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。实际上，工程材料的力学性能都有一定程度的非均匀性，例如组成金属的各晶粒力学性能不尽相同，组成混凝土材料的水泥、砂和碎石的力学性能也各不相同。但由于这些组成物质的大小和物体尺寸相比很小，而且是随机排列的，因此从宏观上看，可以将物体性能看作各组成部分性能的统计平均量，并认为物体的力学性能是均匀的。这样，物体的任一部分的力学性能就可代表整体的力学性能。
3.各向同性假设。假设固体在各个方向的力学性能完全相同。就金属材料来说，单个晶粒的性能是有方向的，但由于金属材料包含数量极多的晶粒，且又随机排列，因此从统计观点看，其力学性能在各个方向是相同的。具有这种属性的材料称为各向同性材料，如铸钢、铸铁、玻璃、塑料等，混凝土材料也经常看作各向同性材料。
在工程实际中，还经常有些材料在不同的方向具有不同的力学性能，称为各向异性材料, 如木材、胶合板和某些纤维复合材料等。有些材料既不是完全各向同性，也非完全各向异性, 而是在相互正交的方向具有相同的力学性能，称为正交各向异性材料，如胶合板等。在本书中，主要讨论各向同性材料，同时为拓宽知识面，在某些章节涉及一些各向异性材料。
4.小变形假设。如果固体的变形较之其尺寸小得多，这种变形称为小变形。在工程中多数物体只发生弹性变形，相对于物体的原始尺寸来说，这些弹性变形是微小的，因此多属于小变形情况。在小变形情况下，研究物体的静力平衡等问题时，均可略去这种小变形，而按原始尺寸
计算，从而使计算大为简化。但需注意的是在分析物体的变形规律时，这种微小的变形不能忽略。
第二节构件的基本类型
机械或工程结构的各组成部分，如机器的齿轮、传动轴等，建筑物的梁、柱、板、墙等，，统称为构件。构件一般由变形固体制成。根据几何形状的不同，构件可分为四类：
1.杆。空间一个方向的尺寸（长度）远大于其它两个方向的尺寸，这种构件称为杆或杆件（图1-1） o垂直于杆件长度方向的截面称为杆的横截面，横截面形心的连线称为杆的轴线
（图1-la）。轴线为直线的杆称为直杆（图1-la）,轴线为曲线的杆称为曲杆（图1-lb）。
各个横截面都相同的杆称为等截面杆（l-la,b图）,否则称为变截面杆（图1-lc）。横截面大小和形状不变的直杆称为等直杆（图1-la）o工程上常见的很多构件都可以简化为杆，如梁、柱、连杆、传动轴等，而且大多为等直杆。
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2.板。空间一个方向的尺寸（厚度）远小于其它两个方向的尺寸，且各处曲率均为零，这种构件称为板（图l-2a） o平分厚度的面称为中面。房屋楼板可简化为板。
3.壳。空间「-个方向的尺寸远小于其它两个方向的尺寸，且至少有••个方向的曲率不为零，这种构件称为壳（图l-2b）。有些建筑物的屋顶和压力容器等可简化为壳。
图1-2
4.块。空间三个方向的尺寸相差不很大的构件称为块或块体（图l-2c） o例如机器底座，大坝坝体等可简化为块体。
第三节杆件变形的基本形式
杆件在各种形式的外力作用下，其变形形式是多种多样的。但归纳起来不外是某…种基本变形或几种基本变形的组合。杆的基本变形可分为：
1.轴向拉伸或压缩。直杆受到一对大小相等、方向相反、作用线与轴线重合的外力作用时，杆件的变形主要是轴线方向的伸长或缩短，这种变形称为轴向拉伸或压缩，如图1-3所示。托架的拉杆和压杆（图1-3）、内燃机中的连杆（图2-3a）、桁架的杆件（图2-3b）、液压油缸的活塞杆、起吊重物的钢丝绳等的变形，都属于这种情况。主要发生拉伸（压缩）变形的杆件称为拉（压）杆。
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PA 1-3
2.剪切。杆件受到一对大小相等、方向相反、作用线相互平行且相距很近的外力作用时, 杆件的变形主要是两部分沿外力作用方向发生相对错动，这种变形称为剪切，如图1-4所示。机械中常用到的联接件，如螺栓、键、销钉等的变形，都属于这种情况。
3.扭转。杆件受到…对大小相等、方向相反、作用面垂直于轴线的力偶作用时，杆的变形主要是任意两个横截面发生绕轴线的相对转动，这种变形称为扭转，如图1-5所示。钻探机的钻杆（图2-7a）、机器中的传动轴（图2-7b）、水轮机的主轴等的变形，都属于这种情况。主要发生扭转变形的杆件称为轴。
