哈工程力学基础第1章bkku.pptx

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1、材材 料料 力力 学学哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院航天与建筑工程学院第一章第一章 绪论绪论1.1材料力学的任务材料力学的任务1.2构件强度、刚度、稳定性概念构件强度、刚度、稳定性概念1.3材料的基本假设材料的基本假设1.4小变形限制条件小变形限制条件1.5内力内力1.6应力应力1.7位移、变形和应变位移、变形和应变1.8构件基本变形形式构件基本变形形式力力学学与与数数学学、物物理理、化化学学、天天文文、地地理理、生生物物并并列列为为七大基础学科。七大基础学科。力学课程力学课程应该是工程类专业学生的应该是工程类专业学生的必修课必修课。力力学学的的发发展展源源远远流流长长。202

2、0世世纪纪前前，机机械械工工业业、大大水水利利工工程程、大大跨跨度度桥桥梁梁、铁铁路路与与机机车车、船船舶舶、兵兵器器等等近近代代工工业业，无无一一不不是是在在力力学学知知识识积积累累和和完完善善的的基基础础上上产产生生与与发发展展起起来来的的。例例如如，高高新新技技术术领领域域中中的的航航空空航航天天技技术术(包包括括人人类类登登月月、建建立立空空间间站站、航航天天飞飞机机和和卫卫星星测测控控)主主要要靠靠力力学学而而发发展展。一一架架载载客客400400人人的的波波音音747747飞飞机机，其其质质量量超超过过100t100t，这这样样的的庞庞然然大大物物，竟竟然然可可以以自自由由翱翱翔翔

3、于于空空中中，是是得得益益于于近近代代空空气气动动力力学学的的成成就就；在在飞飞机机遇遇到到不不稳稳定定气气流流时时，其其机机翼翼能能够够克克服服上上下下颤颤动动，确确保保航航行行安安全全，则则是是固固体体力力学学和和结结构构力力学学的的成成就就；客客机机跨跨海海越越洋洋，遥遥遥遥数数万万里里，无无论论昼昼夜夜，都都能能准准确确无无误误地地到到达达终终点点，既既不不会会延延误误，也也不不会会迷迷路路，更更不不会会失失控控，这这是是导导航航与与自自动动控控制制技技术术的的贡贡献献，其其最最核核心心的的技技术术却是却是一般力学一般力学研究的成果。研究的成果。1.1材料力学的任务材料力学的任务材料力

4、学课程重在建立学生对工程设计中强度、刚度、稳定性问题明确的基本概念，掌握必要的基础知识，培养比较熟练的计算能力和初步的实验分析能力。1.2构件强度、刚度、稳定性概念构件强度、刚度、稳定性概念1.强度要求 要求构件受载时不发生断裂或产生永久变形。2.刚度要求 构件在外载的作用下，发生的弹性变形不能超过允许值。3.稳定性要求要求构件在工作情况下，其平衡是稳定的。构件满足强度、刚度、稳定性要求的能力，称为构件的承载能力。震惊世界的两次强度失效事故震惊世界的两次强度失效事故：1 1“泰坦尼克号泰坦尼克号”沉没之谜沉没之谜 19121912年年4 4月月1414日日，当当时时最最大大最最豪豪华华的的46

5、00t4600t英英制制游游轮轮“泰泰坦坦尼尼克克号号”首首次次满满载载着着22272227名名乘乘客客离离开开英英国国的的南南安安普普敦敦港港驶驶向向纽纽约约。乘乘客客们们都都以以为为自自己己乘乘坐坐的的是是最最豪豪华华、最最结结实实的的轮轮船船，做做梦梦也也不不曾曾想想到到会会有有大大祸祸临临头头。因因为为该该船船的的底底部部已已被被隔隔成成各各个个独独立立的的舱舱房房，任任一一舱舱房房受受损损进进水水都都不不会会影影响响别别的的舱舱房房。即即使使在在最最坏坏的的情情况况下下，如如与与别别的的船船相相撞撞导导致致一一部部分分舱舱房房进进水水，整整个个“泰泰坦坦尼尼克克号号”沉沉没没至至少少

