工程力学第4章.pptx

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1、会计学1工程力学第工程力学第4章章材料力学概述材料力学概述 第二篇第二篇 材料力学材料力学工程力学工程力学 (静力学与材料力学静力学与材料力学)第第4 4章章返回总目录返回总目录第1页/共97页 “材料力学材料力学”的研究内容的研究内容 杆件的受力与变形形式杆件的受力与变形形式 工程构件静力学设计的主要内容工程构件静力学设计的主要内容 关于材料的基本假定关于材料的基本假定 弹性体受力与变形特征弹性体受力与变形特征 结论与讨论结论与讨论 材料力学的分析方法材料力学的分析方法 应力、应变及其相互关系应力、应变及其相互关系 第第4 4章章 材料力学概材料力学概述述 第2页/共97页 “材料力学材料力

2、学”的研究内容的研究内容 杆件的受力与变形形式杆件的受力与变形形式 工程构件静力学设计的主要内容工程构件静力学设计的主要内容 关于材料的基本假定关于材料的基本假定 弹性体受力与变形特征弹性体受力与变形特征 结论与讨论结论与讨论 材料力学的分析方法材料力学的分析方法 应力、应变及其相互关系应力、应变及其相互关系 第第4 4章章 材料力学概材料力学概述述 第3页/共97页设计出杆状构件或零部件的合理形状和尺寸，以保证它们具有足够的强度（设计出杆状构件或零部件的合理形状和尺寸，以保证它们具有足够的强度（strengthstrength）、刚度（）、刚度（stiffnessstiffness）和稳定性

3、（）和稳定性（stabilitystability）。）。材料力学主要研究变形体受力后发生的变形；研究由于变形而产生的附加内力；研究由此而产生的失效以及控制失效的准则。在此基础上导出工程构件静力学设计的基本方法。材料力学主要研究变形体受力后发生的变形；研究由于变形而产生的附加内力；研究由此而产生的失效以及控制失效的准则。在此基础上导出工程构件静力学设计的基本方法。“材料力学材料力学”的研究内容的研究内容第6页/共97页 “材料力学材料力学”的研究内容的研究内容第14页/共97页桥面结构桥面结构 “材料力学材料力学”的研究内容的研究内容第15页/共97页桥面结构桥面结构 “材料力学材料力学”的研

4、究内容的研究内容第16页/共97页缆索与立柱缆索与立柱 “材料力学材料力学”的研究内容的研究内容第17页/共97页旧金山金门大桥每根主缆由旧金山金门大桥每根主缆由2757227572根钢丝组成根钢丝组成 “材料力学材料力学”的研究内容的研究内容第18页/共97页 强强度度是是指指构构件件或或零零部部件件具具有有的的一一种种能能力力：在在确确定定的的外外力力作作用用下下，不不发发生生破破裂裂或或过过量量塑塑性性变形的能力。变形的能力。“材料力学材料力学”的研究内容的研究内容第19页/共97页 刚度是指构件受力后不能发生超过工刚度是指构件受力后不能发生超过工程允许的弹性变形的能力。程允许的弹性变形

5、的能力。“材料力学材料力学”的研究内容的研究内容第20页/共97页 稳定性是指构件在压缩载荷的作用稳定性是指构件在压缩载荷的作用下，保持平衡形式不发生突然转变的能力。下，保持平衡形式不发生突然转变的能力。“材料力学材料力学”的研究内容的研究内容第23页/共97页压杆 “材料力学材料力学”的研究内容的研究内容第24页/共97页 “材料力学材料力学”的研究内容的研究内容 杆件的受力与变形形式杆件的受力与变形形式 工程构件静力学设计的主要内容工程构件静力学设计的主要内容 关于材料的基本假定关于材料的基本假定 弹性体受力与变形特征弹性体受力与变形特征 结论与讨论结论与讨论 材料力学的分析方法材料力学的

