1+第一章+緒論.ppt

1,單輝祖編著,2,課程基本要求（教學(xué)大綱）,對(duì)材料力學(xué)的基本概念和基本的分析方法有明確的認(rèn)識(shí)；具有將一般桿類零構(gòu)件簡(jiǎn)化為力學(xué)簡(jiǎn)圖的初步能力，具有力學(xué)建模的初步概念與能力；能比較熟練地作出桿件在基本變形下的內(nèi)力圖、計(jì)算其應(yīng)力和位移、并進(jìn)行強(qiáng)度和剛度計(jì)算；對(duì)應(yīng)力狀態(tài)理淪和強(qiáng)度理論有明確的認(rèn)識(shí)，并能將其應(yīng)用于組合變形下桿件的強(qiáng)度計(jì)算；理解掌握簡(jiǎn)單超靜定問題的求解方法；對(duì)能量法的有關(guān)基木原理有明確認(rèn)識(shí)，并比較熟練地掌握一種計(jì)算位移的能量方法；對(duì)壓桿的穩(wěn)定性概念有明確的認(rèn)識(shí)，會(huì)計(jì)算軸向受壓桿的臨界載荷與臨界應(yīng)力，并進(jìn)行穩(wěn)定性校核等計(jì)算；理解動(dòng)載荷中的動(dòng)荷系數(shù)和交變應(yīng)力中的疲勞破壞、持久極限等基本概念，會(huì)計(jì)算桿件承受沖擊載荷時(shí)的應(yīng)力和變形；對(duì)于常用材料在常溫下的基本力學(xué)性能及其測(cè)試方法有初步認(rèn)識(shí)；對(duì)于電測(cè)實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析的基本原理、方法和實(shí)驗(yàn)方案有初步認(rèn)識(shí)。,3,基本情況,總學(xué)時(shí)：80617周（本學(xué)期）先修課程：高等數(shù)學(xué)、理論力學(xué)考試方式：平時(shí)成績(jī)期末閉卷考試課外要求：2倍上課時(shí)間進(jìn)行復(fù)習(xí)與作業(yè)答疑時(shí)間作業(yè)：每周一9:00之前交作業(yè)作業(yè)柜：主南一層材料力學(xué)作業(yè)柜注意區(qū)分理論課作業(yè)與試驗(yàn)報(bào)告,4,教師基本情況,姓名：李敏職稱：教授單位：航空科學(xué)與工程學(xué)院固體力學(xué)所電話：82338527(O-mail：limin辦公室：五館A206(校內(nèi)開水房西南側(cè))助教：劉百慧碩士生（五館A202）課代表聯(lián)系方式,5,科學(xué)像一株常青之樹，在實(shí)驗(yàn)室、圖書館和博物館中緩慢生長(zhǎng)，成千上萬的人完成了大量出色的工作，這些人并非具有超常才智，但他們受過良好的訓(xùn)練，掌握了有效的方法并且具有很大的耐心。美國(guó)喬治.薩頓（GeorgeSarton18841956）,參考書:國(guó)內(nèi):孫訓(xùn)方，劉鴻文等，國(guó)外:鐵摩辛柯,我的課程特點(diǎn)你們的學(xué)習(xí)方法,6,第一章緒論,1-2材料力學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史,1-3材料力學(xué)的基本假設(shè),1-1材料力學(xué)的任務(wù)與研究對(duì)象,7,1-1材料力學(xué)的任務(wù)與研究對(duì)象,如何設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)尺寸？,8,9,構(gòu)件：組成機(jī)械與結(jié)構(gòu)的零構(gòu)件，統(tǒng)稱為構(gòu)件。(例證),變形：構(gòu)件尺寸與形狀的變化,彈性變形：外力解除后可消失的變形,塑性變形：外力解除后不能消失的變形,破壞顯著的塑性變形和斷裂。,構(gòu)件與構(gòu)件的力學(xué)響應(yīng),失穩(wěn)原有平衡形式的喪失。