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1、材料力学材料力学我们身边的科学我们身边的科学第1页/共50页材料力学材料力学我们身边的科学我们身边的科学第2页/共50页材料力学材料力学我们身边的科学我们身边的科学第3页/共50页材料力学材料力学我们身边的科学我们身边的科学第4页/共50页p每时每刻人类都不得不同受力物体或结构打交道每时每刻人类都不得不同受力物体或结构打交道 材料力学能成为一门自然科学技术的学科，是人类文明发展积累的成果材料力学能成为一门自然科学技术的学科，是人类文明发展积累的成果从土房、木屋从土房、木屋 到钢铁塔架、钢筋混凝土大厦到钢铁塔架、钢筋混凝土大厦 （住）从人力车、牛马车从人力车、牛马车 到到 火车、汽车、轮船、飞机
2、、火箭火车、汽车、轮船、飞机、火箭 （行）从打猎用的木棍、竹棒从打猎用的木棍、竹棒 到到 用蒸汽或用电动的机器用蒸汽或用电动的机器 （用）受力问题的安全安全？安全与经济安全与经济？p人们生活工作中的一切，无不涉及受力的问题人们生活工作中的一切，无不涉及受力的问题p从工程需要上看，材料力学是必然产物从工程需要上看，材料力学是必然产物材料力学材料力学我们身边的科学我们身边的科学第5页/共50页1.1 1.1 1.1 1.1 材料力学的主要内容材料力学的主要内容材料力学的主要内容材料力学的主要内容1.3 1.3 1.3 1.3 材料力学的主要研究对象材料力学的主要研究对象材料力学的主要研究对象材料力
3、学的主要研究对象1.2 1.2 1.2 1.2 材料力学的基本假定材料力学的基本假定材料力学的基本假定材料力学的基本假定1.4 1.4 1.4 1.4 材料力学的研究方法材料力学的研究方法材料力学的研究方法材料力学的研究方法 第一章第一章第一章第一章 绪绪绪绪 论论论论第6页/共50页F FFF FF F FFF FF1.1.1.工程构件的力学分析工程构件的力学分析工程构件的力学分析工程构件的力学分析工程构件的力学分析工程构件的力学分析 强度强度强度强度强度强度 (strength strength strength)构件抵抗破坏的能力构件抵抗破坏的能力构件抵抗破坏的能力a aab bb裂纹裂
4、纹裂纹裂纹材料力学的结论材料力学的结论材料力学的结论材料力学的结论材料力学的结论材料力学的结论1.1 1.1 材料力学的主要内容材料力学的主要内容材料力学的主要内容材料力学的主要内容材料力学是研究构件构件在外力作用下变形变形和破坏破坏规律的学科内容内容内容内容内容内容-目的目的目的目的目的目的-任务任务任务任务任务任务安全性或承载能力承载能力承载能力承载能力脆性材料脆性材料脆性材料断裂断裂断裂塑性材料塑性材料塑性材料过大塑性变形过大塑性变形过大塑性变形第7页/共50页F FFw ww F FFF FFw wwF FF 强度强度强度强度强度强度 (strength strength streng
5、th)构件抵抗破坏的能力构件抵抗破坏的能力构件抵抗破坏的能力 刚度刚度刚度刚度刚度刚度 (stiffness stiffness stiffness)构件抵抗变形的能力构件抵抗变形的能力构件抵抗变形的能力a aab bb材料力学的结论材料力学的结论材料力学的结论材料力学的结论材料力学的结论材料力学的结论1.1.工程构件的力学分析工程构件的力学分析工程构件的力学分析工程构件的力学分析工程构件的力学分析工程构件的力学分析1.1 1.1 材料力学的主要内容材料力学的主要内容材料力学的主要内容材料力学的主要内容第8页/共50页 强度强度强度强度强度强度 (strength strength stren
6、gth)构件抵抗破坏的能力构件抵抗破坏的能力构件抵抗破坏的能力 刚度刚度刚度刚度刚度刚度 (stiffness stiffness stiffness)构件抵抗变形的能力构件抵抗变形的能力构件抵抗变形的能力 稳定性稳定性稳定性稳定性稳定性稳定性 (stability stability stability)构件构件构件保持原有平衡形态保持原有平衡形态保持原有平衡形态的能力的能力的能力平衡不稳定平衡不稳定平衡不稳定平衡不稳定平衡不稳定平衡不稳定转入另一种平衡形式转入另一种平衡形式转入另一种平衡形式转入另一种平衡形式转入另一种平衡形式转入另一种平衡形式1.1.1.工程构件的力学分析工程构件的力学分
7、析工程构件的力学分析工程构件的力学分析工程构件的力学分析工程构件的力学分析1.1 1.1 材料力学的主要内容材料力学的主要内容材料力学的主要内容材料力学的主要内容 强度强度强度强度强度强度 刚度刚度刚度刚度刚度刚度丧失平衡稳定性丧失平衡稳定性丧失平衡稳定性失稳或屈曲（失稳或屈曲（失稳或屈曲（bucklingbucklingbuckling）第9页/共50页1.1.1.工程构件的力学分析工程构件的力学分析工程构件的力学分析工程构件的力学分析工程构件的力学分析工程构件的力学分析1.1 1.1 材料力学的主要内容材料力学的主要内容材料力学的主要内容材料力学的主要内容保证承载能力并合理解决安全与经济的
