材料力学基础与计算(教材)精选PPT.ppt

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1、材料力学基础与计算材料力学基础与计算(教材教材)1第1页，此课件共35页哦一一:相关相关的概念的概念1.1.力学力学2.2.力学按其研究对象划分力学按其研究对象划分3.3.材料力学的研究内容材料力学的研究内容4.4.材料力学研究的主要对象材料力学研究的主要对象5.5.杆件受力与变形的几种形式杆件受力与变形的几种形式2第2页，此课件共35页哦 1、力学、力学力学物理学的一个分支学科。它是研究物体的机械运动和平衡规律及其应用的。力学力学静力学静力学运动学运动学动力学动力学3第3页，此课件共35页哦2、力学按其研究对象划分、力学按其研究对象划分 力学力学材料力学材料力学理论力学理论力学是应用力学的基

2、础；研究对象是质是应用力学的基础；研究对象是质点、质点系以及刚体和刚体系；点、质点系以及刚体和刚体系；应用微积分、微分方程、矢量分析应用微积分、微分方程、矢量分析等数学工具对牛顿力学作深入的阐等数学工具对牛顿力学作深入的阐述及分析述及分析。4第4页，此课件共35页哦3 3、材料力学的研究内容、材料力学的研究内容材料力学材料力学:主要研究变形体以及变形体受力后发主要研究变形体以及变形体受力后发生的生的“宏观宏观”变形。变形。材料力学可分为两个学科材料力学可分为两个学科:固体力学：研究物体在外力作用下的应固体力学：研究物体在外力作用下的应力、变形和能量。力、变形和能量。材料的力学行为：研究材料在外

3、力和温度材料的力学行为：研究材料在外力和温度作用下所表现出的变形性能和失效行为。作用下所表现出的变形性能和失效行为。5第5页，此课件共35页哦如何有效地设计出构件零部件的合理形状和尺如何有效地设计出构件零部件的合理形状和尺寸呢？使得它们能保证足够的寸呢？使得它们能保证足够的强度强度（strengthstrength）、）、刚度刚度（stiffnessstiffness）、）、稳定稳定性性（stabilitystability）。）。材料力学是工程设计（材料力学是工程设计（engineering engineering designdesign）的重要组成部分。）的重要组成部分。6第6页，此课件

4、共35页哦强度：构件或零部件在确定的外力作用下，强度：构件或零部件在确定的外力作用下，不发生破裂或过量的塑性变形；不发生破裂或过量的塑性变形；刚度：构件或零部件在确定的外力作用下其弹刚度：构件或零部件在确定的外力作用下其弹性变形或位移不超过工程允许范围之内；性变形或位移不超过工程允许范围之内；稳定性：构件或零部件在某种受力形式下，其稳定性：构件或零部件在某种受力形式下，其平衡形式不会发生突然改变。平衡形式不会发生突然改变。7第7页，此课件共35页哦 将外加载荷加载在零部件上，当载荷取将外加载荷加载在零部件上，当载荷取消后物体在载荷之下的变形随之消失了，即消后物体在载荷之下的变形随之消失了，即是

5、是弹性变形弹性变形。如果没有消失，并具有一定的。如果没有消失，并具有一定的变形，但没有破坏，即是变形，但没有破坏，即是塑性变形塑性变形。8第8页，此课件共35页哦4.材料力学研究的主要对象材料力学研究的主要对象杆杆：一个方向的尺度远大于其他两个方面的：一个方向的尺度远大于其他两个方面的尺度的弹性体；尺度的弹性体；板：一个方向的尺度远小于其他两个方面的尺板：一个方向的尺度远小于其他两个方面的尺度，且各处曲率为零的弹性体；度，且各处曲率为零的弹性体；壳：与板大致一样，但至少一处曲率不为零的弹壳：与板大致一样，但至少一处曲率不为零的弹性体；性体；体：三个方向具有相同量级的尺度的弹性体。体：三个方向具

6、有相同量级的尺度的弹性体。9第9页，此课件共35页哦5.杆件受力与变形的几种形式杆件受力与变形的几种形式轴向拉伸（或压缩）轴向拉伸（或压缩）剪切剪切扭转扭转弯曲弯曲10第10页，此课件共35页哦5.1 轴向拉伸（或压缩）轴向拉伸（或压缩）当杆件两端承受沿轴线方向的拉力或压力当杆件两端承受沿轴线方向的拉力或压力载荷时，杆件将产生轴向伸长或压缩变形。载荷时，杆件将产生轴向伸长或压缩变形。11第11页，此课件共35页哦5.2 剪切剪切 在平行于杆横截面的两个相距很近的平面内，在平行于杆横截面的两个相距很近的平面内，方向相对地作用着两个横向力，当这两个力相互错动方向相对地作用着两个横向力，当这两个力相