6、也也需需要要3 3天天时时间间，在在那那么么长长的的时时间间内内无无论论如如何何也也能能得得到到救救援援。因因此此，这这次次处处女女航航几几乎乎可可以以说说是是万万无无一一失失的的，更更何何况况造造船船用用的的是是当时最优质的钢材。当时最优质的钢材。然而，令人遗憾的是，然而，令人遗憾的是，“泰坦尼克号泰坦尼克号”未能逃脱世界未能逃脱世界航海史上最大海难事故的命运。被称为航海史上最大海难事故的命运。被称为“不沉之船不沉之船”的的“泰坦尼克号泰坦尼克号”连同它的连同它的15131513位乘客，仅在位乘客，仅在3 3小时内就被格小时内就被格陵兰海冰冷的海水吞没了。陵兰海冰冷的海水吞没了。这这艘艘偌偌

7、大大的的游游轮轮究究竟竟为为什什么么会会沉沉于于海海底底呢呢?由由于于技技术术上上的的原原因因，直直至至19911991年年，第第一一次次科科学学考考察察队队才才开开始始到到水水下下对对残残骸骸进进行行考考察察，并并收收集集了了残残骸骸的的金金属属碎碎片片供供科科研研用用。这这些些碎碎片片以以及及沉沉船船在在海海底底的的状状况况使使人人们们终终于于解解开开了了巨巨轮轮“泰泰坦坦尼尼克克号号”罹罹难难之之谜谜。考考察察队队员员们们发发现现了了导导致致“泰泰坦坦尼尼克克号号”沉没的两个重要细节。沉没的两个重要细节。一一个个细细节节说说明明，造造船船工工程程师师们们只只考考虑虑到到船船底底、船船尾尾

8、或或船船首首有有被被撞撞坏坏的的可可能能性性。在在深深夜夜里里行行进进的的“泰泰坦坦尼尼克克号号”遭遭遇遇冰冰山山，当当人人们们发发现现并并想想躲躲避避却却为为时时已已晚晚。如如果果值值班班人人员员没没有有发发现现冰冰山山，轮轮船船直直接接撞撞到到冰冰山山上上去去的的话话，或或许许游游轮轮受受损损伤伤进进水水的的只只是是船船首首部部分分的的舱舱房房，船船一一定定不不会会整整个个沉沉没没。但但不不幸幸的的是是，值值班班员员偏偏偏偏发发现现了了冰冰山山，并并且且怀怀着着侥侥幸幸的的心心理理想想让让船船转转过过身身来来躲躲避避冰冰山山，这这样样一一来来，冰冰山山就就像像一一把把利利刃刃似似的的从从船

9、船的的侧侧面面切切入入，把把船船拦拦腰腰斩斩断断。这这样样，就就不不是是一一两两个个舱舱房房进进水水，而而是是所所有有的的舱舱房房都都进进了了水水。结结果果“泰泰坦尼克号坦尼克号”在几个小时内就覆没于大海之中了。在几个小时内就覆没于大海之中了。第第二二个个细细节节是是造造船船工工程程师师只只考考虑虑到到要要增增加加钢钢的的强强度度，而而没没有有想想到到要要增增加加其其韧韧性性。把把残残骸骸的的金金属属碎碎片片与与如如今今的的造造船船钢钢材材作作一一对对比比试试验验，发发现现在在“泰泰坦坦尼尼克克号号”沉沉没没地地点点的的水水温温中中，如如今今的的造造船船钢钢材材在在受受到到撞撞击击时时可可弯弯

10、成成V V形形，而而残残骸骸上上的的钢钢材材则则因因韧韧性性不不够够而而很很快快断断裂裂。由由此此发发现现了了钢钢材材的的冷冷脆脆性性，即即在在-40-40OO的的温温度度下下，钢钢材材的的力力学学行行为为由由韧韧性性变变成成脆脆性性，从从而而导导致致灾灾难难性性的的脆脆性性断断裂裂。而用现代技术炼的钢只有在而用现代技术炼的钢只有在70706060的的温温度度下下才才会会变变脆脆。不不过过不不能能责责怪怪当当时时的的工工程程师师，因因为为当当时时谁谁也也不不知知道道，为为了了增增加加钢钢的的强强度度而而往往炼炼钢钢原原料料中中增增加加大大量量硫硫化化物物会会大大大大增增加加钢钢的的脆脆性性，以

