2022年材料力学期末复习资料.docx
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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载材料力学期末复习资料 一. 材料力学的一些基本概念 1. 材料力学的任务:解决安全牢靠与经济适用的冲突;讨论对象 :杆件 强度 :抗击破坏的才能 刚度 :抗击变形的才能 稳固性 :瘦长压杆不失稳;2. 材料力学中的物性假设 连续性 :物体内部的各物理量可用连续函数表示;匀称性 :构件内各处的力学性能相同;各向同性 :物体内各方向力学性能相同;3. 材力与理力的关系,内力、应力、位移、变形、应变的概念材力与理力: 平稳问题,两者相同;理力:刚体,材力:变形体;内力 :附加内力;应指明作用位置、作用截面、作用方向、和符号规定;应力
2、 :正应力、剪应力、一点处的应力;应明白作用截面、作用位置(点)、作用 方向、和符号规定;压应力正应力 拉应力线应变应变 :反映杆件的变形程度角应变变形基本形式:拉伸或压缩、剪切、扭转、弯曲;4. 物理关系、本构关系 虎克定律;剪切虎克定律:拉压虎克定律:线段的拉伸或压缩;ElPlEA剪切虎克定律:两线段夹角的变化;Gr适用条件:应力应变是线性关系:材料比例极限以内;5. 材料的力学性能(拉压):,三个应力特点点:p、s、b,四个变化阶段:一张 - 图,两个塑性指标 、弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、颈缩阶段;拉压弹性模量 E,剪切弹性模量G,泊松比 v,GEV)(1塑性材料与脆性材料的比较:名
3、师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 44 页精选学习资料 - - - - - - - - - 变形学习必备强度欢迎下载抗冲击应力集中塑性材料流淌、断裂变形明显拉压s的基本相同较好地承担冲击、振动不敏锐脆性无流淌、脆断仅适用承压特别敏锐6. 安全系数、许用应力、工作应力、应力集中系数安全系数 :大于 1的系数,使用材料时确定安全性与经济性冲突的关键;过小,使构 件安全性下降;过大,铺张材料;许用应力 :极限应力除以安全系数;塑性材料sb0sns脆性材料n0bb7. 材料力学的讨论方法 1 所用材料的力学性能:通过试验获得;2 对构件的力学要求:以试验为基础,运用力学及数学分析方
4、法建立理论,猜测理 论应用的将来状态;3截面法:将内力转化成“ 外力”;运用力学原理分析运算;8. 材料力学中的平面假设 查找应力的分布规律,通过对变形试验的观看、分析、推论确定理论依据;1 拉(压)杆的平面假设 试验:横截面各点变形相同,就内力匀称分布,即应力到处相等;2 圆轴扭转的平面假设 试验:圆轴横截面始终保持平面,但刚性地绕轴线转过一个角度;横截面上正应力 为零;3 纯弯曲梁的平面假设 试验:梁横截面在变形后仍旧保持为平面且垂直于梁的纵向纤维;正应力成线性分 布规律;9 小变形和叠加原理 小变形: 梁绕曲线的近似微分方程 杆件变形前的平稳 切线位移近似表示曲线 力的独立作用原理 叠加
5、原理: 叠加法求内力 叠加法求变形;10 材料力学中引入和使用的的工程名称及其意义(概念)1 荷载:恒载、活载、分布荷载、体积力,面布力,线布力,集中力,集中力偶,极限荷载;名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 44 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载2 单元体,应力单元体,主应力单元体;3 名义剪应力,名义挤压力,单剪切,双剪切;4 自由扭转,约束扭转,抗扭截面模量,剪力流;5 纯弯曲, 平面弯曲, 中性层, 剪切中心 (弯曲中心) ,主应力迹线 , 刚架,跨度 , 斜 弯曲,截面核心,折算弯矩,抗弯截面模量;6 相当应力,广义虎克定律,