8、矛盾保证承载能力并合理解决安全与经济的矛盾内容内容内容内容内容内容-目的目的目的目的目的目的-任务任务任务任务任务任务 强度强度强度强度强度强度 (strength strength strength)刚度刚度刚度刚度刚度刚度 (stiffness stiffness stiffness)稳定性稳定性稳定性稳定性稳定性稳定性 (stability stability stability)强度强度强度强度强度强度 刚度刚度刚度刚度刚度刚度 在保证构件满足强度、刚度和稳定性的要求下，为设计既安全又经济的构件提供必要的理论基础和计算方法。材料力学是研究构件构件在外力作用下变形变形和破坏破坏规律的学科
9、安全性或承载能力承载能力承载能力承载能力第10页/共50页2.2.2.固体力学的基础性概念固体力学的基础性概念固体力学的基础性概念固体力学的基础性概念固体力学的基础性概念固体力学的基础性概念 应力应力应力应力应力应力 应变应变应变应变应变应变 本构关系本构关系本构关系本构关系本构关系本构关系变形体在承受外作用时内部力集度的描述变形体在承受外作用时内部力集度的描述变形体在承受外作用时内部力集度的描述变形体变形体变形体在承受外作用时在承受外作用时在承受外作用时内部变形的描述内部变形的描述内部变形的描述变形体中应力和应变的关系变形体中应力和应变的关系变形体中应力和应变的关系1.1.1.工程构件的力学
10、分析工程构件的力学分析工程构件的力学分析工程构件的力学分析工程构件的力学分析工程构件的力学分析1.1 1.1 材料力学的主要内容材料力学的主要内容材料力学的主要内容材料力学的主要内容JJ 内力内力内力内力内力内力外力作用引起构件内部的附加相互作用力的合力外力作用引起构件内部的附加相互作用力的合力外力作用引起构件内部的附加相互作用力的合力外力作用引起构件内部的附加相互作用力的合力“截面法截面法截面法截面法”构件 Component or Member结构 Structure载荷 Load变形 Deformation第11页/共50页 爱学会学的自觉性爱学会学的自觉性(1)(1)适当记笔记适当记笔
11、记(2)(2)先读书，后做作业，按时交作业先读书，后做作业，按时交作业 作业要求：步骤清晰，作图规范，书写工整，解答正确作业要求：步骤清晰，作图规范，书写工整，解答正确(3)(3)课前要预习，上课要带书，课堂讲授、自学和提问讨论课前要预习，上课要带书，课堂讲授、自学和提问讨论 及测验考试相结合及测验考试相结合(4)(4)上课要集中精力，认真听，积极思考，重点记上课要集中精力，认真听，积极思考，重点记平时成绩、作业、测验(期中)：30-40%。期末成绩：70-60%3.3.材料力学的学习要求材料力学的学习要求材料力学的学习要求材料力学的学习要求2.2.2.固体力学的基础性概念固体力学的基础性概念
12、固体力学的基础性概念固体力学的基础性概念固体力学的基础性概念固体力学的基础性概念1.1.1.工程构件的力学分析工程构件的力学分析工程构件的力学分析工程构件的力学分析工程构件的力学分析工程构件的力学分析1.1 1.1 材料力学的主要内容材料力学的主要内容材料力学的主要内容材料力学的主要内容第12页/共50页1.2 1.2 材料力学的基本假定材料力学的基本假定材料力学的基本假定材料力学的基本假定固体力学研究，其建立的力学模型常以固体力学研究，其建立的力学模型常以“假设假设”的形式提出的形式提出一般在三个层次上建立模型一般在三个层次上建立模型 （力学建模）（力学建模）物质物质(材料材料)的构成模型的
13、构成模型 物质物质(材料材料)的本构模型的本构模型 结构结构(构件构件)的计算模型的计算模型 固体力学固体力学固体力学固体力学(包括材料力学包括材料力学包括材料力学包括材料力学)建模建模建模建模基于基于基于基于基于基于“连续性，均质性连续性，均质性连续性，均质性连续性，均质性连续性，均质性连续性，均质性”假设假设假设假设假设假设基于基于基于基于基于基于“各向同性各向同性各向同性各向同性各向同性各向同性，线弹性线弹性线弹性线弹性线弹性线弹性”假设假设假设假设假设假设 基于基于基于基于基于基于“小变形及理想弹性小变形及理想弹性小变形及理想弹性小变形及理想弹性小变形及理想弹性小变形及理想弹性”假设假
14、设假设假设假设假设 材料性质的假定材料性质的假定材料性质的假定材料性质的假定材料性质的假定材料性质的假定构件变形的假定构件变形的假定构件变形的假定构件变形的假定构件变形的假定构件变形的假定基于基于基于基于基于基于“平截面平截面平截面平截面平截面平截面”假设假设假设假设假设假设 第13页/共50页1.2 1.2 材料力学的基本假定材料力学的基本假定材料力学的基本假定材料力学的基本假定1.1.1.1.1.1.关于材料性质的假定关于材料性质的假定关于材料性质的假定关于材料性质的假定关于材料性质的假定关于材料性质的假定 连续性连续性连续性连续性连续性连续性 (continuity)(continuit
