材料力学第一章绪论
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第一章绪论第1节材料力学的任务1.材料力学的研究对象与任务复印纸如何能承重?复印纸如何能承重?高层建筑如何确定其立柱和横梁机车转向架为何要用这样的刚材跨海大桥为何要用这样的结构形式高水平公路建设中桥梁的立柱该如何设计材料力学的研究对象构件大致分为杆、板、壳、块体材料力学的研究内容就是杆件的强度、刚度与稳定性。
•强度:材料抵抗破坏的能力。
而破坏可分为:1 )断裂2 )明显的塑性变形当出现这样的破坏,我们大家都知道,是不能继续使用了。
•刚度:抵抗变形的能力。
下图桥梁在小车经过时不会发生过大的变形,因此,我们知道它是可以正常使用的。
桥梁在小车经过时不会发生过大的变形下图桥梁在小车经过时发生了过大的变形,它还能正常使用吗?明显的塑性变形•稳定性:保持稳定的平衡状态的能力。
很高的桥墩如单从强度上考虑,并不需要建造的这么粗,但实际上对受轴向压缩的杆件,还需要考虑稳定性要求。
很高的桥墩还需要考虑稳定性要求第2节材料力学的基本假设1.材料力学的几个重要基本假设(1) 均匀连续性假设材料是均匀连续分布的。
(2) 各向同性假设材料在各个方向的力学性能相同。
(3) 小变形假设材料力学要研究变形、计算变形;变形与构件的原始尺寸相比很小;受力分析按照构件的原始尺寸计算。
如下图,在杆件变形后,应是虚线构成的位置,但材料力学实际计算时,根据小变形假设,仍取原始位置(实线)来计算,因此,可得:小变形第3节杆件变形的基本形式1.杆件变形的基本形式分类材料力学中,根据杆件发生的变形主要可分为以下四类:1. 轴向拉伸或压缩——主要出现在:拉(压)杆轴向拉伸或压缩2. 剪切——一般与其它形式混合出现剪切3. 扭转——主要出现在:轴扭转4. 弯曲——主要出现在:梁弯曲杆件变形的基本形式分类第4节课程的主要内容1.需学习的课程主要理论内容和实验内容1 .理论学习:( 1 )基本部分:•绪论;•轴向拉伸和压缩;•扭转;•弯曲内力;•弯曲应力;•梁弯曲时的位移。
题型:问答题1.1对图1.2a所示钻床,试求n−n截面上的内力。
答案:见习题答案。
解析:采用截面法。
难度:容易能力:知识运用用途:作业,考试,自测知识点:第一章绪论题型:问答题1.2试求图示结构m−m和n−n两截面上的内力,并指出AB和BC两杆的变形属于哪一类基本变形。
答案:见习题答案。
解析:采用截面法。
难度:一般能力:知识运用用途:作业,考试,自测知识点:第一章绪论题型:问答题1.3在图示简易吊车的横梁上,力F可以左右移动。
试求截面1−1和2−2上的内力及其最大值。
答案:见习题答案。
解析:利用平衡方程求支座约束力,利用截面法求指定截面上的内力。
难度:一般能力:知识运用用途:作业,考试,自测知识点:第一章绪论题型:问答题1.4图示拉伸试样上A、B两点的距离l称为标距。
受拉力作用后,用引伸计量出两点距离的增量为Δl=5×10−2 mm。
若l的原长为100 mm,试求A与B两点间的平均线应变εm。
答案:见习题答案。
解析:利用线应变的定义。
难度:容易能力:知识运用用途:作业,考试,自测知识点:第一章绪论题型:问答题1.5图示三角形薄板因受外力作用而变形,角点B垂直向上的位移为0.03 mm,但AB和BC仍保持为直线。
试求沿OB的平均线应变,并求薄板在B点处的切应变。
答案:见习题答案。
解析:利用线应变和切应变的定义。
难度:一般能力:知识运用用途:作业,考试,自测知识点:第一章绪论题型:问答题1.6图示圆形薄板的半径为R,变形后R的增量为ΔR。
若R=80 mm,ΔR=3×10−3 mm,答案:见习题答案。
解析:利用线应变的定义。
难度:一般能力:知识运用用途:作业,考试,自测知识点:第一章绪论题型:问答题1.7取出某变形体在A点的微元体如图中实线所示,变形后的微元体如图中虚线所示。
试求A点的切应变。
答案:见习题答案。
解析:利用切应变的定义。
难度:容易能力:知识运用用途:作业,考试,自测知识点:第一章绪论题型:问答题1.8图示正方形薄板,边长为a AB的平均线应变。
第一章绪论在理论力学中,主要研究了物体在载荷作用下的平衡和运动规律。
但对物体是否能承受载荷,或者说在载荷作用下物体是否会失效这个问题并没有回答,而这是物体平衡和运动的前提。
这个问题正是材料力学所要研究和试图解决的。
在本章则主要讨论材料力学的研究对象和任务,初步建立起变形固体的…些基本概念,为后面的学习打下基础。
第一节变形固体及其理想化由于理论力学主要研究的是物体的平衡和运动规律,因此将研究对象抽象为刚体。
而实际上,任何物体受载荷(外力)作用后其内部质点都将产生相对运动,从而导致物体的形状和尺寸发生变化,称为变形。
例如,橡皮筋在两端受拉后就发生伸长变形;工厂车间中吊车梁在吊车工作时,梁轴线由直变弯,发生弯曲变形。
