4章材料力学基本假设和概念.ppt

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1、第四章 材料力学的基本假设和基本概念 第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念材料力学本章介绍本章介绍材料力学的材料力学的任务任务应变应变的概念的概念杆件杆件变形变形的基本形式的基本形式材料力学的材料力学的基本假设基本假设外力外力与与内力内力应力应力的概念的概念第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念材料力学主要内容主要内容内力；内力；变形；变形；强度、刚度、稳定性强度、刚度、稳定性 承载能力承载能力强度、刚度和稳定性强度、刚度和稳定性。构件构件机械或工程结构的每一组成部分机械或工程结构的每一组成部分。变形体变形体研究对象研究对象。4

2、.1 4.1 材料力学的任务材料力学的任务材料力学的任务材料力学的任务第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念材料力学承载能力承载能力 刚度刚度构件在外力作用下抵抗变形的能力。构件在外力作用下抵抗变形的能力。强度强度构件在外力作用下抵抗破坏的能力。构件在外力作用下抵抗破坏的能力。稳定性稳定性构件在外力作用下保持原有平衡形态的能力。构件在外力作用下保持原有平衡形态的能力。材料力学的任务：材料力学的任务：材料力学的任务：材料力学的任务：在满足强度、刚度和稳定性在满足强度、刚度和稳定性的要求下，为设计既经济又安全的构件，提供必的要求下，为设计既经济又安全的构件，提供必要

3、的理论基础和计算方法。要的理论基础和计算方法。第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念材料力学4.2 4.2 材料力学的基本假设材料力学的基本假设材料力学的基本假设材料力学的基本假设1.连续性假设（连续性假设（数学假设数学假设）3.各向同性假设（各向同性假设（物理学假设物理学假设）2.均匀性假设均匀性假设（力学假设）（力学假设）组成固体的物质不留空隙地充满了整个固体的体积。组成固体的物质不留空隙地充满了整个固体的体积。固体内各点处具有相同的力学性能。固体内各点处具有相同的力学性能。各向同性材料各向同性材料：固体材料内沿各个不同方向的：固体材料内沿各个不同方向的力学

4、性能相同。力学性能相同。各向异性材料各向异性材料：固体材料内沿各个不同方向的：固体材料内沿各个不同方向的力学性能不同。力学性能不同。第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念材料力学灰口铸铁灰口铸铁球墨铸铁球墨铸铁球墨铸铁球墨铸铁第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念材料力学普通钢材普通钢材普通钢材普通钢材优质钢材优质钢材优质钢材优质钢材第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念材料力学4.小变形假设（小变形假设（几何假设几何假设）1）材料力学范围内可接受和计算的变形材料力学范围内可接受和计算的变形2）变形

5、远小于构件的尺寸变形远小于构件的尺寸3）在原始构形和尺寸上进行结构在原始构形和尺寸上进行结构分析。分析。ABCF固体受力后的变形比固体的原始尺寸小得多。固体受力后的变形比固体的原始尺寸小得多。第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念材料力学载荷载荷载荷载荷施加在构件上的力，一般指主动力；施加在构件上的力，一般指主动力；施加在构件上的力，一般指主动力；施加在构件上的力，一般指主动力；根据加载形式，载荷可分为：根据加载形式，载荷可分为：集中载荷集中载荷集中载荷集中载荷分布载荷分布载荷分布载荷分布载荷根据时间，载荷可分为根据时间，载荷可分为:静载荷静载荷静载荷静载荷：不

6、随时间变化或缓慢变化：不随时间变化或缓慢变化：不随时间变化或缓慢变化：不随时间变化或缓慢变化 ；动载荷动载荷动载荷动载荷：大小或时间随时间变化。交变载荷、冲击载：大小或时间随时间变化。交变载荷、冲击载：大小或时间随时间变化。交变载荷、冲击载：大小或时间随时间变化。交变载荷、冲击载荷。荷。荷。荷。4.3 4.3 外力与内力外力与内力外力与内力外力与内力表面力表面力表面力表面力体力体力体力体力载荷及其分类载荷及其分类载荷及其分类载荷及其分类1 1、外力、外力、外力、外力载荷与约束力的统称；载荷与约束力的统称；载荷与约束力的统称；载荷与约束力的统称；第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学

