材料力学-绪论课件.ppt

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1、2021/2/6,1,第一章 绪 论,本章内容:1 材料力学的任务2 变形固体的基本假设3 外力及其分类4 内力、截面法和应力的概念5 变形与应变6 杆件变形的基本形式,2021/2/6,2,1.1 材料力学的任务,本节内容:1 基本概念2 材料力学的任务3 材料力学与工程问题4 材料力学的研究方法5 材料力学与理论力学等课程的关系6 教学要求等事宜,2021/2/6,3,理论力学,变形固体,材料力学属固体力学,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。,1 基本概念,构件:,工程结构或机械的各组成部分。,2021/2/6,4,1 基本概念,构件的分类:,杆;,

2、板、壳体;,块体。,构件:工程结构或机械的各组成部分。,对构件的三项基本要求,强度,构件应具有足够的抵抗破坏的能力。,刚度,构件应具有足够的抵抗变形的能力。,2021/2/6,5,刚度,构件应具有足够的抵抗变形的能力。,稳定性,构件应具有足够的保持其原有平衡状态的能力.,2021/2/6,6,2 材料力学的任务,1）研究构件的强度、刚度和稳定性;,2）研究材料的力学性能;3）为合理解决工程构件设计中安全性与经济性之间的矛盾提供力学方面的依据。,3 材料力学与工程问题,大量的工程问题需要用到材料力学的理论和方法。,2021/2/6,7,Space Shuttle Discovery,航空航天工程

3、,2021/2/6,8,飞行器,2021/2/6,9,前起落架锁连杆安装螺栓(销子)发生断裂。,2021/2/6,10,高层建筑,2021/2/6,11,大型桥梁,江阴长江大桥,2021/2/6,12,江阴长江大桥,缆索,2021/2/6,13,江阴长江大桥的缆索,2021/2/6,14,大型桥梁,2021/2/6,15,大型水利工程设施,长江三峡工程,2021/2/6,16,海洋石油钻井平台,2021/2/6,17,4 材料力学的研究方法,理论分析方法探索新理论、新设计、新结构。,实验方法新理论、新设计、新结构的实验研究或验证。实验方法在材料力学中占有重要地位。,计算机方法用计算机和现代计算

4、技术研究材料力学问题。,2021/2/6,18,5 材料力学与理论力学等课程的关系,与理论力学的关系,理论力学中对刚体模型得到的原理和方法,对材料力学中的变形体是否可用?例如:平衡原理与平衡方法;力系的等效与简化。,理论力学是材料力学的基础。理论力学的研究模型是刚体;材料力学的研究模型是变形体。,材料力学的后续课程,2021/2/6,19,材料力学的后续课程,力学测试,机械原理,复合材料力学、,结构力学,弹性力学,疲劳与断裂力学等。,2021/2/6,20,6 教学要求等事宜,材料力学是一门重要的基础课,要学好材料力学必须要下一些功夫。,几条建议:,1、正确理解和掌握基本概念;2、熟练掌握基本

5、定理和公式；3、课后及时看书复习,注意归纳总结；4、认真、及时地完成课后作业；5、有问题及时答疑。,一定要自己做!,2021/2/6,21,作业要求,1 认真画受力图、内力图等;2 书写整洁、条理清楚；3 使用必需的工具尺子、圆规等。,作业的批改,按规定,批改三分之一的作业。每个人的作业都要做，批改三分之一左右的题目。交作业:学号尾数/3的余数。,2021/2/6,22,“缺交作业”,答疑安排,成绩,平时 占 30;期末考试 占 70,参考书,书名均为“材料力学”,1 孙训方 主编;2 单辉祖 主编（北航、西工大、南航）3 范钦珊 主编（清华大学）,等等。,2021/2/6,23,1.2 变形

6、固体的基本假设,在材料力学中,对变形固体作如下假设:,灰口铸铁的显微组织,球墨铸铁的显微组织,1.连续性假设:,认为整个物体所占空间内毫无空隙地充满物质。,2021/2/6,24,2.均匀性假设:,普通钢材的显微组织,优质钢材的显微组织,认为物体内的任何部分,其力学性能相同、均匀分布。,3.各向同性假设:,认为物体在各个不同方向上的力学性能相同。,各向异性,2021/2/6,25,3.各向同性假设:认为物体内在各个不同方向 上的力学性能相同。,4.小变形假设:,认为构件的变形极其微小,比构件本身尺寸要小得多。,2021/2/6,26,2 在变形分析时,可以直线代曲线。,1 在列平衡方程求力时,

