材料力学绪论2课件

1作业、课件等相关信息网址：作业、课件等相关信息网址：主讲教师：主讲教师：朱林利朱林利/赵沛赵沛 副教授副教授 (航空航天学院航空航天学院,工程力学系工程力学系)玉泉教玉泉教1212楼楼220220，手机：，手机：，Email:Email:助教：唐晓雅，助教：唐晓雅，EmailEmail:第七章第七章绪绪 论论目录目录2要点回顾n材料力学简史n材料力学与力学学科、材料学科的关系概念：u变形-刚度u内力-强度u 稳定性n材料力学的任务3强度、刚度、稳定性强度、刚度、稳定性是衡量构件是衡量构件承载能力承载能力的三的三个方面，材料力学就是个方面，材料力学就是研究构件承载能力研究构件承载能力的一的一门科学。门科学。7.1 7.1 材料力学的任务材料力学的任务 研究构件的研究构件的强度、刚度和稳定性强度、刚度和稳定性,还需要了解材料还需要了解材料的的力学性能力学性能。因此在进行。因此在进行理论分析理论分析的基础上，的基础上，实验研究实验研究是完成材料力学的任务所必需的途径和手段。是完成材料力学的任务所必需的途径和手段。4目录目录7.1 7.1 材料力学的任务材料力学的任务材料力学的任务就是在满足材料力学的任务就是在满足强度、刚度强度、刚度和和稳定稳定性性的要求下，为设计的要求下，为设计既既经济又安全经济又安全的构件，提的构件，提供必要的供必要的理论基础理论基础和和计算方法计算方法。三、材料力学的任务三、材料力学的任务构件横截面尺寸不足或形状不合理,或材料选用不当 不能保证安全工作.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5n 在理论力学中主要研究物体在理论力学中主要研究物体平衡平衡及及运动问题运动问题的一般规律，物的一般规律，物体的体的变形微小不计变形微小不计n 材料力学所研究的材料力学所研究的强度强度和和刚度刚度等问题，等问题，物体的变形物体的变形是是主要因主要因素素之一，所以之一，所以绝对刚体绝对刚体这一概念已经这一概念已经不再适用不再适用。一般固体都具有抵抗外力作用的能力，外力去除后，能恢一般固体都具有抵抗外力作用的能力，外力去除后，能恢复其原有的形状和尺寸，变形固体的这种性质称为复其原有的形状和尺寸，变形固体的这种性质称为弹性弹性。1.1.研究对象：研究对象：变形固体变形固体2.2.变形：变形：物体形状和尺寸的改变物体形状和尺寸的改变。7.1 7.1 材料力学的任务材料力学的任务四、材料力学的研究对象四、材料力学的研究对象61、后续的力学后续的力学（其它的变形体力学）学好材料力学对学习其他变形体力学的奠基作用 p结构力学，弹性力学，塑性力学，断裂力学 p流体力学 p理性力学 2、后续的专业课程后续的专业课程 p建筑结构 p机械设计 p结构设计原理 3、有助于学习其它工程其它工程：土木、机械、航空、航天、交 通、运输、材料、生物、工程、仪表等 4、今后工程工作工程工作中直接受益 五、五、材料力学的作用材料力学的作用 承前启后的阶段性承前启后的阶段性 7.1 7.1 材料力学的任务材料力学的任务77.2 7.2 变形固体的基本假设变形固体的基本假设1 1、连续性假设：、连续性假设：认为整个物体体积内毫无空隙地充满物质认为整个物体体积内毫无空隙地充满物质n在外力作用下，一切固体都将发生变形，称为在外力作用下，一切固体都将发生变形，称为变形固体变形固体。目录目录多孔金的显微组织多孔金的显微组织纳米晶薄膜的显微组织纳米晶薄膜的显微组织孔径50nm左右 82 2、均匀性假设：、均匀性假设：认为物体内的任何部分，其力学性能相同认为物体内的任何部分，其力学性能相同7.2 7.2 变形固体的基本假设变形固体的基本假设普通钢材的显微组织普通钢材的显微组织优质钢材的显微组织优质钢材的显微组织目录目录97.2 7.2 变形固体的基本假设变形固体的基本假设3 3、各向同性假设：、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）l微观不连续微观不连续，宏观连续，宏观连续。l微观各向异性，宏观各向同性。微观各向异性，宏观各向同性。l微观不均匀，宏观均匀。微观不均匀，宏观均匀。