6、分析方法 应力、应变及其相互关系应力、应变及其相互关系 第第4 4章章 材料力学概材料力学概述述 第27页/共97页拉伸或压缩拉伸或压缩（tension or compressiontension or compression）杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式 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。第28页/共97页剪切剪切(shearing)(shearing)在在平平行行于于杆杆横横截截面面的的两两个个相相距距很很近近的的平平面面内内，方方向向相相对对地地作作用用着着两两个个横横向向力力，当当这这两两个个力力相相互互错错动动并并保保持持二二者者之之间

7、间的的距距离离不不变变时时，杆杆件件将将产产生生剪剪切变形切变形 。杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式 第29页/共97页扭转扭转(torsion)(torsion)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Me时，杆件将产生扭转变形，即杆件的横截面绕其轴相互转动。杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式 第30页/共97页弯曲弯曲(bend)(bend)当外加力偶M或外力作用于与杆件垂直的纵向平面内时，杆件将发生弯曲变形，其轴线将变成曲线。杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式 第31页/共97页弯曲弯曲(bend)(bend)当外加力偶M或外力作用于与杆件垂直的纵向平面内时，杆件将发生

8、弯曲变形，其轴线将变成曲线。杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式 第32页/共97页组合受力组合受力(complex loads and deformation)(complex loads and deformation)由基本受力形式中的两种或两种以上共同形成的受力与变形形式即为组合受力与变形。杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式 第33页/共97页 “材料力学材料力学”的研究内容的研究内容 杆件的受力与变形形式杆件的受力与变形形式 工程构件静力学设计的主要内容工程构件静力学设计的主要内容 关于材料的基本假定关于材料的基本假定 弹性体受力与变形特征弹性体受力与变形特征 结论与讨论结论与讨论

9、 材料力学的分析方法材料力学的分析方法 应力、应变及其相互关系应力、应变及其相互关系 第第4 4章章 材料力学概材料力学概述述 第34页/共97页需要进行以下几方面的工作：需要进行以下几方面的工作：分析并确定构件所受各种外力的大小和方向。分析并确定构件所受各种外力的大小和方向。研究在外力作用下构件的内部受力、变形和失效的研究在外力作用下构件的内部受力、变形和失效的规律。规律。提出保证构件具有足够强度、刚度和稳定性的设计提出保证构件具有足够强度、刚度和稳定性的设计准则与设计方法。准则与设计方法。工程构件静力学设计的主要内容工程构件静力学设计的主要内容 第35页/共97页 “材料力学材料力学”的研

10、究内容的研究内容 杆件的受力与变形形式杆件的受力与变形形式 工程构件静力学设计的主要内容工程构件静力学设计的主要内容 关于材料的基本假定关于材料的基本假定 弹性体受力与变形特征弹性体受力与变形特征 结论与讨论结论与讨论 材料力学的分析方法材料力学的分析方法 应力、应变及其相互关系应力、应变及其相互关系 第第4 4章章 材料力学概材料力学概述述 第38页/共97页灰口铸铁的灰口铸铁的 显微组织显微组织 关于材料的基本假定关于材料的基本假定 第43页/共97页球墨铸铁的球墨铸铁的 显微组织显微组织 关于材料的基本假定关于材料的基本假定 第44页/共97页各向同性与各向异各向同性与各向异性性微观各向

11、异性，宏观各向同性；微观各向异性，宏观各向同性；关于材料的基本假定关于材料的基本假定 第45页/共97页优质钢材的优质钢材的 显微组织显微组织 关于材料的基本假定关于材料的基本假定 第47页/共97页高分子材料高分子材料 微观结构微观结构 关于材料的基本假定关于材料的基本假定 第48页/共97页微观不连续微观不连续 ，宏观连续，宏观连续 。均匀连续问题均匀连续问题 关于材料的基本假定关于材料的基本假定 第50页/共97页 “材料力学材料力学”的研究内容的研究内容 杆件的受力与变形形式杆件的受力与变形形式 工程构件静力学设计的主要内容工程构件静力学设计的主要内容 关于材料的基本假定关于材料的基本

