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材料力学课件全套刘鸿文版 课件

时间:2015-05-27


材料力学

Mechanics of Materials

材料力学
Mechanics of Materials

王凤仙

材料力学

Mechanics of Materials

材料力学
比 萨 斜 塔

M

echanics of Materials

比萨斜塔建于1173年,塔高79尺

材料力学
本章目的

Mechanics of Materials

介绍课程性质、与其它课程及生产实践关系;明确课程任务。 基本要求 明确材料力学的研究对象、内容、方法及目的; 区别变形体与刚体,正确理解变形固体的基本假设 及其作用和意义;载荷的形式; 理解内力及截面法 引进应力和应变概念;

材料力学

Mechanics of Materials

第一章 绪论
§1-1 材料力学的任务

§1-2 变形固体的基本假设
§1-3 外力及其分类

§1-4 内力、截面法和应力的概念
§1-5 变形与应变

§1-6 杆件变形的基本形式
2015年5月27日星期三

材料力学

Mechanics of Materials

§1-1 材料力学的任务
材料力学研究什么?
工程材料的力学性能和构件的安全问题。 工程结构或机械的各组成部分统称为构件
1. 材料力学主要研究构件的强度、刚度和稳定性等 问题, 2. 以理论分析为基础,培养学生将工程实际问题提 炼成力学问题(即力学建模), 3. 从而进行求解的能力(计算能力)以及实验技能。

相关联课程:工程材料、理论力学、机械设计、夹 具、毕业设计
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材料力学

Mechanics of Materials

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材料力学

Mechanics of Materials

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材料力学

Mechanics of Materials

理论力学 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

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材料力学

Mechanics of Materials

对构件在荷载作用下正常工作的要求
1.强度要求 有足够的抵抗破坏的能力 2.刚度要求 有足够的抵抗变形的能力 3.稳定性要求 有足够的保持原有平衡形态的能力

材料力学 ? 1、强度:
构 件 的 抗 破 坏 能 力

Mechanics of Materials

材料力学
强度问题:

Mechanics of Materials

美国的 Tacoma 桥 于 1940 年 11 月 7 日( 7

月1日)因风力引起
的振动而产生断裂

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材料力学 ? 2、刚度:
构 件 的 抗 变 形 能 力
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Mechanics of Materials

材料力学 ? 3 稳定性
保 持 原 有 平 衡 状 态 的 能 力

Mechanics of Materials

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材料力学

Mechanics of Materials

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。

理论分析
材料力学包含的 两个方面 测定材料的力学性 能;解决某些不能 全靠理论分析的问 题

实验研究

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材料力学 Mechanics of Materials §1-2 变形固体的基本假设
变形固体:在外力作用下,一切固体都将发生变形。

材料力学中通常对其作下列假设 : 1.连续性假设:物质不留间隙了充满了固体的体积。
2.均匀性假设:物体内,各处的力学性能完全相同。 3.各向同性假设:组成物体的材料沿各方向的力学性能完全 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。) 4.小变形假设:材料力学所研究的构件在载荷作用下的变形 与原始尺寸相比甚小,故对构件进行受力分析时可忽略其 变 形。 符合假设1、2、3的构件称为理想变形体,符合小变形假设 的理想变形体称为理想弹性体,这就是材料力学的研究对象。

材料力学

Mechanics of Materials

§1-3 外力及其分类
外力按作用方式分: 体积力: 重力、惯性力; 表面力:水压力、面接触的力;

表面力分: 分布力:连续作用于表面的力; 集中力:火车车轮对钢轨、支座等。

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材料力学

Mechanics of Materials

外力按随时间变化分: 静载荷:自重,变化相对较慢; 动载荷:交变载荷、冲击;

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材料力学

Mechanics of Materials

§1-4 内力、截面法和应力的概念
一、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。

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材料力学
二、截面法 ?截开 ?取一侧 ?代替 ?平衡

Mechanics of Materials

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材料力学

Mechanics of Materials

例1:钻床如图所示,在载荷P作用下,试确定截面 m—m上的内力。

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材料力学

Mechanics of Materials

P

? FX ? 0, P ? FN ? 0

O M

? mo ? 0, Pa ? M ? 0 ∴ FN ? P, M ? Pa
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FN

材料力学

Mechanics of Materials

三、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

C ?A

pm ?

