刘鸿文材料力学.pptx

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1、刘鸿文材料力学刘鸿文材料力学问题问题1、对于、对于BC杆杆a)BC杆是否有足够的强度承受载荷杆是否有足够的强度承受载荷？b)BC杆是否会产生过度的偏转和下垂杆是否会产生过度的偏转和下垂？将产生多将产生多 大的变形大的变形？c)如果对如果对BC杆进行设计，应选择怎样的材料、截面杆进行设计，应选择怎样的材料、截面 形状和尺寸，才能使杆件既安全（既不产生破坏又形状和尺寸，才能使杆件既安全（既不产生破坏又 不产生过大的变形）又经济？不产生过大的变形）又经济？2、对于、对于AB杆和杆和CD杆：杆：Mechanics of Materials30 30 三月三月 2023 2023第1页/共56页研究塔吊

2、不致倾倒，确定所需配重研究塔吊不致倾倒，确定所需配重W1W2研究组成塔吊的每一根杆件的受力以及受力以后是否会研究组成塔吊的每一根杆件的受力以及受力以后是否会产生破坏或者选择怎样的截面形状、尺寸和材料。产生破坏或者选择怎样的截面形状、尺寸和材料。Mechanics of Materials第2页/共56页30 30 三月三月 2023 2023Mechanics of Materials材料力学研究什么？材料力学研究什么？材料力学是材料力学是工程设计工程设计的重要组成部分，而一个的重要组成部分，而一个工程结构的设计工程结构的设计包括确定组成结构的构件的包括确定组成结构的构件的合适的尺寸合适的尺寸

3、，以确保它能承受，以确保它能承受一定的载荷一定的载荷作用，既不产生作用，既不产生断裂破坏断裂破坏又不产生又不产生过大的变形过大的变形。第3页/共56页30 30 三月三月 2023 2023Mechanics of Materials大型桥梁桥面结构桥面结构缆索与立柱缆索与立柱桥墩桥墩第4页/共56页30 30 三月三月 2023 2023Mechanics of Materials第5页/共56页30 30 三月三月 2023 2023Mechanics of Materials第6页/共56页30 30 三月三月 2023 2023Mechanics of Materials理论力学理论力

4、学材料力学研究物体机械运动一般规律的科学刚体研究构件承载能力的一门科学变形固体第7页/共56页30 30 三月三月 2023 2023第一章 绪论1-1 材料力学的任务材料力学的任务1-2 变形固体的基本假设变形固体的基本假设1-3 外力及其分类外力及其分类1-4 内力、截面法和应力的概念内力、截面法和应力的概念1-5 变形与应变变形与应变1-6 杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式第8页/共56页30 30 三月三月 2023 2023第一章 绪论工程结构或机械的各组成部分统称为构件1-1 材料力学的任务第9页/共56页30 30 三月三月 2023 2023第一章 绪论工程结构或机械结构实

5、例：第10页/共56页30 30 三月三月 2023 2023第一章 绪论工程结构或机械结构实例：第11页/共56页30 30 三月三月 2023 2023第一章 绪论1-1 材料力学的任务对构件在荷载作用下正常工作的要求对构件在荷载作用下正常工作的要求.具有足够的强度规定荷载作用下不应破坏。FFaFF钢 筋b破坏显著的塑性变形和断裂。第12页/共56页30 30 三月三月 2023 2023第一章 绪论1-1 材料力学的任务 美国的Tacoma老桥于1940年11月7日因风力引起的振动而产生断裂强度问题：强度问题：第13页/共56页30 30 三月三月 2023 2023第一章 绪论1-1

6、材料力学的任务强度问题：强度问题：垮塌后的彩虹桥垮塌后的彩虹桥 1999年1月4日，我国重庆市綦江县彩虹桥发生垮塌，造成：4040人死亡；人死亡；1414人受伤；人受伤；直接经济损失直接经济损失631631万元。万元。第14页/共56页30 30 三月三月 2023 2023第一章 绪论1-1 材料力学的任务对构件在荷载作用下正常工作的要求对构件在荷载作用下正常工作的要求.具有足够的刚度荷载作用下的弹性变形不超过工程允许范围。荷载未作用时荷载去除后荷载作用下F第15页/共56页30 30 三月三月 2023 2023第一章 绪论1-1 材料力学的任务弹性变形弹性变形外力解除以后可消失的变形。塑