碳纳米管聚复合材料碳纳米管聚复合材料纳米孪晶多晶铜纳米孪晶多晶铜107.2 7.2 变形固体的基本假设变形固体的基本假设A AB BC CF F12如图，如图，远小于构件的最小尺寸，所以通过节点平衡求各杆内力时，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。把支架的变形略去不计。计算得到很大的简化。4 4、小变形与线弹性范围、小变形与线弹性范围认为构件的变形极其微小，比构件本身尺寸要小的多。认为构件的变形极其微小，比构件本身尺寸要小的多。目录目录117.3 7.3 外力及其分类外力及其分类外力：外力：来自构件外部的力（载荷、约束反力）来自构件外部的力（载荷、约束反力）n 按外力作用的方式分类按外力作用的方式分类体积力：体积力：连续分布于物体内部各点连续分布于物体内部各点 的力。的力。如重力和惯性力如重力和惯性力表面力：表面力：作用在物体表面上的力作用在物体表面上的力连续分布于物体表面上的力。连续分布于物体表面上的力。如水如水坝受到的水压力等均为分布力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的尺寸，可作为作用于一点的集中力。中力。如火车轮对钢轨的压力等如火车轮对钢轨的压力等分布力：分布力：集中力：集中力：目录目录外力外力12n 按外力与时间的关系分类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，后，就保持不变或变动很不显著，称为静载。称为静载。静载：静载：动载：动载：载荷随时间而变化。载荷随时间而变化。如交变载荷和冲击载荷如交变载荷和冲击载荷7.3 7.3 外力及其分类外力及其分类目录目录外力外力蒸汽机的蒸汽机的连杆连杆打桩时汽锤对桩的作用打桩时汽锤对桩的作用13 1.1.内力内力构件在构件在外力作用外力作用下内部各部分之间因下内部各部分之间因变变形形而引起的而引起的附加的附加的相互作用力叫相互作用力叫附加内力附加内力，简称，简称内力内力。一、内力的概念一、内力的概念 2.2.内力的性质：内力的性质：平衡平衡外力，外力，阻止阻止变形，变形，消失消失弹性弹性变形。变形。3.3.内力的特点：内力是构件本身所内力的特点：内力是构件本身所固有的固有的性质，性质，随外力的增加而增加（但是是随外力的增加而增加（但是是有限度有限度的）。也就是说，的）。也就是说，内力在内力在随外力增加而加大随外力增加而加大时，到达时，到达某一限度某一限度时就会引时就会引起构件起构件破坏破坏，因此它与构件的，因此它与构件的强度强度是密切相关的。是密切相关的。7.4 7.4 内力、截面法和应力的概念内力、截面法和应力的概念14目录目录mm1F2F5F4F3F1F2F5F4F3F7.4 7.4 内力、截面法和应力的概念内力、截面法和应力的概念(1)(1)假想沿假想沿m-mm-m横截面将横截面将 杆杆切开切开(2)(2)留下留下左半段或右半段左半段或右半段(3)(3)将弃去部分对留下部将弃去部分对留下部 分的作用用内力分的作用用内力代替代替(4)(4)对留下部分写对留下部分写平衡平衡方方 程，求出内力的值。程，求出内力的值。二、截面法：二、截面法：显示和计算内力的方法，是求内力的方法。显示和计算内力的方法，是求内力的方法。15F FS SM MF FF FaaSFFMFa目录目录7.4 7.4 内力、截面法和应力的概念内力、截面法和应力的概念例如例如截面法的步骤：截面法的步骤：1.1.截：截：2.2.取：取：3.3.代：代：4.4.平衡：平衡：16目录目录A4F3FFC4F3FpC7.4 7.4 内力、截面法和应力的概念内力、截面法和应力的概念三、为了表示内力在一点处的强度，引入三、为了表示内力在一点处的强度，引入内力内力集度集度,即即应力应力的概念。的概念。mFpA 平均应力平均应力0limAFpA C C点的应力点的应力应力是矢量，应力是矢量，通常分解为通常分解为 正应力正应力 切应力切应力应力的国际单位为应力的国际单位为 PaPa（帕斯卡）（帕斯卡）1Pa=1N/m1Pa=1N/m2 21GPa=101GPa=109 9N/mN/m2 2177.5 7.5 变形与应变变形与应变1.1.位移位移刚性位移；刚性位移；MMMM变形位移。变形位移。2.2.变形变形物体内任意两点的相对位置发生变化。