?FN ?A
?FN ?A

p ? lim pm ? lim
?A?0

?A?0

dFN ? dA

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材料力学

Mechanics of Materials

应力p可分解:

p

?

正应力—— ?; 切应力——?。

?

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)
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材料力学

Mechanics of Materials

§1-5
y

变形和应变
L’

L
M’ M’ M M

?x+ ?s
N

N’

?x

x
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材料力学
?线应变与角应变

Mechanics of Materials

M ?N ? ? MN ?s ? ? lim ? m ? lim ? lim MN ?0 MN ?0 ?x ?0 ?x MN
?? ? ? ? lim ? ? ?L?M ?N ? ? MN ? 0 2 ? ? ML ? 0
L’

L
M’ M

?x+ ?s
N

N’

?x

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材料力学

Mechanics of Materials

例1.2:求ab边的平均应变和ab、ad 两边夹角的变化

250
c b

200

?
d

a a’

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0.025

材料力学

Mechanics of Materials

250
c b

200

?
d

aa? 0.025 ?m ? ? ? 125?10?6 200 ab aa? 0.025 ? ? tg? m ? ? ? 100?10?6 rad 250 ad
2015年5月27日星期三

a a’

0.025

材料力学
小变形假设
A δ1 B C F

Mechanics of Materials

δ远小于构件的最小尺 寸,在研究构件的平衡和运 动时按变形前的原始尺寸进 行计算,以保证问题在几何 上是线性的。这样,计算得 到了很大的简化。
δ2

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材料力学

Mechanics of Materials

FN1
? ? ? ?

FN2

P

P

2FN1 cos? ? P
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FN 1 ? FN 2

P ? 2 cos ?

材料力学

Mechanics of Materials

§1-6

杆件变形的基本形式

根据几何形状以及各个方向上尺度的差异,弹性体 大致可分为杆、板、壳、体四大类。

材料力学

Mechanics of Materials

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

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材料力学

Mechanics of Materials

板和壳:构件一个方向的尺寸(厚度)远小于其 它两个方向的尺寸。 块件:三个方向(长、宽、高)的尺寸相差不多 的构件

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材料力学
四种基本变形

Mechanics of Materials

1、轴向拉伸或压缩

轴向拉伸

b 轴向压缩

? 受力特征:外力沿轴线 ? 变形特征:沿轴伸长或缩短
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材料力学
2、剪切

Mechanics of Materials

? 受力特征: 外力垂直轴,等值、反向、错开 ? 变形特征:相对错动
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材料力学
3、扭转

Mechanics of Materials

? 受力特征:等值、反向力偶 ? 变形特征:绕轴相对转动

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材料力学
4、弯曲

Mechanics of Materials

? 受力特征:外力垂直轴 ? 变形特征:轴变弯

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材料力学
内容 种类 轴向拉伸 及 压缩 Axial Tension 剪切 Shear 扭转 Torsion 平面弯曲 Bending

Mechanics of Materials 杆件受力与变形的的几种形式
外力特点 变形特点

组合受力(Combined Loading)与变形

材料力学

Mechanics of Materials

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?
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材料力学

Mechanics of Materials

材料力学的任务: 材料力学是研究构件承载能力的一门学科。 1.强度问题 有足够的抵抗破坏的能力 2.刚度问题 有足够的抵抗变形的能力 3.稳定性问题 有足够的保持原有平衡形态的能力