15、y)(continuity)均质性均质性均质性均质性均质性均质性 (uniformity)(uniformity)(uniformity)各向同性各向同性各向同性各向同性各向同性各向同性 (isotropy)(isotropy)(isotropy)第14页/共50页1.1.1.1.1.1.关于材料性质的假定关于材料性质的假定关于材料性质的假定关于材料性质的假定关于材料性质的假定关于材料性质的假定108 m考察的尺度量级：考察的尺度量级：考察的尺度量级：考察的尺度量级：106 m104 m考察的尺度量级：考察的尺度量级：102 m考察的尺度量级：考察的尺度量级：1.2 1.2 材料力学的基本假定
16、材料力学的基本假定材料力学的基本假定材料力学的基本假定 材料力学研究的是巨量物质微粒材料力学研究的是巨量物质微粒的集合的宏观的力学行为。的集合的宏观的力学行为。材料力学研究的是材料力学研究的是 巨量巨量物质物质微粒的集合的微粒的集合的 宏观力学行为 连续性连续性连续性连续性连续性连续性 (continuity)(continuity)(continuity)均质性均质性均质性均质性均质性均质性 (uniformity)(uniformity)(uniformity)第15页/共50页 连续性连续性连续性连续性连续性连续性 (continuity)(continuity)(continuity)
17、均质性均质性均质性均质性均质性均质性 (uniformity)(uniformity)(uniformity)各向同性各向同性各向同性各向同性各向同性各向同性 (isotropy)(isotropy)(isotropy)1.1.1.1.1.1.关于关于关于关于关于关于材料材料材料性质的假定性质的假定性质的假定性质的假定性质的假定性质的假定1.2 1.2 材料力学的基本假定材料力学的基本假定材料力学的基本假定材料力学的基本假定纤维增强复合材料纤维增强复合材料各向异性各向异性各向异性各向异性各向异性各向异性 (anisotropy)(anisotropy)(anisotropy)构件内部力及变形连
18、续构件内部力及变形连续,是空间位置坐标的连续函数是空间位置坐标的连续函数微小部分材性微小部分材性整个构件整个构件大尺寸试件材性大尺寸试件材性构件任何微小部分构件任何微小部分第16页/共50页h hhb bbL LLh hhb bbL LLw wwmaxmaxmax2.2.2.2.2.2.关于构件变形的假定关于构件变形的假定关于构件变形的假定关于构件变形的假定关于构件变形的假定关于构件变形的假定JJJ 二阶微量可以忽略，使问题线性化二阶微量可以忽略，使问题线性化二阶微量可以忽略，使问题线性化二阶微量可以忽略，使问题线性化二阶微量可以忽略，使问题线性化二阶微量可以忽略，使问题线性化w wwmax
19、max max h hh 绝大多数的工程构件都工作在绝大多数的工程构件都工作在绝大多数的工程构件都工作在小变形状态下。小变形状态下。小变形状态下。uuu 小变形假定带来的方便小变形假定带来的方便小变形假定带来的方便叠加原理可应用叠加原理可应用叠加原理可应用uu 变形固体及两种变形变形固体及两种变形弹性变形塑性变形残余变形残余变形 永久变形永久变形载荷除去后能自行消失的变形载荷除去后能自行消失的变形载荷除去后不能自行消失的变形载荷除去后不能自行消失的变形uu 小变形假设小变形假设“理想弹性假设理想弹性假设”第17页/共50页h hhb bbL LLh hhb bbL LLw wwmaxmaxma
20、x2.2.2.2.2.2.关于变形的假定关于变形的假定关于变形的假定关于变形的假定关于变形的假定关于变形的假定uuu 小变形假定带来的方便小变形假定带来的方便小变形假定带来的方便uu 变形固体及两种变形变形固体及两种变形弹性变形塑性变形残余变形残余变形 永久变形永久变形uu 线性弹性小变形线性弹性小变形实际平衡的构形实际平衡的构形进行计算的构形进行计算的构形JJJ 二阶微量可以忽略，使问题线性化，叠加原理可应用二阶微量可以忽略，使问题线性化，叠加原理可应用二阶微量可以忽略，使问题线性化，叠加原理可应用二阶微量可以忽略，使问题线性化，叠加原理可应用二阶微量可以忽略，使问题线性化，叠加原理可应用二
21、阶微量可以忽略，使问题线性化，叠加原理可应用JJJ 可以在未变形的构形中进行力平衡分析与计算可以在未变形的构形中进行力平衡分析与计算可以在未变形的构形中进行力平衡分析与计算可以在未变形的构形中进行力平衡分析与计算可以在未变形的构形中进行力平衡分析与计算可以在未变形的构形中进行力平衡分析与计算w wwmax max max h hh第18页/共50页1.1.1.工程构件的基本类型工程构件的基本类型工程构件的基本类型工程构件的基本类型工程构件的基本类型工程构件的基本类型1.3 1.3 材料力学的主要研究对象材料力学的主要研究对象材料力学的主要研究对象材料力学的主要研究对象第19页/共50页1.1.