可变形的物体统称为变形固体。
物体的变形可分为两种:一种是当载荷去除后能恢复原状的弹性变形;另一种是当载荷去除后不能恢复原状的塑性变形。
工程中绝大多数物体的变形是弹性变形,相应的物体称为弹性体。
如果物体的弹性变形大小与载荷成线性关系,则称为线弹性变形,相应的物体材料称为线弹性材料。
大多数金属材料当载荷在一定范围内产生的是线弹性变形。
变形固体的组织构造及其物理性质是十分复杂的,在载荷作用下产生的物理现象也是各式各样的,每门课程根据自身特定的目的研究的也仅仅是某…方面的问题。
为了研究方便,常常需要舍弃那些与所研究的问题无关或关系不大的属性,而保留主要的属性,即将研究对象抽象成•种理想的模型,如在理论力学中将物体看成刚体。
在材料力学中则对变形固体作如下假设:1.连续性假设。
假设物质毫无空隙地充满了整个固体。
而实际的固体是由许多晶粒所组成, 具有不同程度空隙,而且随着载荷或其它外部条件的变化,这些空隙的大小会发生变化。
但这些空隙的大小与物体的尺寸相比极为微小,可以忽略不计,于是就认为固体在其整个体积内是连续的。
这样,就可把某些力学量用坐标的连续函数来表示。
2.均匀性假设。
假设固体内各处的力学性能完全相同。
第一章绪论判断题绪论1、"材料力学是研究构件承载能力的一门学科。
"答案此说法正确2、"材料力学的任务是尽可能使构件安全地工作。
"答案此说法错误答疑材料力学的任务是在保证构件既安全适用又尽可能经济合理的前提下,为构件选择适当的材料、合适的截面形状和尺寸,确定构件的许可载荷,为构件的合理设计提供必要的理论基础和计算方法。
3、"材料力学主要研究弹性范围内的小变形情况。
"答案此说法正确4、"因为构件是变形固体,在研究构件的平衡时,应按变形后的尺寸进行计算。
"答案此说法错误答疑材料力学研究范围是线弹性、小变形,固构件的变形和构件的原始尺寸相比非常微小,通常在研究构件的平衡时,仍按构件的原始尺寸进行计算。
5、"外力就是构件所承受的载荷。
"答案此说法错误答疑外力包括作用在构件上的载荷和支座反力。
6、"材料力学中的内力是构件各部分之间的相互作用力。
"答案此说法错误答疑在外力的作用下,构件内部各部分之间的相互作用力的变化量,既构件内部各部分之间因外力而引起的附加的相互作用力。
7、"用截面法求内力时,可以保留截开后构件的任意部分进行平衡计算。
"答案此说法正确8、"应力是横截面上的平均应力。
"答案此说法错误答疑应力是截面上某点的内力集度,不是整个横截面上的平均值。
9、"线应变是构件中单位长度的变形量。
"答案此说法错误答疑构件中单位长度的变形量是平均线应变。
而线应变是构件内某点沿某方向的变形程度的度量。
10、"材料力学只限于研究等截面直杆。
"答案此说法错误答疑材料力学主要研究等截面直杆,也适当地讨论一些变截面直杆,等截面曲杆。
11、" 切应变是变形后构件内任意两根微线段夹角角度的变化量。
"答案此说法错误答疑切应变是某点处单元体的两正交线段的夹角的变化量。
刘鸿文浙江大学教授。
长期从事固体力学教学工作。
曾任教育部教材编审委员会委员,国家教委(教育部)工科力学课程教学指导委员会主任委员兼材料力学课程教学指导组组长。
著作有:《材料力学》,《高等材料力学》,《板壳理论》,《材料力学教程》,《材料力学实验》,《简明材料力学》等.《材料力学》第二版于1987年被评为全国高等学校优秀教材获国优奖.《材料力学》第三版于1997年获国家级教学成果一等奖,并获国家科技进步二等奖.第一章绪论(Preface)引言(Introduction)§1-1材料力学的任务及研究对象(The tasks and research objects of mechanics of materials)§1-2变形固体的基本假设(The basic assumptions of deformable body )§1-3力、应力、应变和位移的基本概念( Basic concepts of force、stress、strain and displacement)§1-4杆件变形的基本形式(The basic forms of deformation)引言20世纪以前,在力学知识的积累、应用和完善的基础上,逐渐形成和发展起来的蒸汽机、内燃机、铁路、桥梁、舰船、兵器等大型工业推动了近代科学技术和社会的进步.17世纪前后19世纪初扑翼飞机巨大双翼飞机滑翔机飞艇我国祖先的功绩跨度37.02米,全长50.83米世界上最古老的拱桥塔高65.86米,距今已有近前年历史,虽然历经近前年的风雨侵蚀和多次地震、炮击的重创,至今仍巍然耸.用现代力学的观点看,构件的受力特性都较好。
山西应县佛宫寺应县木塔建于1056年20世纪产生的、诸多高新技术,如高层建筑、大跨度悬索桥、海洋平台、精密仪器、机器人、高速列车以及大型水利工程等许多重要工程更是在力学指导下得以实现,并不断发展完善的。