,10,重慶綦江彩虹橋,斷裂,11,變形,12,南京電視臺(tái)腳手架失穩(wěn),平衡狀態(tài)的喪失,13,Tacoma海峽新橋,Tacoma海峽大橋1940年破壞,14,經(jīng)濟(jì)性,安全性,15,保證構(gòu)件安全性的指標(biāo),強(qiáng)度構(gòu)件在外力作用下抵抗破壞的能力；,剛度構(gòu)件在外力作用下抵抗變形的能力；,穩(wěn)定性構(gòu)件在外力作用下保持原有平衡形式的能力。,構(gòu)件安全工作的基本要求：具有足夠的強(qiáng)度、剛度與穩(wěn)定性,材料力學(xué)的任務(wù)：(解決安全性與經(jīng)濟(jì)性的矛盾)研究構(gòu)件在外力作用下變形、內(nèi)部受力與破壞的規(guī)律，為合理設(shè)計(jì)構(gòu)件提供強(qiáng)度、剛度與穩(wěn)定性分析的基本理論與方法。,16,合理設(shè)計(jì)解決矛盾的方法,17,材料力學(xué)的研究對(duì)象桿件，簡(jiǎn)單桿系，某些形狀與受力都較簡(jiǎn)單的板殼,桿件：lb,h,18,討論：僅研究桿件，有何意義？,棟梁、骨架、中流砥柱由簡(jiǎn)單到復(fù)雜,19,桿件變形的基本形式,軸向拉伸與壓縮,扭轉(zhuǎn),彎曲,20,桿件的組合變形,壓彎組合,彎扭組合,H,21,材料力學(xué)發(fā)展史反映了人類認(rèn)識(shí)與改造自然的歷史,1-2材料力學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史,從古代人類開始建筑房屋的時(shí)候起，人們就覺察到有必要獲得有關(guān)建筑材料強(qiáng)度的知識(shí)，以便作出決定構(gòu)件安全尺寸的法則。,22,中國(guó)古代有關(guān)材料力學(xué)的應(yīng)用,趙州橋隋朝,試弓定力圖東漢,23,1103年，李誡在營(yíng)造法式大木作制度指出：“凡梁之大小，各隨其廣分為三份，以二份為厚”,24,中國(guó)古代力學(xué)史的啟示自豪：世界文明發(fā)源地之一遺憾：少有完整科學(xué)理論,25,材料力學(xué)在近代的發(fā)展,伽利略像,1638年：材料力學(xué)的開端關(guān)于兩種新科學(xué)的對(duì)話,開創(chuàng)了用實(shí)驗(yàn)觀察假設(shè)邏輯證明與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證形成科學(xué)理論的方法,26,關(guān)于兩種新科學(xué)的對(duì)話,伽利略討論了幾何相似結(jié)構(gòu)物體的強(qiáng)度問題：一個(gè)小型方尖塔、柱子，無論平放或者直立都不會(huì)發(fā)生斷裂的危險(xiǎn)，而那些很大的則在稍微觸動(dòng)下都很容易崩散破碎,27,伽利略總結(jié)：無論是人工的或天然的結(jié)構(gòu)物，都不可能將尺寸增加到非常大；同樣也不可能將船只、宮殿或廟宇造得非常巨大而能使它們的船槳、庭院、梁、鐵螺栓以及其他部件都能結(jié)合在一起；自然界也不能生出異乎尋常的大樹，因?yàn)闃渲υ谄浔旧碇亓孔饔孟率菚?huì)折斷的；因此徜若人的、馬的或其他動(dòng)物的身體高度增加得異常高，那末這些動(dòng)物的骨胳組織就不可能結(jié)合在一起來完成其正常機(jī)能；因?yàn)楦叨仍黾又荒苡奢^平常的骨胳更硬更強(qiáng)力的材料或者借放大骨胳才能達(dá)到目的，這樣會(huì)改變它們的形體，以至使它們的形狀變成一個(gè)怪物。如果縮小一物體的尺寸，該物體的強(qiáng)度并不按同樣比例減小；實(shí)際上物體愈小，它的相對(duì)強(qiáng)度反愈提高。因此，一只小狗也可能在它的背上馱起三只同它一樣大的狗；但是我相信一匹馬就甚至連一匹和它一樣大的馬也馱不起。,28,伽利略討論空心梁的強(qiáng)度：因不須增加重量而能大大提高強(qiáng)度，故在工藝上應(yīng)用很廣。在自然界更為普遍，象這類例子實(shí)在太多。例如鳥類的骨骼和很輕的但能高度抗彎和抗斷裂的各種蘆草稈。一根麥稈所負(fù)載的麥穗較整個(gè)麥桿要重得多，如果麥稈是用同樣多的材料作成實(shí)心形狀，那末它將減低其抗彎和抗斷裂的能力。