22、1.工程构件的基本类型工程构件的基本类型工程构件的基本类型工程构件的基本类型工程构件的基本类型工程构件的基本类型1.3 1.3 材料力学的主要研究对象材料力学的主要研究对象材料力学的主要研究对象材料力学的主要研究对象机器中的传动轴直升机的旋转轴第20页/共50页1.1.1.工程构件的基本类型工程构件的基本类型工程构件的基本类型工程构件的基本类型工程构件的基本类型工程构件的基本类型1.3 1.3 材料力学的主要研究对象材料力学的主要研究对象材料力学的主要研究对象材料力学的主要研究对象第21页/共50页1.1.1.工程构件的基本类型工程构件的基本类型工程构件的基本类型工程构件的基本类型工程构件的基
23、本类型工程构件的基本类型建筑工程中的例子建筑工程中的例子建筑工程中的例子建筑工程中的例子建筑工程中的例子建筑工程中的例子1.3 1.3 材料力学的主要研究对象材料力学的主要研究对象材料力学的主要研究对象材料力学的主要研究对象希腊雅典娜神庙希腊雅典娜神庙希腊雅典娜神庙希腊雅典娜神庙希腊雅典娜神庙希腊雅典娜神庙第22页/共50页1.3 1.3 材料力学的主要研究对象材料力学的主要研究对象材料力学的主要研究对象材料力学的主要研究对象1.1.1.工程构件的基本类型工程构件的基本类型工程构件的基本类型工程构件的基本类型工程构件的基本类型工程构件的基本类型第23页/共50页1.3 1.3 材料力学的主要研
24、究对象材料力学的主要研究对象材料力学的主要研究对象材料力学的主要研究对象1.1.1.工程构件的基本类型工程构件的基本类型工程构件的基本类型工程构件的基本类型工程构件的基本类型工程构件的基本类型第24页/共50页杆杆杆杆杆杆 (bar)(bar)(bar)板板板板板板 (plate plate plate)壳壳壳壳壳壳 (shell)(shell)(shell)体体体体体体 (body)(body)(body)1.1.1.工程构件的基本类型工程构件的基本类型工程构件的基本类型工程构件的基本类型工程构件的基本类型工程构件的基本类型1.3 1.3 材料力学的主要研究对象材料力学的主要研究对象材料力学
25、的主要研究对象材料力学的主要研究对象第25页/共50页轴线轴线轴线轴线轴线轴线横截面横截面轴线轴线横截面横截面轴线轴线横截面横截面斜截面斜截面等截面直杆等截面直杆等截面直杆等截面直杆等截面直杆等截面直杆变截面直杆变截面直杆变截面直杆变截面直杆变截面直杆变截面直杆等截面曲杆等截面曲杆等截面曲杆等截面曲杆等截面曲杆等截面曲杆1.3 1.3 材料力学的主要研究对象材料力学的主要研究对象材料力学的主要研究对象材料力学的主要研究对象分段等截面直杆分段等截面直杆分段等截面直杆分段等截面直杆分段等截面直杆分段等截面直杆轴向轴向轴向轴向轴向轴向横向横向横向横向横向横向1.1.1.工程构件的基本类型工程构件的基
26、本类型工程构件的基本类型工程构件的基本类型工程构件的基本类型工程构件的基本类型2.2.2.材料力学的主要研究对象：杆材料力学的主要研究对象：杆材料力学的主要研究对象：杆材料力学的主要研究对象：杆材料力学的主要研究对象：杆材料力学的主要研究对象：杆不考虑形状大小，用与轴线一致的粗不考虑形状大小，用与轴线一致的粗不考虑形状大小，用与轴线一致的粗不考虑形状大小，用与轴线一致的粗不考虑形状大小，用与轴线一致的粗不考虑形状大小，用与轴线一致的粗实线表示（简化）实线表示（简化）实线表示（简化）实线表示（简化）实线表示（简化）实线表示（简化）第26页/共50页阻止杆件任意方向的移阻止杆件任意方向的移阻止杆件
27、任意方向的移动动动,不阻止杆件绕铰的不阻止杆件绕铰的不阻止杆件绕铰的转动转动转动1.3 1.3 材料力学的主要研究对象材料力学的主要研究对象材料力学的主要研究对象材料力学的主要研究对象固定铰固定铰固定铰固定铰固定铰固定铰 (fixed pin)(fixed pin)(fixed pin)阻止杆件竖直移动阻止杆件竖直移动阻止杆件竖直移动,不阻止不阻止不阻止杆件水平移动和绕铰转动。杆件水平移动和绕铰转动。杆件水平移动和绕铰转动。?固定端固定端固定端固定端固定端固定端 (fixed end)(fixed end)(fixed end)阻止杆件任意方向的阻止杆件任意方向的阻止杆件任意方向的移动移动移动