7、性变形塑性变形外力解除以后不能消失的变形。FFF F第16页/共56页30 30 三月三月 2023 2023第一章 绪论1-1 材料力学的任务刚度问题：刚度问题：第17页/共56页30 30 三月三月 2023 2023第一章 绪论1-1 材料力学的任务刚度问题：刚度问题：第18页/共56页30 30 三月三月 2023 2023第一章 绪论1-1 材料力学的任务对构件在荷载作用下正常工作的要求对构件在荷载作用下正常工作的要求.满足稳定性要求荷载作用下杆件能保持原有形态的平衡。第19页/共56页30 30 三月三月 2023 2023第一章 绪论1-1 材料力学的任务稳定性问题：稳定性问题：

8、第20页/共56页30 30 三月三月 2023 2023第一章 绪论1-1 材料力学的任务稳定性问题：稳定性问题：第21页/共56页30 30 三月三月 2023 2023 在满足上述强度、刚度和稳定性要求的同时，须尽可能合理选用材料和降低材料消耗量，以节约投资。第一章 绪论材料力学包含的材料力学包含的两个方面两个方面 理论分析理论分析 实验研究实验研究测定材料的力学性测定材料的力学性能；解决某些不能能；解决某些不能全靠理论分析的问全靠理论分析的问题题第22页/共56页30 30 三月三月 2023 2023第一章 绪论对可变形固体的对可变形固体的基本假设：基本假设：1-2 变形固体的基本假

9、设.连续性假设物质不留空隙地充满了整个固体。（可用微积分数学工具，力学量是坐标连续函数。）.均匀性假设固体内各点处材料的力学性能相同。（晶粒在统计意义上是平均的）.各向同性假设固体内各点沿各方向的力学性质完全相同。（这样的材料称为各向同性材料；沿各方向的力学性质不同的材料称为各向异性材料）第23页/共56页30 30 三月三月 2023 2023第一章 绪论 外力按作用方式分：体积力：体积力：重力、惯性力；表面力：表面力：水压力、面接触的力；1-3 外力及其分类第24页/共56页30 30 三月三月 2023 2023第一章 绪论1-3 外力及其分类钢筋混凝土结构的自重是主要载荷第25页/共5

10、6页30 30 三月三月 2023 2023第一章 绪论1-3 外力及其分类水闸的水压力是表面力，为分布载荷第26页/共56页30 30 三月三月 2023 2023第一章 绪论 外力按分布面积分：分布力：分布力：体积力、表面力；集中力：集中力：火车车轮对钢轨、支座等。1-3 外力及其分类第27页/共56页30 30 三月三月 2023 2023第一章 绪论 外力按随时间变化分：外力按随时间变化分：静载荷：静载荷：自重，变化相对较慢；自重，变化相对较慢；动载荷：动载荷：交变载荷、冲击；交变载荷、冲击；1-3 外力及其分类第28页/共56页30 30 三月三月 2023 2023第一章 绪论1-

11、4 内力、截面法和应力的概念内力：受外力作用引起的相互作用；材料力学中的内力：物体内部各部分之间因外力而引起的附加相互作用力，即“附加内力”；内力随外力的增加而加大，随外力的撤除而消失。第29页/共56页30 30 三月三月 2023 2023第一章 绪论1-4 内力、截面法和应力的概念主矢主矩xyzFNTFsyFszMyMz内力：轴向分量:力：轴力 FN力矩：扭矩T横向分量:力：剪力 Fsy、FSZ 力矩：弯矩 My、Mz第30页/共56页30 30 三月三月 2023 2023第一章 绪论1-4 内力、截面法和应力的概念截面法的求解步骤：截开代替 平衡第31页/共56页30 三月 2023

12、1-4 内力、截面法和应力的概念例1-4-1：在载荷F作用下的悬臂梁如图所示，试确定截面mm上的内力。第一章 绪论F FS SM MF F F FF F F Faamm第32页/共56页30 30 三月三月 2023 2023第一章 绪论1-4 内力、截面法和应力的概念例1-4-2：钻床如图所示，在载荷P作用下，试确定截面mm上的内力。第33页/共56页30 30 三月三月 2023 2023第一章 绪论POFNM第34页/共56页30 30 三月三月 2023 2023第一章 绪论1-4 内力、截面法和应力的概念应力：内力系在某点的内力集度，反映内力系在该点的强弱。FN AC第35页/共56