6、应力圆,极限应力圆;7 欧拉临界力,稳固性,压杆稳固性;8 动荷载,交变应力,疲惫破坏;二. 杆件四种基本变形的公式及应用 1. 四种基本变形 :基本变形截面几何刚度应力公式变形公式备注性质拉伸与压缩面积: A抗拉 压 NlNl留意变截面及刚度 EA 变轴力的情形AEA剪切面积: AQ有用运算法A圆轴扭转极惯性矩抗扭刚度:maxMTmaxd2yMTl)挠度 yI p2dAGIPWpGIP纯弯曲惯性矩抗弯刚度maxMmaxM(xI zy2dAEIZ转角dy dxdx2EIZW Z2. 四种基本变形的刚度,都可以写成(1M(x)EIZ刚度 = 材料的物理常数 截面的几何性质 1 物理常数:某种变形
7、引起的正应力:抗拉(压)弹性模量 E;某种变形引起的剪应力:抗剪(扭)弹性模量 G;2 截面几何性质:取截面面积 A;拉压和剪切:变形是截面的平移:扭转:各圆截面相对转动一角度或截面绕其形心转动:取极惯性矩 I;IZ;梁弯曲:各截面绕轴转动一角度:取对轴的惯性矩3. 四种基本变形应力公式都可写成:内力 应力 = 截面几何性质名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 44 页精选学习资料 - - - - - - - - - 对扭转的最大应力学习必备欢迎下载:截面几何性质取抗扭截面模量W pImax对弯曲的最大应力:截面几何性质取抗弯截面模量WZIZy max4. 四种基本变形的变形
8、公式,都可写成:内力 长度 变形 = 刚度因剪切变形为有用运算方法,不考虑运算变形;弯曲变形的曲率1x)xd2y 2,一段长为l 的纯弯曲梁有:(dxl)Mxl(EIz补充与说明:1、关于“ 拉伸与压缩”指简洁拉伸与简洁压缩,即 拉力或压力与杆的轴线重合;如外荷载作用线不与轴线重合,就成为拉 (压)与弯曲的组合变形问题;杆的压缩问题, 要留意它的长细比(柔度);这里的简洁压缩是指“ 小柔度压缩问题”;2、关于“ 剪切”有用性的强度运算法,作了剪应力在受剪截面上匀称分布的假设;要留意有不同的受 剪截面:a. 单面受剪:受剪面积是铆钉杆的横截面积;b. 双面受剪:受剪面积有两个:考虑整体结构,受剪
9、面积为 为二,受剪面积为销钉截面积;c. 圆柱面受剪:2倍销钉截面积;运用截面法,外力一分受剪面积以冲头直径d为直径,冲板厚度t 为高的圆柱面面积;3. 关于扭转表中公式只有用于圆形截面的直杆和空心圆轴;等直圆杆扭转的应力和变形运算公式可近似分析螺旋弹簧的应力和变形问题是应用杆件基本变形理论解决实际问题的很好例子;4. 关于纯弯曲纯弯曲,在梁某段剪力Q=0 时才发生,平面假设成立;横力弯曲(剪切弯曲)可以视作剪切与纯弯曲的组合,因剪应力平行于截面,弯曲正应力 垂直于截面,两者正交无直接联系,所以由纯弯曲推导出的正应力公式可以在剪切弯曲中 使用;名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页
10、,共 44 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载5. 关于横力弯曲时梁截面上剪应力的运算问题 为运算剪应力,作为初等理论的材料力学方法作了一些奇妙的假设和处理,在懂得矩 形截面梁剪应力公式时,要留意以下几点:1 无论作用于梁上的是集中力仍是分布力,在梁的宽度上都是匀称分布的;故剪应力在宽 度上不变,方向与荷载(剪力)平行;2 分析剪应力沿梁截面高度分布变化规律时,如仅在截面内,有nhbdhQ,因h的函数形式未知,无法积分;但由剪应力互等定理,考虑微梁段左、右内力的平稳,可以得出:QS* Z* S z上,* S z总是正的;Iz b剪应力在横截面上沿高度的变化规
11、律就表达在静矩剪应力公式及其假设:a. 矩形截面 假设 1:横截面上剪应力 与矩形截面边界平行,与剪应力 Q的方向一样;假设 2:横截面上同一层高上的剪应力相等;剪应力公式:ybQS z *y,Iz bSZ(y)(y)y222max3Q3平均2bh2b. 非矩形截面积假设 1: 同一层上的剪应力 力的方向;作用线通过这层两端边界的切线交点,剪应力的方向与剪假设 2:同一层上的剪应力在剪力Q方向上的重量y 相等;剪应力公式:名师归纳总结 yyQS z *y第 5 页,共 44 页Izby - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备2R2欢迎下载* Szy