28、,阻止杆件绕铰的阻止杆件绕铰的阻止杆件绕铰的转动。转动。转动。3.3.3.杆件的支承杆件的支承杆件的支承杆件的支承杆件的支承杆件的支承 (support)(support)(support)形式形式形式形式形式形式移动铰移动铰移动铰移动铰移动铰移动铰 (movable pin)(movable pin)(movable pin)第27页/共50页不能阻止杆件水平移动。不能阻止杆件水平移动。不能阻止杆件水平移动。其它形式的支承其它形式的支承其它形式的支承其它形式的支承其它形式的支承其它形式的支承3.3.3.杆件的支承杆件的支承杆件的支承杆件的支承杆件的支承杆件的支承 (support)(supp
29、ort)(support)形式形式形式形式形式形式1.3 1.3 材料力学的主要研究对象材料力学的主要研究对象材料力学的主要研究对象材料力学的主要研究对象阻止杆件竖直移动和转动阻止杆件竖直移动和转动阻止杆件竖直移动和转动,不能阻止杆件竖直移动。不能阻止杆件竖直移动。不能阻止杆件竖直移动。阻止杆件水平移动和转动阻止杆件水平移动和转动阻止杆件水平移动和转动不能阻止杆件水平移动和竖向移动。不能阻止杆件水平移动和竖向移动。不能阻止杆件水平移动和竖向移动。阻止杆件转动阻止杆件转动阻止杆件转动,第28页/共50页 A AA 其它形式的支承其它形式的支承其它形式的支承其它形式的支承其它形式的支承其它形式的支
30、承3.3.3.杆件的支承杆件的支承杆件的支承杆件的支承杆件的支承杆件的支承 (support)(support)(support)形式形式形式形式形式形式1.3 1.3 材料力学的主要研究对象材料力学的主要研究对象材料力学的主要研究对象材料力学的主要研究对象 阻止杆件转动的支反力偶矩与该处转角阻止杆件转动的支反力偶矩与该处转角阻止杆件转动的支反力偶矩与该处转角 A AA 成正比。成正比。成正比。线弹簧线弹簧线弹簧线弹簧线弹簧线弹簧 支承支承支承支承支承支承角弹簧角弹簧角弹簧角弹簧角弹簧角弹簧 支承支承支承支承支承支承k kkw wwA AAk kk 阻止杆件竖直移动的支反力与该处竖向阻止杆件竖
31、直移动的支反力与该处竖向阻止杆件竖直移动的支反力与该处竖向位移位移位移 w wwA AA 成正比。成正比。成正比。A AA 第29页/共50页按外力作按外力作用的方式用的方式体积力体积力:是连续分布于物体内部各点的力是连续分布于物体内部各点的力如物体的自重和惯性力如物体的自重和惯性力面积力面积力:如油缸内壁的压力，水坝受到的水压如油缸内壁的压力，水坝受到的水压力等均为力等均为分布力分布力若外力作用面积远小于物体表面的尺寸，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。如火车轮可作为作用于一点的集中力。如火车轮对钢轨的压力等对钢轨的压力等按外力作按外力作用时间用时间分布力：分布力
32、：集中力：集中力：静载：静载：动载：动载：缓慢加载（缓慢加载（a0）快速加快速加载（载（a0），或冲击加载），或冲击加载4.4.4.杆件上作用外力杆件上作用外力杆件上作用外力杆件上作用外力杆件上作用外力杆件上作用外力1.3 1.3 材料力学的主要研究对象材料力学的主要研究对象材料力学的主要研究对象材料力学的主要研究对象第30页/共50页材料力学分析计算简图材料力学分析计算简图材料力学分析计算简图材料力学分析计算简图材料力学分析计算简图材料力学分析计算简图1.3 1.3 材料力学的主要研究对象材料力学的主要研究对象材料力学的主要研究对象材料力学的主要研究对象檩条屋面屋架吊车梁厂房柱基础qqFFF
33、FFFFFFFF火车轮轴第31页/共50页5.5.5.杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式拉压拉压拉压拉压拉压拉压 (tension&compression tension&compression tension&compression)扭转扭转扭转扭转扭转扭转 (torsion)(torsion)(torsion)第32页/共50页4.4.4.杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式弯曲弯曲弯曲弯曲弯曲弯曲 (bending bending bendin