物体内任意两点的相对位置发生变化。取一微正六面体取一微正六面体两种基本变形：两种基本变形：线变形线变形 线段长度的变化线段长度的变化xx+sxyogMMLNLN角变形角变形 线段间夹角的变化线段间夹角的变化目录目录183.3.应变应变x x方向的平均应变：方向的平均应变：正应变（线应变）正应变（线应变）xsxm 7.5 7.5 变形与应变变形与应变xx+sxyogMMLNLNM M点处沿点处沿x x方向的应变：方向的应变：xsxx 0lim切应变（角应变）切应变（角应变）类似地，可以定义类似地，可以定义zy ,M M点在点在xyxy平面内的平面内的切应变为：切应变为：)2(lim00NMLMLMN g g均为无量纲的量。均为无量纲的量。g g,目录目录197.5 7.5 变形与应变变形与应变例例 1.21.2已知：已知：薄板的两条边薄板的两条边固定，变形后固定，变形后ab,ad仍为直线。仍为直线。解：解：m ababba200025.0250200adcba0.025g610125ab,ad 两边夹角的变化：两边夹角的变化：即为切应变即为切应变g g 。g gg gtan250025.0610100)(rad目录目录求：求：ab 边的边的m 和和 ab、ad 两边夹角的变化两边夹角的变化。20构件的分类：构件的分类：杆件、板壳杆件、板壳*、块体、块体*材料力学主要研究材料力学主要研究杆件杆件等截面直杆等截面直杆 等直杆等直杆直杆直杆 轴线为直线的杆轴线为直线的杆曲杆曲杆 轴线为曲线的杆轴线为曲线的杆等截面杆等截面杆横截面的大小横截面的大小 形状不变的杆形状不变的杆变截面杆变截面杆横截面的大小横截面的大小 或形状变化的杆或形状变化的杆目录目录7.67.6 杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式一、构件的分类一、构件的分类21 1.1.轴向拉伸（或压缩）：由大小相等、方向相反、轴向拉伸（或压缩）：由大小相等、方向相反、作用线与杆轴线重合的一对力引起的，表现为杆件的作用线与杆轴线重合的一对力引起的，表现为杆件的长度发生伸长或缩短。长度发生伸长或缩短。二、杆件变形的基本形式二、杆件变形的基本形式 拉压变形拉压变形7.67.6 杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式22 2.2.剪切：由大小相等、方向相反、相互平行的力剪切：由大小相等、方向相反、相互平行的力引起的，表现为受剪杆件的两部分沿外力作用方向发引起的，表现为受剪杆件的两部分沿外力作用方向发生相对错动。生相对错动。剪切变形剪切变形7.67.6 杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式23 3.3.扭转：由大小相等、方向相反、作用面都垂扭转：由大小相等、方向相反、作用面都垂直于杆轴的两个力偶引起的，表现为杆件的任意两直于杆轴的两个力偶引起的，表现为杆件的任意两个横截面发生绕轴线的相对转动。个横截面发生绕轴线的相对转动。扭转变形扭转变形7.67.6 杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式24 4.4.弯曲弯曲 ：由垂直于杆件轴线的横向力，或作用与：由垂直于杆件轴线的横向力，或作用与杆轴所在的纵向平面内的一对大小相等、方向相反的杆轴所在的纵向平面内的一对大小相等、方向相反的力偶引起的，表现为杆件的轴线由直线变为曲线。力偶引起的，表现为杆件的轴线由直线变为曲线。组合变形：组合变形：由两种或两种以上的基本变形组合由两种或两种以上的基本变形组合 而成的复杂变形。而成的复杂变形。弯曲变形弯曲变形7.67.6 杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式25刚体静力学中关于平衡的理论和方法能否刚体静力学中关于平衡的理论和方法能否应用于材料力学？应用于材料力学？上述两种情形下对弹性杆的平衡和变形上述两种情形下对弹性杆的平衡和变形将会产生什么影响？将会产生什么影响？26几种变形形式几种变形形式 27第六次作业：第六次作业：7.27.2、7.37.3、7.57.528祝大家学习愉快!本章完！29