材料力学刘鸿文主编 第4版 高等教育出版社 目录 第一章绪论 目录 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 1 1材料力学的任务 传统具有柱 梁 檩 椽的木制房屋结构 古代建筑结构 目录 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 一 材料力学与工程应用 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 四川彩虹桥坍塌 目录 1 1材料力学的任务 美国纽约马尔克大桥坍塌 比萨斜塔 1 1材料力学的任务 目录 1 1材料力学的任务 1 构件 工程结构或机械的每一组成部分 例如 行车结构中的横梁 吊索等 理论力学 研究刚体 研究力与运动的关系 材料力学 研究变形体 研究力与变形的关系 二 基本概念 2 变形 在外力作用下 固体内各点相对位置的改变 宏观上看就是物体尺寸和形状的改变 3 内力 构件内由于发生变形而产生的相互作用力 内力随外力的增大而增大 强度 在载荷作用下 构件抵抗破坏的能力 刚度 在载荷作用下 构件抵抗变形的能力 塑性变形 残余变形 外力解除后不能消失 弹性变形 随外力解除而消失 1 1材料力学的任务 目录 1 1材料力学的任务 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 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 1 1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 三 材料力学的任务 若 构件横截面尺寸不足或形状不合理 或材料选用不当 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 构件的分类 杆件 板壳 块体 1 1材料力学的任务 材料力学主要研究杆件 等截面直杆 等直杆 四 材料力学的研究对象 直杆 轴线为直线的杆 曲杆 轴线为曲线的杆 目录 1 2变形固体的基本假设 1 连续性假设 认为整个物体体积内毫无空隙地充满物质 在外力作用下 一切固体都将发生变形 故称为变形固体 在材料力学中 对变形固体作如下假设 目录 灰口铸铁的显微组织 球墨铸铁的显微组织 2 均匀性假设 认为物体内的任何部分 其力学性能相同 1 2变形固体的基本假设 普通钢材的显微组织 优质钢材的显微组织 目录 1 2变形固体的基本假设 如右图 远小于构件的最小尺寸 所以通过节点平衡求各杆内力时 把支架的变形略去不计 计算得到很大的简化 4 小变形与线弹性范围 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 认为构件的变形极其微小 比构件本身尺寸要小得多 目录 1 3外力及其分类 外力 来自构件外部的力 载荷 约束反力 按外力作用的方式分类 体积力 连续分布于物体内部各点的力 如重力和惯性力 表面力 连续分布于物体表面上的力 如油缸内壁的压力 水坝受到的水压力等均为分布力 若外力作用面积远小于物体表面的尺寸 可作为作用于一点的集中力 如火车轮对钢轨的压力等 分布力 集中力 目录 按外力与时间的关系分类 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 静载 动载 载荷随时间而变化 如交变载荷和冲击载荷 1 3外力及其分类 交变载荷 冲击载荷 目录 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 目录 1 4内力 截面法和应力的概念 1 假想沿m m横截面将杆切开 2 留下左半段或右半段 3 将弃去部分对留下部分的作用用内力代替 4 对留下部分写平衡方程 求出内力的值 FS M 目录 1 4内力 截面法和应力的概念 例如 例1 1钻床 求 截面m m上的内力 用截面m m将钻床截为两部分 取上半部分为研究对象 解 受力如图 1 4内力 截面法和应力的概念 列平衡方程 目录 FN M 目录 1 4内力 截面法和应力的概念 为了表示内力在一点处的强度 引入内力集度 即应力的概念 平均应力 C点的应力 应力是矢量 通常分解为 正应力 切应力 应力的国际单位为Pa 帕斯卡 1Pa 1N m2 1kPa 103N m2 1MPa 106N m2 1GPa 109N m2 1 5变形与应变 1 位移 刚性位移 变形位移 2 变形 物体内任意两点的相对位置发生变化 取一微正六面体 两种基本变形 线变形 线段长度的变化 角变形 线段间夹角的变化 目录 3 应变 x方向的平均应变 正应变 线应变 1 5变形与应变 M点处沿x方向的应变 切应变 角应变 类似地 可以定义 M点在xy平面内的切应变为 均为无量纲的量 目录 1 5变形与应变 例1 2 已知 薄板的两条边固定 变形后a b a d仍为直线 解 目录 求 ab边的 m和ab ad两边夹角的变化 拉压变形 拉伸 压缩 剪切 扭转 弯曲 剪切变形 杆件的基本变形 目录 1 6杆件变形的基本形式 扭转变形 弯曲变形 目录 1 6杆件变形的基本形式