刘鸿文版材料力学课件全套(1)

精品课件
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§1.1 材料力学的任务
四川彩虹桥坍塌
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§1.1 材料力学的任务
比萨斜塔
美国纽约马尔克大桥坍塌
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§1.1 材料力学的任务
二、基本概念 1、构件：工程结构或 机械的每一组成部分。 （例如：行车结构中的 横梁、吊索等）
理论力学—研究刚体，研究力与运动的关系。 材料力学—研究变形体，研究力与变形的关系。 2、变形：在外力作用下，固体内各点相对位置的 改变。(宏观上看就是物体尺寸和形状的改变）
为了表示内力在一点处的强度，引入内力集度,
即应力的概念。
F A
pm
F A
—— 平均应力
C
p lim F A0 A
—— C点的应力
p
F4
F3
F4
应力是矢量，通常分解为
C
— 正应力 — 切应力
F3
应力的国际单位为 Pa（帕斯卡） 1Pa= 1N/m2
1kPa=103N/m2 1MPa=106N/m2 1GPa=109N/m2
4、稳定性：
在载 荷作用下， 构件保持原 有平衡状态 的能力。
强度、刚度、稳定性是衡量构件承载能力 的三个方面，材料力学就是研究构件承载能力 的一门科学。
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§1.1 材料力学的任务
三、材料力学的任务
材料力学的任务就是在满足强度、刚 度和稳定性的要求下，为设计既经济又安全的 构件，提供必要的理论基础和计算方法。
若外力作用面积远小于物体表面的尺寸，可 作为作用于一点的集中力。如火车轮对钢轨 的压力等
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§1.3 外力及其分类
按外力与时间的关系分类

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§2.1 轴向拉伸与压缩的概念和实例
目录
§2.1 轴向拉伸与压缩的概念和实例
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§2.1 轴向拉伸与压缩的概念和实例
受力特点与变形特点：
作用在杆件上的外力合力的作用线与 杆件轴线重合，杆件变形是沿轴线方向的伸 长或缩短。
拉（压）杆的受力简图
拉伸
F
FF
压缩
F
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§2.1 轴向拉伸与压缩的概念和实例
材料力学主要研究杆件
{ 直杆—— 轴线为直线的杆 曲杆—— 轴线为曲线的杆
{等截面杆——横截面的大小 形状不变的杆 变截面杆——横截面的大小 或形状变化的杆 等截面直杆 ——等直杆
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§1.2 变形固体的基本假设
在外力作用下，一切固体都将发生变形， 故称为变形固体。在材料力学中，对变形固体 作如下假设： 1、连续性假设： 认为整个物体体积内毫无空隙地充满物质 灰口铸铁的显微组织 球墨铸铁的显微组织
45° B
C
2
FN1
F
y
FN 2 45° B x
解：1、计算各杆件的轴力。 （设斜杆为1杆，水平杆为2杆） 用截面法取节点B为研究对象
Fx 0 FN1 cos 45 FN 2 0 Fy 0 FN1 sin 45 F 0
F
FN1 28.3kN
FN 2 20kN
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§2.2 轴向拉伸或压缩时横截面上的内力和应力
m F4
m
F3
F4
F3
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§1.4 内力、截面法和应力的概念 例如
F
a
a
F
M FS
FS＝F M Fa
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§1.4 内力、截面法和应力的概念
例 1.1 钻床 求：截面m-m上的内力。

刚度：在载荷作用下，构件抵抗变形的能力。 3、内力：构件内由于 发生变形而产生的相 互作用力。（内力随 外力的增大而增大） 强度：在载荷作用下， 构件抵抗破坏的能力。
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§1.1 材料力学的任务
4、稳定性：
在载荷
作用下，构
件保持原有
平衡状态的 能力。 强度、刚度、稳定性是衡量构件承载能力 的三个方面，材料力学就是研究构件承载能力 的一门科学。
材料力学的学习方法



掌握三个基本：基本概念 基本理论 基本方法 培养三种能力: 获取知识的能力 运用知识的能力 创新知识的能力 预、听、读、练、结。
材料力学的考核



课程学时：64 课内外学时比：1：1.5 课程教材：材料力学---刘鸿文第五版 课程参考书： 1、单辉祖主编：《材料力学Ⅰ》，高等教育出版社，2009 年7月第三版 2、孙训芳主编，《材料力学》，高等教育出版社，2009年 第7版第五版 课程成绩：笔试成绩（ 50% ）卷一、二。 平时成绩（ 50% ） 考勤听课10% ，作业10% ，单元测验30% 。
材料力学
刘鸿文主编 高等教育出版社
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绪 论