12、假定 弹性体受力与变形特征弹性体受力与变形特征 结论与讨论结论与讨论 材料力学的分析方法材料力学的分析方法 应力、应变及其相互关系应力、应变及其相互关系 第第4 4章章 材料力学概材料力学概述述 第53页/共97页FN=FFFFFFFF 弹性体受力与变形特征弹性体受力与变形特征 第54页/共97页M M0M0M0M0M0M0M0M0 弹性体受力与变形特征弹性体受力与变形特征 第55页/共97页作用在弹性体上的外力相互平衡内力与外力平衡；内力与内力平衡。F1F3F2Fn假想截面假想截面F1F2F3Fn分布内力分布内力 弹性体受力与变形特征弹性体受力与变形特征 第56页/共97页变 形 前变形不协

13、调变形不协调变形协调一致 弹性体受力与变形特征弹性体受力与变形特征 第57页/共97页 图示直杆图示直杆ACBACB在两端在两端A A、B B处固定。关于其两端的约束处固定。关于其两端的约束力有四种答案。试分析哪一种答案最合理。力有四种答案。试分析哪一种答案最合理。例例 题题 1 1 弹性体受力与变形特征弹性体受力与变形特征 第58页/共97页A AB BF FP Pl2lC CF FA AF FB B第一，关于变形体的概念第一，关于变形体的概念 根据平衡，有根据平衡，有 基于刚体模型，不可能求出基于刚体模型，不可能求出F FA A和和F FB B 。基于弹性体模型，再应用变形协调的概念，就有

14、可能求基于弹性体模型，再应用变形协调的概念，就有可能求出出F FA A和和F FB B。变形协调体现为变形协调体现为ABAB杆的总变形量等于零，即杆的总变形量等于零，即 这表明，这表明，ACAC段杆的伸长量必须等于段杆的伸长量必须等于CBCB段杆的缩短量，段杆的缩短量，即即 弹性体受力与变形特征弹性体受力与变形特征 第59页/共97页第二，关于变形协调的概念第二，关于变形协调的概念F FP PA AB BC CF FP PA AB BC CF FP P 在这三种情形下，在这三种情形下，ABAB杆的总变形量都不等于零，即不满足变形杆的总变形量都不等于零，即不满足变形协调的要求，所以是不正确的。协

15、调的要求，所以是不正确的。A AB BC CF FP PF FP P/2/2F FP P/2/2F FP PA AB BF FP Pl2lC CF FA AF FB B 弹性体受力与变形特征弹性体受力与变形特征 第60页/共97页A AB BF FP Pl2lC CF FA AF FB B第三，力与变形之间的物性关系的概念第三，力与变形之间的物性关系的概念 根据胡克定律，杆的变形与作用在杆上的力以及杆的根据胡克定律，杆的变形与作用在杆上的力以及杆的长度成正比，即长度成正比，即 代入平衡方程代入平衡方程 弹性体受力与变形特征弹性体受力与变形特征 第61页/共97页A AB BF FP Pl2lC

16、 CF FA AF FB B第四，平衡和协调概念的进一步深化第四，平衡和协调概念的进一步深化有没有可能使两端的约束力相等有没有可能使两端的约束力相等？弹性体受力与变形特征弹性体受力与变形特征 第62页/共97页 “材料力学材料力学”的研究内容的研究内容 杆件的受力与变形形式杆件的受力与变形形式 工程构件静力学设计的主要内容工程构件静力学设计的主要内容 关于材料的基本假定关于材料的基本假定 弹性体受力与变形特征弹性体受力与变形特征 结论与讨论结论与讨论 材料力学的分析方法材料力学的分析方法 应力、应变及其相互关系应力、应变及其相互关系 第第4 4章章 材料力学概材料力学概述述 第63页/共97页