7、互错动并保持它们之间的距离不变时，杆件将产生剪切变形。并保持它们之间的距离不变时，杆件将产生剪切变形。12第12页，此课件共35页哦5.3 扭转扭转 当作用在杆件上的力组成作用在垂直于杆轴当作用在杆件上的力组成作用在垂直于杆轴平面内的力偶平面内的力偶 Mx Mx 时，将产生扭转变形，即杆件的横时，将产生扭转变形，即杆件的横截面绕其轴相互转动。截面绕其轴相互转动。13第13页，此课件共35页哦5.4 弯曲弯曲 当外加力偶当外加力偶 M M 或外力作用于杆件的纵向平面内或外力作用于杆件的纵向平面内时，杆件将发生弯曲变形，其轴线将变成曲线。时，杆件将发生弯曲变形，其轴线将变成曲线。14第14页，此课

8、件共35页哦5.5 组合受力与变形组合受力与变形 由两种或两种基本受力形式组成的组合受力由两种或两种基本受力形式组成的组合受力产生的变形。如拉伸和弯曲变形等。产生的变形。如拉伸和弯曲变形等。15第15页，此课件共35页哦二二:材料力学常用的几种分析方法材料力学常用的几种分析方法1.1.内力分析内力分析2.2.正、切应力分析正、切应力分析3.3.位移分析位移分析4.4.强度失效分析与设计准则强度失效分析与设计准则16第16页，此课件共35页哦1.内力分析内力分析内力有以下几种：内力有以下几种：轴力（产生轴向拉伸与压缩）轴力（产生轴向拉伸与压缩）剪力（使杆件产生剪切变形）剪力（使杆件产生剪切变形）

9、扭矩（使杆件产生扭转变形）扭矩（使杆件产生扭转变形）弯矩（使杆件产生弯曲变形）弯矩（使杆件产生弯曲变形）17第17页，此课件共35页哦1.1 内力分析实例内力分析实例 根据弹性体平衡原理根据弹性体平衡原理,运用截面法运用截面法来分析弹性体的内力状况。来分析弹性体的内力状况。18第18页，此课件共35页哦1.1 内力分析实例内力分析实例 根据弹性体平衡原理根据弹性体平衡原理,运用截面法来分析弹运用截面法来分析弹性体的内力状况。性体的内力状况。平衡微分方程：平衡微分方程：即即:也即也即:对其进行求导对其进行求导得平衡微分方程得平衡微分方程:19第19页，此课件共35页哦2.应力分析应力分析应力有以

10、下几种：应力有以下几种：正应变或线应变（正应力）正应变或线应变（正应力）切应变（切应力）切应变（切应力）正应力正应力:切应力切应力:正应变正应变:切应切应变变:20第20页，此课件共35页哦正应变或线应变（正应力）正应变或线应变（正应力）切应变（切应力）切应变（切应力）21第21页，此课件共35页哦3.位移分析位移分析位移位移:弹性体受力变形后位置的微观改变。弹性体受力变形后位置的微观改变。位移有以下几种：位移有以下几种：挠度（挠度（）：横截面形心处的铅垂位移；）：横截面形心处的铅垂位移；转角（转角（）：横截面相对于变形前的位置绕中）：横截面相对于变形前的位置绕中 性轴转性轴转过的角度；过的角

11、度；水平位移（水平位移（u u）：横截面形心沿水平方向的位移。）：横截面形心沿水平方向的位移。22第22页，此课件共35页哦3.位移分析位移分析挠度方程：挠度方程：在小变形条件下，由于在小变形条件下，由于 很小，很小，挠度方程：挠度方程：23第23页，此课件共35页哦4.1.1 失效的基本概念失效的基本概念失效：当材料发生屈服或断裂时都会丧失正常功能，这种失效：当材料发生屈服或断裂时都会丧失正常功能，这种现象称为失效。现象称为失效。对于脆性材料，在单向应力状态下，其失效形式为断裂，对于脆性材料，在单向应力状态下，其失效形式为断裂，故失效判据为：故失效判据为：对于韧性材料，在单向应力状态下，其失

12、效形式为断对于韧性材料，在单向应力状态下，其失效形式为断裂，与脆性材料判断依据一致；如果将屈服作为失裂，与脆性材料判断依据一致；如果将屈服作为失效，则有：效，则有：24第24页，此课件共35页哦4.1.2失效形式：失效形式：失效形式有以下几种：失效形式有以下几种：强度失效：材料屈服或断裂引起的失效；强度失效：材料屈服或断裂引起的失效；刚度失效：构件过量的弹性变形引起的失效；刚度失效：构件过量的弹性变形引起的失效；屈曲失效：构件平衡构形的突然转变而引起的失效；屈曲失效：构件平衡构形的突然转变而引起的失效；疲劳失效：交变应力作用发生断裂而引起的失效；疲劳失效：交变应力作用发生断裂而引起的失效；蠕变