11、以致致酿酿成成了了“泰泰坦坦尼尼克克号号”沉没的悲剧。沉没的悲剧。另另据据美美国国纽纽约约时时报报报报导导，一一个个海海洋洋法法医医专专家家小小组组对对打打捞捞起起来来的的“泰泰坦坦尼尼克克号号”船船壳壳上上的的铆铆钉钉进进行行了了分分析析，发发现现固固定定船船壳壳钢钢板板的的铆铆钉钉里里含含有有异异常常多多的的玻玻璃璃状状渣渣粒粒，因因而而使使铆铆钉钉变变得得非非常常脆脆弱弱、容容易断裂。易断裂。这一分析表明：在冰山的撞击下，可能是铆这一分析表明：在冰山的撞击下，可能是铆钉断裂导致船壳解体，最终使钉断裂导致船壳解体，最终使“泰坦尼克号泰坦尼克号”葬身葬身于大西洋海底。于大西洋海底。2 2切尔

12、诺贝利核电站为什么发生大爆炸切尔诺贝利核电站为什么发生大爆炸?切切尔尔诺诺贝贝利利核核电电站站是是前前苏苏联联于于19731973年年开开始始修修建建、19771977年年启启动动的的最最大大的的核核电电站站。19861986年年4 4月月2626日日凌凌晨晨，两两声声沉沉闷闷的的爆爆炸炸声声打打破破了了核核电电站站周周围围的的宁宁静静。随随着着爆爆炸炸声声，一一条条3030多多米米高高的的火火柱柱掀掀开开反反应应堆堆的的外外壳壳，冲冲向向天天空空。反反应应堆堆的的防防护护结结构构和和各各种种设设备备整整个个被被掀掀起起，温温度度高高达达20002000的的烈烈焰焰吞吞噬噬着着机机房房，熔熔化

13、化了了粗粗大大的的钢钢架架。携携带带着着高高放放射射性性物物质质的的水水蒸蒸气气和和尘尘埃埃随随着着浓浓烟烟升升腾腾弥弥漫漫，这这次次爆爆炸炸造造成成了了灾灾难难性性的的后后果果。爆爆炸炸释释放放的的能能量量相相当当于于500500颗颗在在广广岛岛投投放放的的原原子子弹弹。爆爆炸炸破破坏坏了了核核反反应应堆堆，使使反反应应堆堆内内180180多多吨吨浓浓缩缩铀铀燃燃料料的的3 3被被释释放放到到大大气气中中，放放射射性性污污染染遍遍及及前前苏苏联联居居住住着着694.5694.5万万人人的的1515万万平平方方公公里里的的地地区区，核核电电站站周周围围3030kmkm范范围围被被划划为为隔隔离

14、离区区，庄庄稼稼被被全全部部掩掩埋。埋。那那么么，究究竟竟是是什什么么原原因因酿酿成成了了这这场场灾灾难难?事事后后的的调调查查表表明明，这这是是由由一一系系列列的的操操作作失失误误造造成成的的人人为为事事故故。刚刚完完成成检检修修的的第第四四核核反反应应堆堆重重新新启启动动时时，将将产产生生的的蒸蒸汽汽输输向向已已经经关关闭闭的的涡涡轮轮机机，而而能能够够关关掉掉反反应应堆堆的的自自动动保保护护装装置置却却事事先先被被切切断断了了。这这样样，反反应应堆堆不不断断工工作作产产生生蒸蒸汽汽，却却没没有有宣宣泄泄的的出出口口。反反应应堆堆外外壳壳所所承承受受的的蒸蒸汽汽压压力力和和温温度度远远远远

15、超超出出了了它它的的设设计计要求，最终引发了热能爆炸。要求，最终引发了热能爆炸。然然而而，对对于于人人类类来来说说，这这次次爆爆炸炸仍仍然然是是“幸幸运运”的的。因因为为它它仅仅仅仅是是一一次次过过热热的的蒸蒸汽汽爆爆炸炸，而而非非核核爆爆炸炸。否否则则这这对对于于人人类类是是绝绝对对的的灭灭顶顶之之灾灾。这这次次大大爆爆炸炸也也向向人人类类敲敲响响了了警警钟钟：如如何何杜杜绝绝灾灾难难性性事事故故的的发发生生，如如何何在在恶恶劣劣的的环环境境条条件件下下，遏遏制制更更大大灾灾难难的的发发生生，这这也也是是对对力力学学工工作作者者提提出出的的新新的的挑挑战战性性课课题。题。1999 1999年