17、 分分析析构构件件受受力力后后发发生生的的变变形形，以以及及由由于于变变形形而而产产生生的的内内力力，需需要要采采用用平平衡衡的的方方法法。但但是是，采采用用平平衡衡的的方方法法，只只能能确确定定横横截截面面上上内内力力的的合合力力，并并不不能能确确定定横横截截面面上上各各点点内内力力的的大大小小。研研究究构构件件的的强强度度、刚刚度度与与稳稳定定性性，不不仅仅需需要要确确定定内内力力的的合力，还需要知道内力的分布。合力，还需要知道内力的分布。材料力学的分析方法材料力学的分析方法 内内力力是是不不可可见见的的，而而变变形形却却是是可可见见的的，并并且且各各部部分分的的变变形形相相互互协协调调，

18、变变形形通通过过物物性性关关系系与与内内力力相相联联系系。所所以以，确确定定内内力力的的分分布布，除除了了考考虑虑平平衡衡，还还需需要要考考虑虑变变形形协协调调与与物物性性关关系。系。对对于于工工程程构构件件，所所能能观观察察到到的的变变形形，只只是是构构件件外外部部表表面面的的。内内部部的的变变形形状状况况，必必须须根根据据所所观观察察到到的的表表面面变变形形作作一一些些合合理理的的推推测测，这这种种推推测测通通常常也也称称为为假假定定。对对于于杆杆状状的的构构件件，考考察察相相距距很很近近的的两两个个横横截截面面之之间间微微段段的的变变形形，这这种种假假定定是是不不难作出的。难作出的。第6

19、4页/共97页 “材料力学材料力学”的研究内容的研究内容 杆件的受力与变形形式杆件的受力与变形形式 工程构件静力学设计的主要内容工程构件静力学设计的主要内容 关于材料的基本假定关于材料的基本假定 弹性体受力与变形特征弹性体受力与变形特征 结论与讨论结论与讨论 材料力学的分析方法材料力学的分析方法 应力、应变及其相互关系应力、应变及其相互关系 第第4 4章章 材料力学概材料力学概述述 第65页/共97页 分布内力在一点的集度，称为应力分布内力在一点的集度，称为应力(stresses)(stresses)。应力、应变及其相互关系应力、应变及其相互关系 第69页/共97页应力应力分布内力在一点的集度

20、分布内力在一点的集度F1FnF3F2 应力、应变及其相互关系应力、应变及其相互关系 第70页/共97页正应力和剪正应力和剪应力应力 位于截面内的应力称为位于截面内的应力称为“剪应力剪应力”(Shearing Stress)(Shearing Stress)垂直于截面的应力称为垂直于截面的应力称为“正应力正应力”(Normal Stress)(Normal Stress)应力、应变及其相互关系应力、应变及其相互关系 第71页/共97页yxzAFQyFQzFNDFRFP1FP2 应力、应变及其相互关系应力、应变及其相互关系 第72页/共97页 在大多数情形下，工程构件的内力并非均匀分布，集度的定义

21、不仅准确而且重要，因为在大多数情形下，工程构件的内力并非均匀分布，集度的定义不仅准确而且重要，因为“破坏破坏”或或“失效失效”往往从内力集度最大处开始。往往从内力集度最大处开始。应力就是单位面积上的内力应力就是单位面积上的内力?应力、应变及其相互关系应力、应变及其相互关系 第73页/共97页 应力与内力分量之间的关系应力与内力分量之间的关系 应力、应变及其相互关系应力、应变及其相互关系 第74页/共97页 当当当当外外外外力力力力已已已已知知知知时时时时，可可可可由由由由平平平平衡衡衡衡方方方方程程程程求求求求得得得得内内内内力力力力分分分分量量量量静定问题静定问题静定问题静定问题。当内力分量