34、g)剪切剪切剪切剪切剪切剪切 (shearing shearing shearing)第33页/共50页组合变形组合变形组合变形组合变形组合变形组合变形工程构件往往会同时产生工程构件往往会同时产生工程构件往往会同时产生拉或压、弯曲、扭转等拉或压、弯曲、扭转等P第34页/共50页杆杆杆 (bar)(bar)(bar)轴轴轴 (shaft)(shaft)(shaft)梁梁梁 (beam)(beam)(beam)柱柱柱 (column(column(column)5.5.5.杆件的不同用途和形式杆件的不同用途和形式杆件的不同用途和形式杆件的不同用途和形式杆件的不同用途和形式杆件的不同用途和形式悬臂梁
35、悬臂梁悬臂梁(cantilever)(cantilever)(cantilever)简支梁简支梁简支梁(simple beam)(simple beam)(simple beam)第35页/共50页扭转扭转扭转扭转扭转扭转弯曲弯曲弯曲弯曲弯曲弯曲6.6.6.杆件变形分析的平截面假设杆件变形分析的平截面假设杆件变形分析的平截面假设杆件变形分析的平截面假设杆件变形分析的平截面假设杆件变形分析的平截面假设 (plane assumption(plane assumption(plane assumption)拉压拉压拉压拉压拉压拉压 杆件的横截面在拉压、扭转或弯杆件的横截面在拉压、扭转或弯杆件的横截
36、面在拉压、扭转或弯曲变形过程中始终保持是平面，并始曲变形过程中始终保持是平面，并始曲变形过程中始终保持是平面，并始终保持与轴线垂直。终保持与轴线垂直。终保持与轴线垂直。第36页/共50页 材料力学不仅要考虑构件整体的平衡，还要考虑局部的平衡。材料力学不仅要考虑构件整体的平衡，还要考虑局部的平衡。材料力学不仅要考虑构件整体的平衡，还要考虑局部的平衡。材料力学不仅要考虑构件整体的平衡，还要考虑局部的平衡。材料力学不仅要考虑构件整体的平衡，还要考虑局部的平衡。材料力学不仅要考虑构件整体的平衡，还要考虑局部的平衡。1.4 1.4 材料力学解析材料力学解析材料力学解析材料力学解析(理论理论理论理论)研究
37、方法研究方法研究方法研究方法 力系平衡力系平衡力系平衡力系平衡力系平衡力系平衡 研究构件中的各个力学要素（包括外力和内力；包括力和力偶矩）之间研究构件中的各个力学要素（包括外力和内力；包括力和力偶矩）之间研究构件中的各个力学要素（包括外力和内力；包括力和力偶矩）之间研究构件中的各个力学要素（包括外力和内力；包括力和力偶矩）之间研究构件中的各个力学要素（包括外力和内力；包括力和力偶矩）之间研究构件中的各个力学要素（包括外力和内力；包括力和力偶矩）之间的关系。的关系。的关系。的关系。的关系。的关系。构件整体平衡时，它的任意局部也是平衡的。构件整体平衡时，它的任意局部也是平衡的。构件整体平衡时，它的
38、任意局部也是平衡的。构件整体平衡时，它的任意局部也是平衡的。构件整体平衡时，它的任意局部也是平衡的。构件整体平衡时，它的任意局部也是平衡的。力学分析力学分析力学分析力学分析力学分析力学分析力学分析力学分析力学分析力学分析力学分析力学分析物理分析物理分析物理分析物理分析物理分析物理分析力学分析力学分析力学分析力学分析力学分析力学分析物理分析物理分析物理分析物理分析物理分析物理分析几何分析几何分析几何分析几何分析几何分析几何分析力学分析力学分析力学分析力学分析力学分析力学分析物理分析物理分析物理分析物理分析物理分析物理分析几何分析几何分析几何分析几何分析几何分析几何分析力学分析力学分析力学分析力学
