第1次课-材力绪论201503
合集下载
材料力学课件第1章绪论
问 题
自行车结构也有强度、 刚度和稳定问题
大型桥梁的强度 刚度 稳定问题
桥面结构
缆索与立柱
桥墩
南京长江大桥
上海南浦大桥
澳门桥
1940年11月，华盛顿州的Tacoma Narrows桥，由于桥面刚度太差， 在45 mph风速的情形下，产生“Galloping Gertie”（驰振）。
第一章 绪 论
一、材料力学的任务及与工程的联系 二、变形固体的性质及基本假设 三、外力及其分类 四、内力、截面法和应力 五、正应变与切应变 六、杆件变形的基本形式
§1-1、材料力学的任务及与工程的联系
材料力学：研究物体受力后的内在表现， 即，变形规律和破坏特征。
材料力学与工程设计密切相关。
强度、刚度、稳定性
扭转（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 。
弯曲（bending）
当外加力偶M或外力作用于杆件的纵向平面内 时，杆件将发生弯曲变形，其轴线将变成曲线。
组合受力
由基本受力形式中的两种或两种以上所共同形成 的受力与变形形式即为组合受力与变形。
工程中的梁、杆结构
拉伸或压缩（tension or compression）
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。
剪切（shearing）
在平行于杆横截面 的两个相距很近的平面 内，方向相对地作用着 两个横向力，当这两个 力相互错动并保持二者 之间的距离不变时，杆 件将产生剪切变形。
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。
自行车结构也有强度、 刚度和稳定问题
大型桥梁的强度 刚度 稳定问题
桥面结构
缆索与立柱
桥墩
南京长江大桥
上海南浦大桥
澳门桥
1940年11月，华盛顿州的Tacoma Narrows桥，由于桥面刚度太差， 在45 mph风速的情形下，产生“Galloping Gertie”（驰振）。
第一章 绪 论
一、材料力学的任务及与工程的联系 二、变形固体的性质及基本假设 三、外力及其分类 四、内力、截面法和应力 五、正应变与切应变 六、杆件变形的基本形式
§1-1、材料力学的任务及与工程的联系
材料力学：研究物体受力后的内在表现， 即，变形规律和破坏特征。
材料力学与工程设计密切相关。
强度、刚度、稳定性
扭转（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 。
弯曲（bending）
当外加力偶M或外力作用于杆件的纵向平面内 时，杆件将发生弯曲变形，其轴线将变成曲线。
组合受力
由基本受力形式中的两种或两种以上所共同形成 的受力与变形形式即为组合受力与变形。
工程中的梁、杆结构
拉伸或压缩（tension or compression）
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。
剪切（shearing）
在平行于杆横截面 的两个相距很近的平面 内，方向相对地作用着 两个横向力，当这两个 力相互错动并保持二者 之间的距离不变时，杆 件将产生剪切变形。
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。
北大材料力学课件ch0材力绪论
*本假设 （Deformable Solids and their Basic Hypotheses）
连续-----是指材料在结构上是密实的、无间隙的。变形前和变形后物体均充满连续介质。因此物体内各力学量如应力、应变和位移都是坐标的连续函数。 均质-----是指变形固体内部各点处的力学性质完全相同。即材料的力学性质与坐标位置无关。 最基本的材料性质模型是连续均质介质模型。
1—3. 可变形固体的性质及其基本假设 （Deformable Solids and their Basic Hypotheses）
因为无数微结构性质的统计平均值是稳定的。于是把这种物体简化成连续均匀、各向同性体是合理的。（如金属陶瓷、塑料和拌合均匀的混凝土材料。有些材料的微观构造为有序排列，如轧制钢板、顺纹木材或竹材，其宏观性质是正交各向异性的。而冷扭钢丝、纤维杂乱的木材是各向异性材料的实例。