16、年年年1 1月月月月4 4日，我国某市的一座大桥发日，我国某市的一座大桥发日，我国某市的一座大桥发日，我国某市的一座大桥发生垮塌，造成：生垮塌，造成：生垮塌，造成：生垮塌，造成：40人死亡；人死亡；14人受伤；人受伤；直接经济损失直接经济损失631万元。万元。法庭以外的问题法庭以外的问题法庭以外的问题法庭以外的问题力学素质的重要性力学素质的重要性力学素质的重要性力学素质的重要性 从简单力学问题到高等力学问题。从简单力学问题到高等力学问题。从简单力学问题到高等力学问题。从简单力学问题到高等力学问题。简单力学问题简单力学问题 队伍过桥时不能齐步走队伍过桥时不能齐步走高等力学问题高等力学问题 冲击载

17、荷的概念：冲击载荷的概念：人跑步时脚上的力量有多大？人跑步时脚上的力量有多大？损伤累积与结构寿命损伤累积与结构寿命 与跑步的次数有关与跑步的次数有关脚上的力量假设人体重量为假设人体重量为750N750N3000N3500N4500N6000N12500N4 44.74.76 68 816.716.7高等力学问题高等力学问题 损伤累积与结构寿命损伤累积与结构寿命 与跑步的次数有关与跑步的次数有关 构件的基本形式构件的基本形式1、杆件 长度（纵向）比其他两个方向的尺寸大很多的构件称为杆件。2、块件 各方向尺寸相差不多的构件称为块件。杆(bar)体(body)构件的基本形式构件的基本形式板(plat

18、e)壳壳(shell)3 3 板件板件 厚度比其他两个方向尺寸小得多的构件称为板件。如果中面是平面的构件称为板。而中面是曲面的话则称为壳。1.3 1.3材料力学中的基本假设材料力学中的基本假设1.1.关于材料性质得假定关于材料性质得假定 连续性假设连续性假设 均匀性假设均匀性假设 各向同性假设各向同性假设1.4小变形限制条件变形固体在载荷作用下可发生两种不同性质的变形：一.弹性变形 二.是塑性变形 材料力学是在弹性范围内研究构件的承载能力。讨论由均匀、连续、各向同性材料制成的杆件，受载后变形为微小的弹性变形情况！材料力学和理论力学研究对象的区别 理论力学 研究对象 视为刚体 力学模型 理想化的

19、力学模型 主要研究 力的运动效应材料力学 研究对象 视为变形体 力学模型 更接近于实际 主要研究 力的变形效应 实际物体往往随所研究问题的不同，有时看作 刚体，有时看作变形体。理论力学中某些定理在材料力学中的应用受到严格限制 加减平衡力系原理及其推理（力的可传性力系简化的基础）力的平移定理 力偶等效定理(力偶矩相等的两力偶等效)等,只适用于刚体，而不适用于变形体。1.5 内力 内力 构件中一部分和其相邻部分的相互作用力 内力是分布在截面上的 内力是成对出现的截面法求内力：显示和确定内力的方法是截面法。截面法的依据是“一个处于平衡状态的物体其各部分也应保持平衡”。例：有一直杆，一端固定，一端自由

20、。在自由端位于xOy平面内作用有集中力、和力偶，现欲求截面上的内力ymmp1Mep2xa0IIImmp1Mep2x01MNyQI将杆分成、两部分。先取 部分来研究 根据平面力系的平衡条件 若取 部分研究，应先由整体的平衡方程求出固定端的支反力，然后可由 部分的平衡条件求得截面上的内力 显然 分别为 作用力和反作用力 截面法求内力的过程可归纳如下：（1）切开 沿需求内力的截面，将构件假想地截开为两部分。（2）代替 抛弃一部分，留下一部分，抛弃部分对留下部分的作用以内力来代替。（3）平衡 根据留下部分的平衡条件，由已知外力求未知内力。1.6 应力概念 内力在一点处的集度称为该点的应力。设作用在小面

21、积 上的内力为，那么在 上的内力的平均集度为（称为平均应力）CADPDCtsP当C点（无限变小）（无限变小）某一极限值我们称 为C点的全应力，其表达式为：应力的量纲为 ,单位常用 是个矢量，为了研究的方便和需要，我们总是将它分解为垂直于截面和平行于截面的两个分量。前者称为正应力（或法向应力），用 表示。后者称为剪应力（或切向应力），用 表示“应力”与“压强”的区别“应力应力”虽与虽与“压强压强”量纲相同，但两量纲相同，但两者的物理意义不同。者的物理意义不同。定义不同：定义不同：应力应力 内力内力 压强压强 外力外力作用方式不同：作用方式不同：应力应力 可分解，存在于受力可分解，存在于受力物体内