理论力学是研究物体机械运动一般规 律的科学。
材料力学是研究构件在外力作用下变 形和破坏规律的科学。

材料力学的性质
材料力学是机械类、土木类等各专业 的一门技术基础课，是固体力学的一个分支。 通过本课程的学习，使学生对材料力学的基 本概念、基本理论、基本分析方法有明确的 认识，掌握一定的计算能力和实验能力，能 对简单的力学问题进行定量或定性分析，为 后续课程的学习打下牢固的基础。
FN F
§2.2 轴向拉伸或压缩时横截面上的内力和应力

x
切应变（角应变）
M点处沿x方向的应变： M点在xy平面内的切应变为：
x
lim
x0
s x
g lim ( LM N)
MN0 2
ML0
类似地，可以定义 y , z ,g 均为无量纲的量。
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§1.5 变形与应变
例 1.2
c
已知：薄板的两条边
4、稳定性：
在载荷 作用下，构 件保持原有 平衡状态的 能力。
强度、刚度、稳定性是衡量构件承载能力 的三个方面，材料力学就是研究构件承载能力 的一门科学。
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§1.1 材料力学的任务
三、材料力学的任务
材料力学的任务就是在满足强度、刚度 和稳定性的要求下，为设计既经济又安全的构 件，提供必要的理论基础和计算方法。
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§1.3 外力及其分类
按外力与时间的关系分类
静载： 载荷缓慢地由零增加到某一定值后，就保持不变或变动很不显著， 称为静载。
动载： 载荷随时间而变化。
如交变载荷和冲击载荷
交变载荷
冲击载荷
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§1.4 内力、截面法和应力的概念
内力：外力作用引起构件内部的附加相互作用力。 求内力的方法 — 截面法
传统具有柱、梁、檩、椽的木 制房屋结构
建于隋代（605年）的河北赵州桥桥 长64.4米，跨径37.02米，用石2800 吨
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§1.1 材料力学的任务
古代建筑结构
建于辽代（1056年）的山西应县佛宫寺释迦塔 塔高9层共67.31米，用木材7400吨 900多年来历经数次地震不倒，现存唯一木塔
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§1.1 材料力学的任务
架的变形略去不计。计算得到很大的简
化。
C
δ1

.
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§1.1 材料力学的任务
比萨斜塔
美国纽约马尔克大桥坍塌
.
§1.1 材料力学的任务
二、基本概念 1、构件：工程结构或 机械的每一组成部分。 （例如：行车结构中的 横梁、吊索等） 理论力学—研究刚体，研究力与运动的关系。 材料力学—研究变形体，研究力与变形的关系。 2、变形：在外力作用下，固体内各点相对位置的 改变。(宏观上看就是物体尺寸和形状的改变）
.
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§1.2 变形固体的基本假设
3、各向同性假设： 认为在物体内各个不同方向的力学性能相同
（沿不同方向力学性能不同的材料称为各向异性 材料。如木材、胶合板、纤维增强材料等）
4、小变形与线弹性范围
A
认为构件的变形极其微小，
比构件本身尺寸要小得多。
δ1
如右图，δ远小于构件的最小尺寸，
所以通过节点平衡求各杆内力时，把支
x
lim x0
s x
g lim(LMN)
2 MN0
M L0
类似地，可以定义 y , z ,g 均为无量纲的量。
.
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§1.5 变形与应变
例 1.2
c
已知：薄板的两条边
.
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§1.1 材料力学的任务
｛弹性变形 — 随外力解除而消失 塑性变形(残余变形)— 外力解除后不能消失 刚度：在载荷作用下，构件抵抗变形的能力。 3、内力：构件内由于 发生变形而产生的相 互作用力。（内力随 外力的增大而增大） 强度：在载荷作用下， 构件抵抗破坏的能力。
.
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§1.1 材料力学的任务
C
p lim F A0 A
—— C点的应力
p
F4
F3

FmaxA
Fmax
W
sin
W
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§2.2 轴向拉伸或压缩时横截面上的内力和应力
0.8m
B C
Fmax
FRCx C FRCy
d
由三角形ABC求出
1.9m
sin BC 0.8 0.388
A
AB 0.82 1.92
Fmax
W
sin
15 0.388
38.7kN
斜杆AB的轴力为
FN Fmax 38.7kN
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§1.1 材料力学的任务
｛弹性变形 — 随外力解除而消失 塑性变形(残余变形)— 外力解除后不能消失 刚度：在载荷作用下，构件抵抗变形的能力。 3、内力：构件内由于 发生变形而产生的相 互作用力。（内力随 外力的增大而增大） 强度：在载荷作用下， 构件抵抗破坏的能力。
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§1.1 材料力学的任务
W
斜杆AB横截面上的应力为
Fmax
FmaxA
FN A
38.7 103
(20103)2
4
W
123106 Pa 123MPa
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§2.3 直杆轴向拉伸或压缩时斜截面上的应力
实验表明：拉（压）杆的破坏并不总是沿
4、稳定性：
在载荷 作用下，构 件保持ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ有 平衡状态的 能力。
强度、刚度、稳定性是衡量构件承载能力 的三个方面，材料力学就是研究构件承载能力 的一门科学。
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§1.1 材料力学的任务
三、材料力学的任务
材料力学的任务就是在满足强度、刚度 和稳定性的要求下，为设计既经济又安全的构 件，提供必要的理论基础和计算方法。
四川彩虹桥坍塌
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杆件受力与变形的的几种形式
内容 种类
轴向拉伸 及 压缩
Axial Tension
剪切 Shear
外力特点
扭转 Torsion
平面弯曲 Bending
组合受力（Combined Loading）与变形
变形特点
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？
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
§1-3 外力及其分类
Mechanics of Materials
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。
材料力学
Mechanics of Materials
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)
2021/7/4
构件 的抗 变形 能力
Mechanics of Materials
2021年7月4日星期日
材料力学
▪ 3 稳定性
保持 原有 平衡 状态 的能 力
Mechanics of Materials
2021年7月4日星期日
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。