12、 3y223yy4 3.Q21y22Rmax4平均3c. 薄壁截面假设 1:剪应力 与边界平行,与剪应力谐调;假设 2:沿薄壁 t ,匀称分布;剪应力公式:QS *ztI z学会运用“ 剪应力流” 概念确定截面上剪应力的方向;三. 梁的内力方程,内力图,挠度,转角遵守材料力学中对剪力Q 和弯矩M 的符号规定;在梁的横截面上,总是假定内力方向与规定方向一样,从统一的坐标原点动身划分梁的区间,且把梁的坐标原点放在梁的左端(或右端),使后一段的弯矩方程中总包括前面各段;由:均布荷载q、剪力 Q、弯矩 M、转角 、挠度y 间的关系:EId2yM,dMQ,dQqdx2dxdx有EId3ydMQ(x)EI
13、d4yq(x)dx3dxdx4设坐标原点在左端,就有:名师归纳总结 q :EId4yq, q 为常值B第 6 页,共 44 页dx4Q :EId3yqxAdx3M:EId2yqx2Axdx22- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备qx3A欢迎下载C:EIdyx2Bxdx62y:EIyqx4Ax3Bx2CxD2462其中 A、B、C、D四个积分常数由边界条件确定;例如,如图示悬臂梁:就边界条件为:Q|x000A0l30B0M|xCq 6|xl0y|xly0Dql48ql4qx4EIyql3x2468ql4x08EI截面法求内力方程:内力是梁截面位置的
14、函数,内力方程是分段函数,它们以集中力偶的作用点,分布的起始、终止点为分段点;1 在集中力作用处,剪力发生突变,变化值即集中力值,而弯矩不变;2 在集中力偶作用处,剪力不变,弯矩发生突变,变化值即集中力偶值;3 剪力等于脱离梁段上外力的代数和;脱离体截面以外另一端,外力的符号同剪力符号 规定,其他外力与其同向就同号,反向就异号;4 弯矩等于脱离体上的外力、外力偶对截面形心截面形心的力矩的代数和;外力矩及外 力偶的符号依弯矩符号规章确定;梁内力及内力图的解题步骤:名师归纳总结 1建立坐标,求约束反力;第 7 页,共 44 页2划分内力方程区段;3依内力方程规律写出内力方程;- - - - - -
15、 -精选学习资料 - - - - - - - - - 4学习必备欢迎下载运用分布荷载 q、剪力 Q、弯矩 M的关系作内力图;关系:d2MdQdqx,dMDQxCdQxdxdx2dxdxQDQ CqxdxMMcc规定:荷载的符号规定:分布荷载集度q 向上为正;M 轴向下为正;坐标轴指向规定:梁左端为原点,x 轴向右为正;剪力图和弯矩图的规定:剪力图的Q 轴向上为正,弯矩图的5作剪力图和弯矩图: 无分布荷载的梁段,剪力为常数,弯矩为斜直线;负斜率() ;Q0,M图有正斜率( ) ;Q0,有 有分布荷载的梁段(设为常数),剪力图为一斜直线,弯矩图为抛物线;q0,Q图有负斜率( ), M 图下凹()
16、;q 0,Q图有正斜率() ,M图上凸() ; Q=0的截面,弯矩可为极值; 集中力作用处,剪力图有突变,突变值为集中力之值,此处弯矩图的斜率也突变,弯矩 图有尖角; 集中力偶作用处,剪力图无变化,弯矩图有突变,突变值为力偶之矩; 在剪力为零,剪力转变符号,和集中力偶作用的截面(包括梁固定端截面),确定最大弯矩(M max); 指定截面上的剪力等于前一截面的剪力与该两截面间分布荷载图面积值的和;指定截面 积上的弯矩等于前一截面的弯矩与该两截面间剪力图面积值的和;共轭梁法求梁的转角和挠度:要领和留意事项:1 第一依据实梁的支承情形,确定虚梁的支承情形 2 绘出实梁的弯矩图,作为虚梁的分布荷载图;
17、特殊留意:实梁的弯矩为正时,虚分布荷载 方向向上;反之,就向下;3虚分布荷载qx的单位与实梁弯矩Mx单位相同如为KNm,虚剪4力的单位就为KNm2,虚弯矩的单位是KNm 3由于实梁弯矩图多为三角形、矩形、二次抛物线和三次抛物线等;运算时需要这些图形的面积和形心位置;叠加法求梁的转角和挠度:各荷载对梁的变形的影响是独立的;当梁同时受n种荷载作用时,任一截面的转角和挠度可依据线性关系的叠加原理,等于荷载单独作用时该截面的转角或挠度的代数和;四. 应力状态分析 1. 单向拉伸和压缩名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 44 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必
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