22、部任意一点物体内部任意一点 压强压强 作用于物体表面且垂作用于物体表面且垂至于作用面，常呈均匀分布或线性分布至于作用面，常呈均匀分布或线性分布 1.7 位移、变形和应变位移、变形和应变线位移线位移角位移角位移PqAuv二、变形与应变二、变形与应变线应变线应变 单元体边长的改变单元体边长的改变 平均应变平均应变 单位长度内的平单位长度内的平 均改变量，用来均改变量，用来 表示表示当当 时，有时，有 剪应变剪应变 单元体各边互成直角，变形单元体各边互成直角，变形 后直角的改变量后直角的改变量 叫做剪应变。叫做剪应变。uDsD()a 1.8构件基本变形形式构件基本变形形式拉压拉压拉压拉压拉压拉压(t

23、ension&compression tension&compression tension&compression)扭转扭转扭转扭转扭转扭转(torsion)(torsion)(torsion)剪切剪切剪切剪切剪切剪切(shearing shearing shearing)弯曲弯曲弯曲弯曲弯曲弯曲(bending bending bending)9、静夜四无邻，荒居旧业贫。3月-233月-23Tuesday,March 14,202310、雨中黄叶树，灯下白头人。17:37:4617:37:4617:373/14/2023 5:37:46 PM11、以我独沈久，愧君相见频。3月-2317:3

24、7:4617:37Mar-2314-Mar-2312、故人江海别，几度隔山川。17:37:4617:37:4617:37Tuesday,March 14,202313、乍见翻疑梦，相悲各问年。3月-233月-2317:37:4617:37:46March 14,202314、他乡生白发，旧国见青山。14 三月 20235:37:46 下午17:37:463月-2315、比不了得就不比，得不到的就不要。三月 235:37 下午3月-2317:37March 14,202316、行动出成果，工作出财富。2023/3/14 17:37:4617:37:4614 March 202317、做前，能够环

25、视四周；做时，你只能或者最好沿着以脚为起点的射线向前。5:37:46 下午5:37 下午17:37:463月-239、没有失败，只有暂时停止成功！。3月-233月-23Tuesday,March 14,202310、很多事情努力了未必有结果，但是不努力却什么改变也没有。17:37:4617:37:4617:373/14/2023 5:37:46 PM11、成功就是日复一日那一点点小小努力的积累。3月-2317:37:4717:37Mar-2314-Mar-2312、世间成事，不求其绝对圆满，留一份不足，可得无限完美。17:37:4717:37:4717:37Tuesday,March 14,2

26、02313、不知香积寺，数里入云峰。3月-233月-2317:37:4717:37:47March 14,202314、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。14 三月 20235:37:47 下午17:37:473月-2315、楚塞三湘接，荆门九派通。三月 235:37 下午3月-2317:37March 14,202316、少年十五二十时，步行夺得胡马骑。2023/3/14 17:37:4717:37:4714 March 202317、空山新雨后，天气晚来秋。5:37:47 下午5:37 下午17:37:473月-239、杨柳散和风，青山澹吾虑。3月-233月-23Tuesda

27、y,March 14,202310、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。17:37:4717:37:4717:373/14/2023 5:37:47 PM11、越是没有本领的就越加自命不凡。3月-2317:37:4717:37Mar-2314-Mar-2312、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。17:37:4717:37:4717:37Tuesday,March 14,202313、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。3月-233月-2317:37:4717:37:47March 14,202314、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。14 三月 20235:37:47

28、下午17:37:473月-2315、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。三月 235:37 下午3月-2317:37March 14,202316、业余生活要有意义，不要越轨。2023/3/14 17:37:4717:37:4714 March 202317、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。5:37:47 下午5:37 下午17:37:473月-23MOMODA POWERPOINTLorem ipsum dolor sit amet,consectetur adipiscing elit.Fusce id urna blandit,eleifend nulla ac,fringilla purus.Nulla iaculis tempor felis ut cursus.感感 谢谢 您您 的的 下下 载载 观观 看看专家告诉