39、分析力学分析力学分析物理分析物理分析物理分析物理分析物理分析物理分析几何分析几何分析几何分析几何分析几何分析几何分析力学分析力学分析力学分析力学分析力学分析力学分析物理分析物理分析物理分析物理分析物理分析物理分析几何分析几何分析几何分析几何分析几何分析几何分析1.1.1.力学分析力学分析力学分析力学分析力学分析力学分析第37页/共50页分析与讨论分析与讨论分析与讨论分析与讨论力的平移定理力的平移定理力的平移定理力的平移定理力的平移定理力的平移定理力学分析中与力学分析中与理论力学理论力学的联系与区别的联系与区别1.4 1.4 材料力学解析材料力学解析材料力学解析材料力学解析(理论理论理论理论)研
40、究方法研究方法研究方法研究方法 第38页/共50页?力系的等效力系的等效力系的等效力系的等效力系的等效力系的等效L LLF FFL LLF LF LF L将梁视为将梁视为将梁视为 刚体刚体刚体刚体刚体刚体 时两者时两者时两者 等效等效等效等效等效等效。将梁视为将梁视为将梁视为 变形体变形体变形体变形体变形体变形体 时两者时两者时两者 不等效不等效不等效不等效不等效不等效。求铰对梁的求铰对梁的求铰对梁的 支反力支反力支反力支反力支反力支反力 时两者时两者时两者 等效等效等效等效等效等效。求梁的求梁的求梁的 内力与变形内力与变形内力与变形内力与变形内力与变形内力与变形 时两者时两者时两者 不等效不
41、等效不等效不等效不等效不等效。分析与讨论分析与讨论分析与讨论分析与讨论力学分析中与理论力学的联系与区别力学分析中与理论力学的联系与区别1.4 1.4 材料力学解析材料力学解析材料力学解析材料力学解析(理论理论理论理论)研究方法研究方法研究方法研究方法 第39页/共50页2.2.2.物理分析物理分析物理分析物理分析物理分析物理分析 研究材料的力学性能，研究构件的力学要素（有时还包括热学要素）研究材料的力学性能，研究构件的力学要素（有时还包括热学要素）研究材料的力学性能，研究构件的力学要素（有时还包括热学要素）研究材料的力学性能，研究构件的力学要素（有时还包括热学要素）研究材料的力学性能，研究构件
42、的力学要素（有时还包括热学要素）研究材料的力学性能，研究构件的力学要素（有时还包括热学要素）与几何要素之间的关系。与几何要素之间的关系。与几何要素之间的关系。与几何要素之间的关系。与几何要素之间的关系。与几何要素之间的关系。材料的力学性能影响构件的强度、刚度和稳定性。材料的力学性能影响构件的强度、刚度和稳定性。材料的力学性能影响构件的强度、刚度和稳定性。材料的力学性能影响构件的强度、刚度和稳定性。材料的力学性能影响构件的强度、刚度和稳定性。材料的力学性能影响构件的强度、刚度和稳定性。荷载与变形量之间的关系荷载与变形量之间的关系荷载与变形量之间的关系 温度变化与应力、变形量之间的关系温度变化与应
43、力、变形量之间的关系温度变化与应力、变形量之间的关系 构件内部应力与应变之间的关系构件内部应力与应变之间的关系构件内部应力与应变之间的关系 约束与应力、变形量之间的关系约束与应力、变形量之间的关系约束与应力、变形量之间的关系材料或构件实验材料或构件实验材料或构件实验1.4 1.4 材料力学解析材料力学解析材料力学解析材料力学解析(理论理论理论理论)研究方法研究方法研究方法研究方法 第40页/共50页物质重叠物质重叠裂纹裂纹变形协调变形协调变形协调变形协调变形协调变形协调3.3.3.几何分析几何分析几何分析几何分析几何分析几何分析构件内部变形应该是协调的构件内部变形应该是协调的构件内部变形应该是
44、协调的构件内部变形应该是协调的构件内部变形应该是协调的构件内部变形应该是协调的 研究构件和结构中各几何要素之间的关系。研究构件和结构中各几何要素之间的关系。研究构件和结构中各几何要素之间的关系。研究构件和结构中各几何要素之间的关系。研究构件和结构中各几何要素之间的关系。研究构件和结构中各几何要素之间的关系。构件中应变和变形量之间的关系构件中应变和变形量之间的关系构件中应变和变形量之间的关系 结构中各构件变形量之间的关系结构中各构件变形量之间的关系结构中各构件变形量之间的关系协调协调协调协调协调协调不协调不协调不协调不协调不协调不协调不协调不协调不协调不协调不协调不协调1.4 1.4 材料力学解
