01第一章-绪论.ppt

Page1,自 我 介 绍,姓 名： 孙苏亚 办 公 室： 主南103 联系方式： 82317508 (O),Page2,注 意 事 项,一、作业：每人准备两个作业本； 每周一5:00之前交作业。 地点：主南103材料力学教研室 二、答疑时间：周二中午12:001:00， 地点：主南103； 平时可以和老师预约答疑。 三、考试：作业10%，期末90%，小论文加(520分). 四、参考书： 其它教材：材料力学(范钦珊，孙训方，刘鸿文等) 课外：力学史(武际可)，材料力学史漫话 (老亮),Page3,§1-3 外力与内力,§1-4 正应力与切应力,§1-5 正应变与切应变,第一章 绪 论,§1-1 材料力学的任务与研究对象,§1-2 材料力学的基本假设,Page4,材料力学 是一门研究构件承受载荷能力的科学。,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。,研究构件受力以后的变形和破坏的规律,Page5,力 学,固体 流体,刚体,变形体,理想流体,粘性流体,可压缩流体,静力学,运动力学,材料力学,弹性力学,塑性力学,运动学,动力学,Page6,根据问题的特点建立力学模型 应用数学方法描述客观规律 应用数学工具得到解决问题的方法,研 究 方 法,理论力学研究物体机械运动一般规律的科学,材料力学研究物体承受载荷的能力的科学,（质点、刚体）,（变形体）,Page7,弹性体: 受载后发生变形, 外载卸除后, 变形随之消失。,刚体、变形体、弹性体的概念,材料力学主要研究的是弹性杆件,刚 体: 不变形的物体。 受载后各质点无相对变化。,变形体: 受载变形的物体, 受载后各质点有相对变化。,Page8, 力学在工程中的应用,赵州桥隋朝,Page9,土木建筑,Page10,斗 拱,1103年，李诫在营造法式大木作制度指出： “凡梁之大小，各随其广分为三分，以二分为厚”,Page11, 材料力学在近代的发展,伽利略像,1638年：材料力学的开端 关于两种新科学的对话,提出了梁强度的计算公式,开创了用系统科学实验与观察的方法进行研究,Page12,胡克的弹性实验装置,1678年： 发现“胡克定律”,雅各布.伯努利，马略特： 得出了有关梁、柱性能的基础知识，并研究了材料的强度性能与其它力学性能。,库伦： 修正了伽利略、马略特关于梁理论中的错误，得到了梁的弯曲正应力和圆杆扭转切应力的正确结果,Page13,(瑞士)欧拉像,主要研究梁的变形： 曲线的变分法，推导出受横向力的悬臂杆的挠度表达式 关于柱的承载力，讨论了压杆稳定问题，引入了临界载荷的概念。 还研究了大变形问题、变截面梁的问题、具有初始曲率杆的问题。,Page14,(乌克兰)铁摩辛柯像,建立“铁摩辛柯梁”模型,研究了圆孔附近的应力集中问题，梁板的弯曲振动问题，薄壁杆件扭转问题，弹性系统稳定性问题等,出版了大量力学教材：材料力学， 高等材料力学， 结构力学， 板壳理论等20多部,Page15, 材料力学在现代的发展,19世纪中叶，铁路桥梁工程的发展，大大推动了材料力学的发展；,当时，材料力学的主要研究对象为钢材；,20世纪，各种新型材料(复合材料、高分子材料等)广泛应用，实验水平、计算方法不断提高；,材料力学所涉及的领域更加广阔，它仍在发展。,Page16,长江三峡工程,Page17,海洋石油钻井平台,Page18,美国“西奥多·罗斯福”号航母,波音737飞机,Page19,航空母舰,Page20,Page21,Page22,Page23,北航人的成果与材料力学的应用,“北京一号” ，新中国第一架轻型旅客机，1958年首飞成功，是北航师生研制的第一项重大成果。,Page24,“北京二号”探空火箭，中国第一枚高空探空火箭，被誉为“亚洲第一箭” 58年由北航师生研制成功。,Page25,“无侦五”，1981年由北航交付部队使用，为填补我国航空工业空白的小推力涡轮喷气发动机及国内第一套遥控遥测信标三合一地面控制站和机载设备,Page26,北航研制的共轴式单人单座直升机，97年8月试飞成功，我国第一架自行研制的共轴式有人直升机。