一根空心槍桿或一根木制或金屬制的管子比同長(zhǎng)度同重量的實(shí)心桿要強(qiáng)得多，這是一個(gè)已在實(shí)際應(yīng)用中被證實(shí)的經(jīng)驗(yàn)。,29,胡克的彈性實(shí)驗(yàn)裝置,1678年：發(fā)現(xiàn)“胡克定律”,雅各布.伯努利，馬略特：得出了有關(guān)梁、柱性能的基礎(chǔ)知識(shí)，并研究了材料的強(qiáng)度性能與其它力學(xué)性能。,庫(kù)倫：得到了梁的彎曲正應(yīng)力和圓桿扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的正確結(jié)果,30,(瑞士)歐拉像,主要研究梁的變形：曲線的變分法，推導(dǎo)出受橫向力的懸臂桿的撓度表達(dá)式關(guān)于柱的承載力，討論了壓桿穩(wěn)定問題，引入了臨界載荷的概念。還研究了大變形問題、變截面梁的問題、具有初始曲率桿的問題。,31,(瑞士)約翰.伯努利像,(意大利)拉格朗日像,提出“虛位移原理”,闡述了“虛功原理”,32,(英國(guó))托馬斯.楊像,(法國(guó))納維像,定義“彈性模量”,研究了扭轉(zhuǎn)問題、梁的彎曲問題、提出了解超靜定問題的位移法1826年，第一本材料力學(xué),33,(法國(guó))泊松像,定義“泊松比”,(法國(guó))圣維南像,研究了扭轉(zhuǎn)和彎曲問題，提出了“圣維南原理”,34,(烏克蘭)鐵摩辛柯像,建立“鐵摩辛柯梁”模型,研究了圓孔附近的應(yīng)力集中問題，梁板的彎曲振動(dòng)問題，薄壁桿件扭轉(zhuǎn)問題，彈性系統(tǒng)穩(wěn)定性問題等,出版了大量力學(xué)教材：材料力學(xué)，高等材料力學(xué)，結(jié)構(gòu)力學(xué)，板殼理論等20多部,35,材料力學(xué)在現(xiàn)代的發(fā)展,19世紀(jì)中葉，鐵路橋梁工程的發(fā)展，大大推動(dòng)了材料力學(xué)的發(fā)展；,當(dāng)時(shí)，材料力學(xué)的主要研究對(duì)象為鋼材；,20世紀(jì)，各種新型材料(復(fù)合材料、高分子材料等)廣泛應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)水平、計(jì)算方法不斷提高；,材料力學(xué)所涉及的領(lǐng)域更加廣闊，它仍在發(fā)展。,36,北航在全國(guó)大學(xué)生力學(xué)（理論力學(xué)和材料力學(xué)）競(jìng)賽贏得的榮譽(yù),37,1-2材料力學(xué)的基本假設(shè),材料力學(xué)研究材料的宏觀力學(xué)行為,材料力學(xué)主要研究鋼材等金屬材料,關(guān)于材料的基本假設(shè)：,連續(xù)性假設(shè)：認(rèn)為材料無空隙地充滿于整個(gè)構(gòu)件。力學(xué)量可以用坐標(biāo)的連續(xù)函數(shù)表示。,均勻性假設(shè)：構(gòu)件內(nèi)每一處的力學(xué)性能相同。通過試樣得到的材料性能可用于構(gòu)件的任何部位。,各向同性假設(shè)：構(gòu)件某一處材料沿各個(gè)方向的力學(xué)性能均相同,38,鑄鐵模具材料的細(xì)觀圖像,39,問題：金屬材料在宏觀、細(xì)觀和微觀是否連續(xù)、均勻與各向同性？,鐵碳合金（0.2C%）,宏觀：連續(xù)，均勻，各向同性；細(xì)觀：非連續(xù)（微缺陷、微孔洞等）；非均勻（微夾雜、晶界等）；各向異性（晶粒方位）；微觀：分子原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的非連續(xù)，非均勻，各向異性。,40,問題：舉例說明均勻與非均勻、各向同性與各向異性的概念。,41,附加的兩個(gè)基本假設(shè),線彈性假設(shè)：物體的變形與外力的關(guān)系是線性的，且外力移除后，變形可恢復(fù)。小變形假設(shè)：物體的變形遠(yuǎn)小于物體的幾何尺寸，在建立方程時(shí)，可以按未變形的位形考慮，并