材料力学

Mechanics of Materials

研究方法: 一 建立力学模型 1、确定杆件的受力状态 利用静力学、运动学、动力学知识确定杆件的受力 2、抓住研究对象的主要属性,建立基本假设和基本条件 (1)均匀连续假设 ---物体内均匀地无间隙地充满物质。能使用 数学分析 (2)各向同性假设---材料各不同方向的力学性质都相同。 (3)变形微小假设---只研究变形较小的问题。 3、根据受力和变形特点先研究几种基本变形,最后再综合分析。 二 利用杆件变形的几何条件、静力学平衡条件、变形和受力间 的物理关系推导计算公式 三 通过材料力学实验确定杆件的许用极限,设计或校核工程杆 件

材料力学
?

Mechanics of Materials 杆件的几种基本变形形式
?
B
B B B

1 轴向拉伸或压缩
A
A B C C C A

2 剪切

?

3 扭转

?

4 弯曲

材料力学

Mechanics of Materials
静力学 运动学 动力学 拉伸与压缩 剪切 扭转 弯曲

理论力学 工程力学 材料力学

提 题 择 的 系

出 , 有 研

问 选 关 究 统

建立力 学模型

利用力学 原理进行 分析、推 理,得出 结 论

与已知理 论或由实 验进行验 证

确 认 或 改 善 模 型

材料力学

Mechanics of Materials

希腊字母发音
? 1 Α α alpha a:lf 阿尔法 2 Β β beta bet 贝塔 3 Γ γ gamma ga:m 伽马 4 Γ δ delta delt 德尔塔 5 Δ ε epsilon ep`silon 伊普西龙 6 Ε δ zeta zat 截塔 7 Ζ ε eta eit 艾塔 8 Θ ζ thet ζit 西塔 9 Η η iot aiot 约塔 10 Κ θ kappa kap 卡帕 11 ∧ ι lambda lambd 兰布达 12 Μ κ mu mju 缪
?

13 Ν λ nu nju 纽 14 Ξ μ xi ksi 克西 15 Ο ν omicron omik`ron 奥密克 戎 16 ∏ π pi pai 派 17 Ρ ξ rho rou 肉 18 ∑ ζ sigma `sigma 西格马 19 Τ η tau tau 套 20 Υ υ upsilon jup`silon 宇普西龙 21 Φ θ phi fai 佛爱 22 Φ χ chi phai 西 23 Χ ψ psi psai 普西 24 Ψ ω omega o`miga 欧米伽

材料力学

Mechanics of Materials

Any question ?

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材料力学

Mechanics of Materials

祝大家学习 愉快!

2015年5月27日星期三

材料力学

Mechanics of Materials
理论力学 分析力学 多刚体力学

一般力学 物 理 学 力 学 固体力学

。。。。

材料力学 弹性力学 断裂力学 。。。。 流体力学 计算流体 动力学

? 研究物体上的力、物

体在力作用下的力学 行为(响应)、响应 机理以及力与响应之 间的关系

流体力学

。。。

?

材料力学是固体力学的重 要分支之一。

材料力学

Mechanics of Materials

材料力学与生产实践的关系

工程结构和机械的组成单元:构件
构件作用:承力和(或)传递运动 。 构件设计与应用中需要科学处理的问题
1 构件在外力或外荷载下将产生怎样的

力学行为或响应?
2 响应将会对构件工作产生怎样的影响?

如何保证构件安全、正常工作?
3 如何合理解决构件安全与经济间的矛盾?