13、失效：在一定的温度和应力作用下，应变随时间的增加而增加，蠕变失效：在一定的温度和应力作用下，应变随时间的增加而增加，最终导致构件的失效；最终导致构件的失效；应力松弛失效：在一定的温度作用下，应变保持不变，应力随应力松弛失效：在一定的温度作用下，应变保持不变，应力随时间而降低，从而导致失效。时间而降低，从而导致失效。25第25页，此课件共35页哦4.1.3 主要的强度失效形式：主要的强度失效形式：大量实验结果表明，材料在常温、静载作大量实验结果表明，材料在常温、静载作用下主要发生两种形式的强度失效：一种是屈用下主要发生两种形式的强度失效：一种是屈服；另一种是断裂。服；另一种是断裂。26第26页，

14、此课件共35页哦4.2.1 设计准则：设计准则：设计准则有以下几种：设计准则有以下几种：屈服准则（最大切应力准则和畸变密度准则）屈服准则（最大切应力准则和畸变密度准则）断裂准则（最大拉应力准则）断裂准则（最大拉应力准则）莫尔准则莫尔准则27第27页，此课件共35页哦4.2.2 最大切应力准则：最大切应力准则：最大切应力准则认为：最大切应力准则认为：无论材料处于什么应力状态，只要发生屈无论材料处于什么应力状态，只要发生屈服（或剪断），其共同原因都是由于微元内的最服（或剪断），其共同原因都是由于微元内的最大切应力大切应力 达到了某个共同的极限值达到了某个共同的极限值 。相应的设计准则：相应的设计准

15、则：其中，其中，为许用应力；为许用应力；为安全系数。为安全系数。此准则适用于低强化韧性材料。此准则适用于低强化韧性材料。28第28页，此课件共35页哦4.2.3 最大拉应力准则：最大拉应力准则：最大拉应力准则认为：最大拉应力准则认为：无论材料处于什么应力状态，只要发生脆无论材料处于什么应力状态，只要发生脆性断裂，其共同原因都是由于微元内的最大拉应性断裂，其共同原因都是由于微元内的最大拉应力力 达到了某个共同的极限值达到了某个共同的极限值 。相应的设计准则：相应的设计准则：其中，其中，为材料的强度极限；为材料的强度极限；为安全系数。为安全系数。此准则适用于脆性材料。此准则适用于脆性材料。29第2

16、9页，此课件共35页哦4.2.4 莫尔准则：莫尔准则：莫尔准则认为：莫尔准则认为：任何应力状态所对应的应力圆如果与极限曲线任何应力状态所对应的应力圆如果与极限曲线相接触，材料便产生屈服和断裂。相接触，材料便产生屈服和断裂。30第30页，此课件共35页哦三三:关于材料力学的其他若干问题关于材料力学的其他若干问题1.1.疲劳问题疲劳问题2.2.超静定问题超静定问题31第31页，此课件共35页哦1.疲劳失效问题：疲劳失效问题：疲劳失效：疲劳失效：结构的构件或机械、仪表的零部件在交变应力结构的构件或机械、仪表的零部件在交变应力作用下发生的失效，成为疲劳失效，简称疲劳。作用下发生的失效，成为疲劳失效，简

17、称疲劳。32第32页，此课件共35页哦2.1超静定问题：超静定问题：静定问题：静定问题：在静定学问题中，若未知力（外力或内力）在静定学问题中，若未知力（外力或内力）的个数等于独立的平衡方程数目，则仅由平衡方的个数等于独立的平衡方程数目，则仅由平衡方程即可解出全部未知力，这类问题即静定问题。程即可解出全部未知力，这类问题即静定问题。超静定问题：超静定问题：若未知力的个数超过独立的平衡方程的数目，若未知力的个数超过独立的平衡方程的数目，仅由平衡方程是无法确定所有力的，此类问题即仅由平衡方程是无法确定所有力的，此类问题即为超静定问题或静不定问题。为超静定问题或静不定问题。33第33页，此课件共35页

18、哦2.2 超静定结构：超静定结构：超静定结构：超静定结构：超静定结构是在静定结构上继续增加一个或超静定结构是在静定结构上继续增加一个或多个约束，这些约束对于特定的工程是必要的，多个约束，这些约束对于特定的工程是必要的，但对于保证结构平衡和几何不变性确是多余的。但对于保证结构平衡和几何不变性确是多余的。解决超静定问题方法：解决超静定问题方法：如果有一多余约束，即一次超静定问题，除平如果有一多余约束，即一次超静定问题，除平衡方程之外，我们还需增加一几何微量变形方程：衡方程之外，我们还需增加一几何微量变形方程：变形协调方程，并建立力与位移或变形之间的物理变形协调方程，并建立力与位移或变形之间的物理关系，即本构方程。关系，即本构方程。34第34页，此课件共35页哦T Thanks a million!hanks a million!制作:李嘉宁CA-ATM2006/08/1335第35页，此课件共35页哦