13、页30 30 三月三月 2023 2023第一章 绪论1-4 内力、截面法和应力的概念应力p可分解：正应力；切应力。p应力单位：牛/米2（N/m2），称为帕斯卡或简称帕（Pa）。通常使用的是兆帕，即MPa（1MPa=106Pa)第36页/共56页30 30 三月三月 2023 2023第一章 绪论1-5 变形和应变xyMM xMLNMLNx+s第37页/共56页30 30 三月三月 2023 2023第一章 绪论线应变与角应变xMLNMLNx+s第38页/共56页30 30 三月三月 2023 2023例例1-5-1:求求ab边的平均应变和边的平均应变和ab、ad 两边夹角的变化两边夹角的变化

14、250200adcba0.025g g第一章 绪论第39页/共56页30 30 三月三月 2023 2023第一章 绪论250200adcba0.025g g第40页/共56页30 30 三月三月 2023 2023小变形假设小变形假设A AB BC CF F12 远小于构件的最小尺远小于构件的最小尺寸，在研究构件的平衡和运寸，在研究构件的平衡和运动时按变形前的原始尺寸进动时按变形前的原始尺寸进行计算，以保证问题在几何行计算，以保证问题在几何上是线性的。这样，计算得上是线性的。这样，计算得到了很大的简化。到了很大的简化。第一章 绪论第41页/共56页30 30 三月三月 2023 2023 P

15、第一章 绪论 FN1FN2P第42页/共56页30 30 三月三月 2023 20231-6 杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式构件的分类：构件的分类：杆件、板壳杆件、板壳*、块体、块体*杆件：杆件：直杆：直杆：折杆：折杆：曲杆：曲杆：等截面直等截面直杆、变截面直杆杆、变截面直杆等截面折等截面折杆、变截面折杆杆、变截面折杆等截面曲等截面曲杆、变截面曲杆杆、变截面曲杆第一章 绪论第43页/共56页30 30 三月三月 2023 2023杆件纵向尺寸（长度）远比横向尺寸大得多的构件。直杆轴线为直线的杆曲杆轴线为曲线的杆等截面直杆横截面的形状和大小不变的直杆第一章 绪论1-6 杆件变形的基本形式杆

16、件变形的基本形式第44页/共56页30 30 三月三月 2023 2023板和壳板和壳：构件一个方向的尺寸（厚度）远小于其它两构件一个方向的尺寸（厚度）远小于其它两个方向的尺寸。个方向的尺寸。块件块件：三个方向（长、宽、高）的尺寸相差不多的构三个方向（长、宽、高）的尺寸相差不多的构件件 第一章 绪论1-6 杆件变形的基本形式杆件变形的基本形式第45页/共56页30 30 三月三月 2023 2023第一章 绪论1、拉伸或压缩实例拉伸或压缩实例第46页/共56页30 30 三月三月 2023 20231、轴向拉伸或压缩轴向拉伸或压缩受力特征受力特征变形特征变形特征第一章 绪论第47页/共56页3

17、0 30 三月三月 2023 20232、剪切实例剪切实例第一章 绪论第48页/共56页30 30 三月三月 2023 20232、剪切剪切第一章 绪论受力特征受力特征变形特征变形特征第49页/共56页30 30 三月三月 2023 20233、扭转实例扭转实例第一章 绪论第50页/共56页30 30 三月三月 2023 20233、扭转扭转第一章 绪论受力特征受力特征变形特征变形特征第51页/共56页30 30 三月三月 2023 20234、弯曲实例弯曲实例第一章 绪论第52页/共56页30 30 三月三月 2023 20234、弯曲弯曲第一章 绪论受力特征受力特征变形特征变形特征第53页/共56页30 30 三月三月 2023 2023刚体静力学中关于平衡的理论和方法能否应用于材料力学？上述两种情形下对弹性杆的平衡和变形将会产生什么影响？第一章 绪论第54页/共56页30 30 三月三月 2023 2023 第一章结束第一章 绪论第55页/共56页