*
*
第一章 绪论及基本概念(Ch1.Introduction) 1—1. 材料力学的任务(Basic Task of Mechanics of Materials) 1—2. 材料力学与生产实践的关系 1—3.可变形固体的性质及其基本假设（Deformable Solids and their Basic Hypotheses） 1—4. 材料力学主要研究对象（杆件）的几何特征
*
*
§1—3. 可变形固体的性质及其基本假设 （Deformable Solids and their Basic Hypotheses）
上述材料性质模型的合理性是从宏观角度来说的。由物质结构理论知道，从微观看，材料是不连续、不均匀和各向异性的。当宏观研究部分的尺寸较微观结构尺寸大得多，且无数微观结构杂乱无章排列时，这种微观上的不连续、不均匀和各向异性对宏观影响就是次要因素了。
连续-----是指材料在结构上是密实的、无间隙的。变形前和变形后物体均充满连续介质。因此物体内各力学量如应力、应变和位移都是坐标的连续函数。 均质-----是指变形固体内部各点处的力学性质完全相同。即材料的力学性质与坐标位置无关。 最基本的材料性质模型是连续均质介质模型。
1—3. 可变形固体的性质及其基本假设 （Deformable Solids and their Basic Hypotheses）
因为无数微结构性质的统计平均值是稳定的。于是把这种物体简化成连续均匀、各向同性体是合理的。（如金属陶瓷、塑料和拌合均匀的混凝土材料。有些材料的微观构造为有序排列，如轧制钢板、顺纹木材或竹材，其宏观性质是正交各向异性的。而冷扭钢丝、纤维杂乱的木材是各向异性材料的实例。
*
*
第一章 绪论及基本概念(Ch1.Introduction) 1—1. 材料力学的任务(Basic Task of Mechanics of Materials) 1—2. 材料力学与生产实践的关系 1—3.可变形固体的性质及其基本假设（Deformable Solids and their Basic Hypotheses） 1—4. 材料力学主要研究对象（杆件）的几何特征
*
*
§1—3. 可变形固体的性质及其基本假设 （Deformable Solids and their Basic Hypotheses）
上述材料性质模型的合理性是从宏观角度来说的。由物质结构理论知道，从微观看，材料是不连续、不均匀和各向异性的。当宏观研究部分的尺寸较微观结构尺寸大得多，且无数微观结构杂乱无章排列时，这种微观上的不连续、不均匀和各向异性对宏观影响就是次要因素了。
材料力学 第1章 绪论
第一章 绪论
物体只有在外力推动下 才运动，外力停止时， 运动停止
材料 力学
第一章 绪论
力学是数学的乐园，因为我 们在这里获得了数学的果实 。
--- 达芬奇
材料 力学
第一章 绪论
伽 利 略
1638年：《关于两种新科学的叙述与证明》
材料力学 独立出现可以指导工程设计，解决工程问题
材料 力学
第一章 绪论
力学
立柱
梁
拉索
材料 第一章 绪论： 材料力学的研究对象
力学
材料 第一章 绪论： 材料力学的研究对象
力学
材料
力工学 程实例
杆件大量的被用于建筑、桥梁、日常生活 的方方面面中。因此，研究杆件的变形和 承载能力具有非常现实和重要的意义。
材料 力学
第一章 绪论
材料力学
是研究杆件 承载能力 的一门科学
2、各向同性假设
认为材料在各方向上的力学性质相同。 3、小变形假设
构件受力后变形的尺寸大小远远小于构件原始尺寸。
材料 力学
第一章 绪论 材料力学的研究对象
构件的几何特征
长度远大于横向尺寸，称为杆件(rod)，如轴、柱、梁等 厚度远小于其他两个方向的尺寸，称为板件。中面（平分其厚度的面）是 平面的叫板(Plate)，中面是曲面的则叫壳(Shell)。
三个方向的尺寸在同一量级称体(solid)。
体(solid)
材料 力学
第一章 绪论
材料力学
是研究 杆件 承载能力的一门科学
材料 第一章 绪论： 材料力学的研究对象
力学 传统具有柱、梁、檩、椽的木制房屋结构
材料 第一章 绪论： 材料力学的研究对象