22、已知时，只能确定应力与相关内力分量之间的关系，却无法求得各点应力当内力分量已知时，只能确定应力与相关内力分量之间的关系，却无法求得各点应力 静不定问题静不定问题。应力、应变及其相互关系应力、应变及其相互关系 第75页/共97页FP1FP2yxz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：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：dAxMMy yFN xMMz z 应力、应变及其相互关系应力、应变及其相互关系 第76页/共97页FP1FP2yxz dAxyxzMMx xF FQyQyF FQzQz 应力、应变及其相互关系应

23、力、应变及其相互关系 第77页/共97页 应变应变 各点变形程度的度量各点变形程度的度量 应力、应变及其相互关系应力、应变及其相互关系 第78页/共97页 线变形与剪切变形，这两种变形程度线变形与剪切变形，这两种变形程度的度量分别称为的度量分别称为“正应变正应变”(Normal Strain(Normal Strain)和和 “剪应变剪应变”(Shearing Strain),(Shearing Strain),分别用分别用 和和 表示。表示。正应变与切应变正应变与切应变 应力、应变及其相互关系应力、应变及其相互关系 第79页/共97页问题问题：正应变是单位长度的线变形量？)(直角改变量直角改

24、变量 +=xu+duxxdxxu 应力、应变及其相互关系应力、应变及其相互关系 第80页/共97页 应力与应变之间的物性关系应力与应变之间的物性关系 应力、应变及其相互关系应力、应变及其相互关系 第81页/共97页胡克定胡克定律律OxxO 应力、应变及其相互关系应力、应变及其相互关系 第82页/共97页 “材料力学材料力学”的研究内容的研究内容 杆件的受力与变形形式杆件的受力与变形形式 工程构件静力学设计的主要内容工程构件静力学设计的主要内容 关于材料的基本假定关于材料的基本假定 弹性体受力与变形特征弹性体受力与变形特征 结论与讨论结论与讨论 材料力学的分析方法材料力学的分析方法 应力、应变及

25、其相互关系应力、应变及其相互关系 第第4 4章章 材料力学概材料力学概述述 第83页/共97页 结论与讨论结论与讨论 刚体模型与弹性体模型刚体模型与弹性体模型 弹性体受力与变形特点弹性体受力与变形特点 刚体静力学概念与原理在材料力学刚体静力学概念与原理在材料力学 中的应用中的应用 第84页/共97页 所有工程结构的构件，实际上都是可变形的弹性体，当变形很小时，变形对物体运动效应的影响甚小，因而在研究运动和平衡问题时一般可将变形略去，从而将弹性体抽象为刚体。从这一意义上讲，刚体和弹性体都是工程构件在确定条件下的简化力学模型。所有工程结构的构件，实际上都是可变形的弹性体，当变形很小时，变形对物体运

26、动效应的影响甚小，因而在研究运动和平衡问题时一般可将变形略去，从而将弹性体抽象为刚体。从这一意义上讲，刚体和弹性体都是工程构件在确定条件下的简化力学模型。结论与讨论结论与讨论第85页/共97页 结论与讨论结论与讨论第87页/共97页 结论与讨论结论与讨论第88页/共97页 结论与讨论结论与讨论第89页/共97页 弹性体受力与变形特点弹性体受力与变形特点 结论与讨论结论与讨论第90页/共97页 弹性体在载荷作用下，将产生连续分布的内力。弹性体内力应满足：与外力的平衡关系；弹性体自身变形协调关系；力与变形之间的物性关系。这是材料力学与理论力学的重要区别。弹性体在载荷作用下，将产生连续分布的内力。弹性体内力应满足：与外力的平衡关系；弹性体自身变形协调关系；力与变形之间的物性关系。这是材料力学与理论力学的重要区别。结论与讨论结论与讨论第91页/共97页 刚体静力学概念与原理在刚体静力学概念与原理在 材料力学中的应用材料力学中的应用 结论与讨论结论与讨论第92页/共97页 请判断这种简化在什么情形下是正确的，什么情形下是不正确的。简化前简化前简化后简化后 结论与讨论结论与讨论第94页/共97页返回首页返回首页返回总目录返回总目录第96页/共97页感谢您的观看！第97页/共97页