?以上是构件设计与应用中必然遇到和必须

解决的问题。材料力学因此而建立和发展。

材料力学 材料力学发展简史

Mechanics of Materials

Jialile 伽利略 Galileo (1564-1642)

意大利天文学家、力学家、哲学家。 伽利略是第一个把实验引进力学的 科学家 。他得到了摆的等时性定律, 自由落体定律 ,提出加速度的概念。

材料力学 材料力学发展简史

Mechanics of Materials

罗伯特.胡克(Hooke Robert 1635-1703) 是17世纪英国最杰出的科学家之一。他是英国著名的 物理学家和天文学家,在光学、天文学、生物学等方 面都有重大成绩,在力学方面的贡献更是卓越,是早 期探索万有引力的科学家之一,并发现了有名的弹性 定律。

他的《显微图集》首次显示了动 植物和矿物的显 微结构,并引入了“细胞”一词。

材料力学 材料力学发展简史

Mechanics of Materials

胡克:1660年实验发现弹簧的力与 变形成正比,1678年发表论文
我国东汉的经学家郑玄(公元127-200 ),在注释《考工记?弓人》中“量其力 ,有三均”这句话时,写下了“假令弓 力胜三石,引之中三尺,弛其弦,以绳 缓擐之,每加物一石,则张一尺”。比 胡克早1500年提出力与变形成正比。

材料力学 材料力学发展简史

Mechanics of Materials

拉格朗日J-L.Lagrange,1736 -1813,意大利
他用纯分析的方法发展了欧拉所开创的变 分法,为变分法奠定了理论基础。把力学 体系的运动方程从以力为基本概念的牛顿 形式,改变为以能量为基本概念的分析力 学形式,奠定了分析力学的基础。

材料力学 材料力学发展简史

Mechanics of Materials

铁摩辛柯, Stephen Prokofievitch Timoshenko (1878~1972) 美籍俄罗斯力学家。 《材料力学》 铁木辛柯 ,盖尔 1972,科学出版杜

材料力学 材料力学发展简史

Mechanics of Materials

十八世纪以后 生产的发展,新型建筑物、运 输工具、机械的发明与使用, 冶金工业的发展、新材料的出 现与应用,促使材料力学成为 一门科学。 Daniel Bernoulli , Euler,Lagrange, Coulomb, Navier, Thomas Young, Laplace, Cauchy, Poisson, Lame, Saint Venant 等等众多科学家在材 料力学试验和理论上均做出了重要 贡献,使其不断发展。

材料力学
研究内容
研究内容 固体物理学

Mechanics of Materials

原子之间的相互作用使物体保持一定 的形状。即在外部因素作用前,固体 内粒子之间已存在相互作用力。 外部荷载作用下构件的响应
1

物体整体位置 随时间变化, 即通常所谓的 刚体运动。

ω F

理论力学研究

材料力学
研究内容
2

Mechanics of Materials

质点间相互作用程度改变,即产生附加作用,使质点间相 对位置变化,宏观上物体尺寸与形状将产生变化。即物体 变形(Deformation),称其为变形体 (Deformable Body)。

外部载荷

材料力学
三大基本原理

Mechanics of Materials

固体力学研究之三大基本原理(Newton体系)
1 外力作用下,物体(变形体)内部产生

内力;所有的力必须满足力的平衡关系
2 物体变形应满足几何关系:无空隙无重

叠。物体的变形必须满足变形协调关系

3 力与变形的关系;物理关系,由材料力学性能决定。

材料力学

Mechanics of Materials 能量原理,实验方法
能量原理- Lagrange 体系

当构件受到外荷载作用而产生变形时,荷载作用点产 生一定位移,在此过程中,外荷载做功;同时构件内 将存储一定的变形能 (Deformation Energy) 。 根据能量原理可建立寻求力、变 形或位移的有效方法。

? 一定条件下,能量法与力学三大原
理存在等价性。 实验方法 材料实验:研究材料的破坏机理;获得其力学性能及行为。 构件实验:实测构件的力学响应;验证理论。

材料力学

Mechanics of Materials

1.1 材料力学的任务


材料力学课件例题

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北京航空航天大学 材料力学课件 TRY8

北京航空航天大学 材料力学课件 TRY8_工学_高等教育_教育专区。北京航空航天大学...刘鸿文版材料力学课件全... 100页 1下载券 刘鸿文版材料力学课件全... 100页...