件具有足够的抵抗变形的能力
1912年4月14日晚12时30分，由英国开往纽约的《泰坦尼克号》
原因 铆钉质量差，有杂质 铆钉材料测试在室温下进行，但 大西洋-11度
1986年挑战者号升空时发生爆炸
发射当天，天气非常寒冷。气温降低后，密封用“○圈”就 变得非常坚硬，伸缩就更加困难。坚硬的“○圈”伸缩的 速度变慢，密封的效果大打折扣，燃气泄漏。
储气罐 主要是保证其强度，不应发生破坏； 车床轴 要有足够的刚度，变形不应过大，以满足加工精度；
受压的细长杆（如：液压油缸的活塞杆等） 应有足够的稳定性；
强 度 问 题
刚度问题
钻床
工程中的大变形
车辆的缓冲弹簧应有较大的变形才能很好地减振
承载能力— 构件承受载荷的能力。
强 度：即抵抗破坏的能力
：“哥伦比亚”号航天飞机在返回途中遇难（2003年）
原因 一块轻质泡沫材料 撞击了航天飞 机 表面的绝热 层
推土机铲板拉伸失效
汽车起重机在起重时回转台失稳，造成结构失效
脚手架的坍 塌事故
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，确定系统的许可载荷而提供必 要的理论基础和计算方法。
——足够的稳定性（保持原有平衡状态的能力）。
如：举重运动员在物体重量作用下身体必须保持挺直； 公路铁路的桥墩；自行车打气筒的活塞杆、用针扎孔时的 针等在轴向压力的作用下一直保持原有的直线形态平衡。
稳定性主要是针对细长的受压杆而言的
材料力学的任务
保证构件具有足够的强度、刚度和稳定性的前提下合理的 选择构件的材料、截面尺寸和形状，确定系统许可载荷。
材料科学 材料的力学行为，即研究材料在外力和温度作 用下所表现出的力学性能和失效行为。
研究仅限于材料的宏观力学行为，不涉及材料的微观机理。
以上两方面的结合使材料力学成为工程设计的重要组成部分， 设计杆类构件的合理形状和尺寸，保证它们正常工作。
材料力学与各门课程 入门
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其他
材料力学
建
建
结
弹
机
机
筑
筑ห้องสมุดไป่ตู้
构
性
械
械
其
材
结
力
力
零
原
他
料
构
学
学
件
理
§1.1 材料力学的任务
构件 工程结构的各组成部分
东营黄河桥
变形 在外力的作用下，构件的尺寸和形状发生变化。
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 橡皮筋在拉力的作用下尺寸的变化； 双杠横梁在运动员重力作用下有形状的变化。