7、可忽略变形，仍用,变形前的形状和尺寸。,原始尺寸原理,小变形的要点:,2021/2/6,27,1.3 外力及其分类,外力是外部物体对构件的作用力,包括外加载荷和约束反力。,1.按外力的作用方式分为:,1)表面力:,表面力和体积力,2.按外力是否随时间变化分为:静载荷和动载荷,作用于物体表面上的力。又可分为分布力和集中力。,2)体积力:,连续分布于物体内部各点上的力。如物体的重力和惯性力。,2021/2/6,28,2.按外力是否随时间变化分为:静载荷和动载荷,1）静载荷:,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，称为静载荷。,2）动载荷:,动载荷又可分为:交变载荷和冲击载荷。,

8、载荷随时间而变化。,2021/2/6,29,1.4 内力、截面法和应力的概念,1.内力,内力 由于变形引起的物体内部的附加力。,物体受外力作用后,由于变形，其内部各点均会发生相对位移，因而产生相互作用力。,2021/2/6,30,2.截面法,为求出内力,采用截面法。,变形体内力的特征:(1)连续分布力系;(2)与外力组成平衡力系。,2021/2/6,31,内力的主矢和主矩,以后讲内力,就是指内力主矢和主矩:FR，M。,一般是向截面的形心简化的主矢和主矩。,内力的分量,2021/2/6,32,主矢,主矩,x,y,z,N,T,Qy,Qz,My,Mz,内力的分量,N 轴力;,T 扭矩;,Qy,Qz

9、剪力;,My,Mz 弯矩。,2021/2/6,33,截面法的步骤,1 沿截面假想地截开,留下一部分作为研究对象，弃去另一部分;,2 用作用于截面上的内力代替弃去部分对留下部分的作用;3 对留下部分,列平衡方程求出内力。,2021/2/6,34,几点说明,3 对留下部分,列平衡方程求出内力。,可任取一部分为研究对象;截面通常是指横截面；用平衡条件求内力时,可以作力系等效；内力的方向可以假设。,2021/2/6,35,例 1 钻床 书例(1.1),已知:P。求：截面m-m上的内力。,解:,用截面m-m将钻床截为两部分,取上半部分为研究对象，,受力如图。,列平衡方程:,2021/2/6,36,3.应

10、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,a,C点的应力,应力是矢量。,正应力;,切应力。,2021/2/6,37,p C点的全应力。,应力是矢量。,正应力;,切应力。,应力的单位:,N/m2,Pa(帕斯卡)MPa,GPa,工程单位:,换算关系:,2021/2/6,38,1.5 变形与应变,1.位移,刚性位移;,M,M,变形位移。,2.变形,物体内任意两点的相对位置发生变化。,Dx,Dx+Ds,o,g,取一微正六面体,两种基本变形:,单元体。,角变形。,线段长度的变化,线变形。线段间夹角的变化,M,M,L,N,L,N,2021/2/6,39,两种基本变形:,

11、角变形。,线段长度的变化;线变形。线段间夹角的变化,3.应变,为了度量变形的程度,引入应变的概念。,变形前长为:Dx,变形后长为:Dx+Ds,沿x方向的变形为:Ds,x方向的平均应变:,正应变（线应变）,2021/2/6,40,x方向的平均应变:,M点处沿x方向的应变:,类似地,可以定义:,切应变（角应变）,切应变:变形前互相垂直的两条直线,变形后,M点在xy平面内的切应变为,其直角的改变量。,2021/2/6,41,切应变（角应变）,切应变:变形前互相垂直的两条直线,变形后其直角的改变量。,切应变的单位为弧度。应变和切应变均为无量纲的量。,M点在xy平面内的,切应变为:,2021/2/6,4

12、2,例 2 书例(1.2),已知:薄板的两条边固定,变形后ab,ad仍为直线。求：ab边的m和 ab,ad 两边夹角的变化。,解:,ab,ad 两边夹角的变化:,即为切应变。,2021/2/6,43,1.6 杆件变形的基本形式,材料力学中,主要研究杆件。,轴线为直线的杆:直杆;,轴线为曲线的杆:曲杆;,横截面的大小形状不变的杆:等截面杆;否则:变截面杆。,等截面直杆 等直杆。,2021/2/6,44,在工程结构中,杆件的基本变形有四种形式。,1.拉伸或压缩,2.剪切,2021/2/6,45,3.扭转,4.弯曲,若同时发生几种基本变形,则称为组合变形。,2021/2/6,46,谢 谢 大 家!,