45、析材料力学解析材料力学解析材料力学解析(理论理论理论理论)研究方法研究方法研究方法研究方法 第41页/共50页变形协调变形协调变形协调变形协调变形协调变形协调3.3.3.几何分析几何分析几何分析几何分析几何分析几何分析构件之间变形应该是协调的构件之间变形应该是协调的构件之间变形应该是协调的构件之间变形应该是协调的构件之间变形应该是协调的构件之间变形应该是协调的 研究构件和结构中各几何要素之间的关系。研究构件和结构中各几何要素之间的关系。研究构件和结构中各几何要素之间的关系。研究构件和结构中各几何要素之间的关系。研究构件和结构中各几何要素之间的关系。研究构件和结构中各几何要素之间的关系。构件中应
46、变和变形量之间的关系构件中应变和变形量之间的关系构件中应变和变形量之间的关系 结构中各构件变形量之间的关系结构中各构件变形量之间的关系结构中各构件变形量之间的关系协调协调协调协调协调协调不协调不协调不协调不协调不协调不协调不协调不协调不协调不协调不协调不协调1.4 1.4 材料力学解析材料力学解析材料力学解析材料力学解析(理论理论理论理论)研究方法研究方法研究方法研究方法 第42页/共50页力学分析力学分析力学分析力学分析力学分析力学分析力学分析力学分析力学分析力学分析力学分析力学分析物理分析物理分析物理分析物理分析物理分析物理分析力学分析力学分析力学分析力学分析力学分析力学分析物理分析物理分
47、析物理分析物理分析物理分析物理分析几何分析几何分析几何分析几何分析几何分析几何分析力学分析力学分析力学分析力学分析力学分析力学分析物理分析物理分析物理分析物理分析物理分析物理分析几何分析几何分析几何分析几何分析几何分析几何分析力学分析力学分析力学分析力学分析力学分析力学分析物理分析物理分析物理分析物理分析物理分析物理分析几何分析几何分析几何分析几何分析几何分析几何分析力学分析力学分析力学分析力学分析力学分析力学分析物理分析物理分析物理分析物理分析物理分析物理分析几何分析几何分析几何分析几何分析几何分析几何分析 以以以三类分析为核心三类分析为核心三类分析为核心三类分析为核心三类分析为核心三类分析
48、为核心 材料力学乃至应用力学的解析材料力学乃至应用力学的解析材料力学乃至应用力学的解析(理论理论理论)研究方法研究方法研究方法 1.4 1.4 材料力学解析材料力学解析材料力学解析材料力学解析(理论理论理论理论)研究方法研究方法研究方法研究方法 第43页/共50页研究对象研究对象变形固体(杆件)连续性连续性均匀性均匀性各向同性各向同性小变形小变形外界因素作用外界因素作用弹性变形弹性变形塑性变形塑性变形基本变形基本变形组合变形组合变形轴向拉轴向拉(压压)、剪切、扭转、平面弯曲、剪切、扭转、平面弯曲拉拉(压压)弯、偏心压弯、偏心压(拉拉)、斜弯曲、斜弯曲、弯扭组合弯扭组合任务内容任务内容强度，刚度
49、，稳定性强度，刚度，稳定性安全可靠安全可靠经济实用经济实用总总 结结 在保证构件满足强度、刚度和稳定性的要求下，为设计既安全又经济的构件提供必要的理论基础和计算方法。第44页/共50页思思 考考 题题1.1 何谓构件？确定构件（材料力学）计算简图的原则有哪些？1.2 何谓构件的强度、刚度与稳定性？何谓构件的“强度”要求？1.3 材料力学中的基本假设是什么？为什么要作这些假设？1.4 杆件有几种基本变形形式？各种基本变形的特点是什么？第45页/共50页材料力学材料力学 独立出现可以指导工程设计，解决工程问题独立出现可以指导工程设计，解决工程问题16381638年：年：关于两种新科学的叙述与证明关
50、于两种新科学的叙述与证明伽利略伽利略 Galilei 1564-1642 1564-1642悬臂梁应力分布悬臂梁应力分布简支梁受集中载荷的最大弯矩简支梁受集中载荷的最大弯矩等强度梁截面形状等强度梁截面形状空、实心圆柱抗弯强度比较空、实心圆柱抗弯强度比较力学家与材料力学史力学家与材料力学史力学家与材料力学史力学家与材料力学史第46页/共50页第一部第一部材料力学材料力学出现出现1717世纪以后，技术革命世纪以后，技术革命法国科学家法国科学家 纳维纳维 18261826年著年著材料力学材料力学法国科学家法国科学家 库仑库仑（1736173618061806）通过实验修正了伽利略的错误，提出了最大切