7、的基本假设和基本概念材料力学内力内力：由于外部载荷作用引起的内力增量，在截面上连续由于外部载荷作用引起的内力增量，在截面上连续由于外部载荷作用引起的内力增量，在截面上连续由于外部载荷作用引起的内力增量，在截面上连续分布。分布。分布。分布。2 2 内力、截面法内力、截面法内力、截面法内力、截面法F1FnF3F2第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念材料力学内力的主矢和主矩内力的主矢和主矩第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念材料力学截面法截面法:获得内力的常规方法获得内力的常规方法第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的

8、基本假设和基本概念材料力学13 1）切切:将元件切为两部分。将元件切为两部分。2）取取:选取其中任一部分为研究对象。选取其中任一部分为研究对象。3）代代:使用内力代替另一部分的作用力使用内力代替另一部分的作用力4）平平:使作用在选取部分上的各力平衡，得到内力。使作用在选取部分上的各力平衡，得到内力。截面法可以概括为截面法可以概括为4个字：个字：第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念材料力学 工工工工程程程程构构构构件件件件，大大大大多多多多数数数数情情情情形形形形下下下下，内内内内力力力力并并并并非非非非均均均均匀匀匀匀分分分分布布布布，集集集集度度度度的的的的

9、定定定定义义义义不不不不仅仅仅仅准准准准确确确确而而而而且且且且重重重重要要要要，因因因因 为为为为“破破破破 坏坏坏坏”或或或或“失失失失效效效效”往往往往往往往往从从从从内内内内力力力力集集集集度最大处开始。度最大处开始。度最大处开始。度最大处开始。第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念材料力学应力应力:一点处内力的集度，单位面积上的内力。一点处内力的集度，单位面积上的内力。4.4 4.4 应力的概念应力的概念应力的概念应力的概念F1FnF3F2第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念材料力学点点M处的平均应力处的平均应力点点M

10、的应力的应力p应力的定义应力的定义 M M DADF第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念材料力学应力应力p法向分量法向分量正应力正应力切向分量切向分量剪剪(切切)应力应力 分解分解 合成合成pM(Normal Stress)(Normal Stress)(Shearing Stress)(Shearing Stress)第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念材料力学应力的单位应力的单位pM s第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念材料力学xyz 一般情形下，应力与相应内力分量关系如下：一般情形下，

11、应力与相应内力分量关系如下：一般情形下，应力与相应内力分量关系如下：一般情形下，应力与相应内力分量关系如下：MyMzFN-=AAzzxxMMy yA A)d d(s s=AAyyxxMMz zA A)d d(s s=AAxxxxF FNNA Ad ds sxxyxzdA第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念材料力学xyz x x xyxy xzxzd dA AMMx xF Fs sy yF Fszsz A A (xzxzdA)dA)y y MMx x +-A A(xyxyd dA A )z z A A xzxzd dA A F FQ Qz z A A xyxyd

12、 dA A F FQ Qy y第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念材料力学4.5 4.5 应变应变应变应变 xxdxuu+du)(直角改变量直角改变量b ba ag g+=dxduxexxdx第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念材料力学xydxPoint CCDEDEdus问题：问题：“正应变是单位长度的线变形量正应变是单位长度的线变形量”？第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念材料力学4.6 4.6 杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式1.构件分类构件分类杆

13、杆板板壳壳块块第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念材料力学轴线轴线形心形心横截面横截面杆杆纵向尺寸远大于横向尺寸的构件。纵向尺寸远大于横向尺寸的构件。横截面横截面轴线轴线直杆、曲杆直杆、曲杆等直杆等直杆第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念材料力学轴向拉伸轴向拉伸轴向压缩轴向压缩2.杆件变形形式和加载特征杆件变形形式和加载特征轴向载荷轴向载荷外力的合力沿杆件的轴线方向作用。外力的合力沿杆件的轴线方向作用。1）拉伸或压缩拉伸或压缩第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念材料力学剪切载荷剪切载荷两外力等

14、值、反向、平行并稍错开。两外力等值、反向、平行并稍错开。2）剪切剪切第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念材料力学扭转载荷扭转载荷外部力偶矢量平行于轴线外部力偶矢量平行于轴线MM3）扭转扭转第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念材料力学第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念材料力学弯曲载荷弯曲载荷外部力和力偶矢量垂直于轴线。外部力和力偶矢量垂直于轴线。4）弯曲弯曲第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念材料力学第四章第四章 材料力学的基本假设和基本概念材料力学的基本假设和基本概念材料力学复杂载荷复杂载荷5）组合变形组合变形本章完本章完