,Page27,构件：组成机械与结构的零构件，统称为构件,变形：构件尺寸与形状的变化,弹性变形：外力解除后可消失的变形,塑性变形：外力解除后不能消失的变形,破坏显著的塑性变形和断裂。,§1-1 材料力学的任务与研究对象,构件与构件的力学响应,失稳原有平衡形式的丧失。,Page28,构件的承载能力：,强度(strength)构件在外力作用下抵抗破坏的能力；,刚度(stiffness)构件在外力作用下抵抗变形的能力；,稳定性(stability)构件在外力作用下保持原有平衡形式的能力。,构件安全工作的基本要求： 具有足够的强度、刚度与稳定性,材料力学的任务： 研究构件在外力作用下变形、内部受力与破坏的规律，为合理设计构件提供强度、刚度与稳定性 分析的基本理论与方法。,Page29,强度：构件抵抗破坏的能力,strength,刚度：构件抵抗变形的能力,stiffness,稳定性：构件保持原有平衡形式的能力,stability,Page30,强度问题,重庆綦江彩虹桥,Page31,强度问题,Page32,前起落架锁 连杆安装螺 栓(销子)意 外断裂。,强度问题,Page33,刚度问题,Page34,刚度问题,Tacoma 海峡大桥 ( 美国Tacoma市 ),Tacoma 海峡新桥,因设计不良1940年破坏,Page35,Tacoma 海峡大桥1940年破坏,Page36,Page37,稳定问题,Page38,毁坏的高压电线塔,稳定性问题,Page39,稳定性问题,南京电视台脚手架失稳,Page40,稳定问题,爱国者导弹战车,Page41,强度、刚度、稳定性问题,Page42,强度、刚度和 稳定问题,Page43,吊 车,Page44,地铁车站,Page45,码头吊塔,Page46, 材料力学的研究对象：变形固体,体(body),板(plate),杆(bar/rod), 材力的主要研究对象是杆，以及由杆组成的简单杆系， 同时也研究一些形状与受力均比较简单的板与壳。,Page47, 材料力学的研究对象,杆件：,Page48, 材料力学研究材料的宏观力学行为, 材料力学主要研究钢材等金属材料,关于材料的基本假设：, 连续性假设：认为材料无空隙地充满于整个构件。 力学量可以用坐标的连续函数表示。, 均匀性假设：构件内每一处的力学性能相同。 通过试样得到的材料性能可用于构件的任何部位。, 各向同性假设：构件某一处材料沿各个方向的力 学性能均相同,§1-2 材料力学的基本假设,Page49,一、外力,§1-3 外力与内力,Page50,集 中 力,Page51,分 布 力,Page52,内力的求法：截面法,内力：构件内部相连各部分之间有相互作用力。,二、内力与截面法,Page53, 内力的分类：,(normal force)轴力：FN (shearing force)剪力：FS (torque)扭矩：Mx (bending moment)弯矩：My， Mz,截面法求内力的步骤： 1、沿某一截面切开，得到分离体； 2、对某一分离体列平衡方程，求得内力。,例：均质杆，考虑自重，密度为，横截面积为A，求杆距底端x处截面的内力。,l,x,Page54,截面法求内力的步骤,平衡方程：,1、用假想截面将杆件切开，得到分离体； 2、画分离体受力图，内力用分量表示； 3、对分离体建立平衡方程，求得内力。,Page55,1、截面法求内力是根据平衡方程，与材料属性无关； 2、内力与所处截面有关，不同的截面，内力不同； 3、内力是作用在切开截面上的连续分布力，利用平衡方程求出的是内力的合力或合力矩。,注意：,例：求下面两种情况下，1-1和2-2截面上的内力。,Page56,三、杆件（按受力与变形）分类,杆,轴,梁,Page57,§1-4 正应力与切应力,K点的应力：,正应力：,切应力：,A内平均应力：,Page58,应力特点,1. 应力是矢量 2. 同一横截面上，不同点处的应力一般不同 3. 过同一点，不同方位截面上的应力一般不同,Page59,棱边长度改变,棱边夹角改变,§1-5 正应变与切应变,变形的分类,Page60,正应变定义,ab线段的平均正应变,a点沿ab方向的正应变,切应变定义,直角bac的改变量直角bac的切应变,正应变特点:,正应变是无量纲量 过同一点，不同方位的正应变一般不同,切应变为无量纲量 切应变单位为 rad,