力学 万里长江第一桥---武汉长江大 桥
001 材力绪论--土木
11:56:41
Mechanics of materials
40
变形—弹性变形；塑性（残余）变形
二、变形固体的基本假设：
1、连续性假设： 2、均匀性假设： 3、各向同性假设：
11:56:41
认为变形固体整个体积内都被物质 充满，没有空隙和裂缝 认为变形固体整个体积内各点处的 力学性质相同
认为变形固体沿各个方向的力学性 质相同（不适合所有的材料）
Mechanics of materials 14
变截面直杆：各横截面的 大小不相同的直杆
横截面：垂直于杆长度方向的截面。
*杆的两个几何要素：
轴
轴线 横截面
线：各横截面中点的连线。
拉压 *杆件变形的基本形式： 剪切 扭转
弯曲
11:56:41 Mechanics of materials 13
§1—2
变形固体及其基本假设
一、变形固体： 在外力作用下发生变形的固体
度
构件抵抗弹性变 形的能力 构件保持原有平 衡状态的能力
10
（3）构件应具备足够的稳定性
11:56:41
Mechanics of materials
材料力学是一门研究构件承载能力的科学
二、材料力学的研究对象——杆件
杆：一个方向的尺度远大于其他两个方向的尺度 板：一个方向的尺度远小于其他两个方向的尺度（平面）
11:56:41
Mechanics of materials
17
二、正应力与切应力
F1 F2
m
F3 F4
F1
F2
m
△FT △F
c
△A
△FN
F （1）、定义： pm A
11:56:41
吉林大学材料力学第1章 绪 论PPT课件
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 内力.截面法和应力的概念 § 1.4 变形与应变的概念
理
刚体 运动
论 力
力
物体
学 变形 材
破坏 料
可变形固体
力 学
§ 1.1 材料力学的任务
一.工程要求
设 机械 计 结构
零件 构件 (可变形固体)
?
要求:构件具有足够的承载能力
构件的承载 能力包括
1.强度
2.刚度 3.稳定性
?
问题: 1.什么叫构件的强度 `刚度 `稳定性? 2.什么叫构件具有足够的强度 刚度 `` 稳定性?
强度 ----构件抵抗 破坏的能力 刚度 ----构件抵抗变形的能力 稳定性 ----维持原有平衡状态的能力
“破坏” 失效
变形 弹性变形---去掉载荷能恢复的变形 塑性变形---去掉载荷不能恢复的变形 （永久变形，残余变形）
构件 可变形固体 各种材料 在研究中可能以整体,部分,微块为对
象,在方法上要用到数学中的微积分,所 以首先要对可变形固体进行一定的假设
1.连续性 2.均匀性
3.各向同性
小变形条件 原始尺寸原理
在理论力学中,建立平衡方程,运动方程,动力
方程,都是把物体抽象为刚体来进行的
在材料力学中,不能再把物体看作刚体.
足够的强度----构件在规定的载荷作用下不发
生破坏
足够的刚度----构件在规定的载荷作用下不发
生过大的弹性变形
足够的稳定性----构件在规定的载荷作用下
不失稳
香 港 青 马 大 桥
南京长江二桥 （斜拉桥，628米）
江阴长江大桥 （悬索桥，1385米）
§ 1.1 材料力学的任务 § 1.2 变形固体的基本假设 § 1.3 内力.截面法和应力的概念 § 1.4 变形与应变的概念
理
刚体 运动
论 力
力
物体
学 变形 材
破坏 料
可变形固体
力 学
§ 1.1 材料力学的任务
一.工程要求
设 机械 计 结构
零件 构件 (可变形固体)
?
要求:构件具有足够的承载能力
构件的承载 能力包括
1.强度
2.刚度 3.稳定性
?
问题: 1.什么叫构件的强度 `刚度 `稳定性? 2.什么叫构件具有足够的强度 刚度 `` 稳定性?
强度 ----构件抵抗 破坏的能力 刚度 ----构件抵抗变形的能力 稳定性 ----维持原有平衡状态的能力
“破坏” 失效
变形 弹性变形---去掉载荷能恢复的变形 塑性变形---去掉载荷不能恢复的变形 （永久变形，残余变形）
构件 可变形固体 各种材料 在研究中可能以整体,部分,微块为对
象,在方法上要用到数学中的微积分,所 以首先要对可变形固体进行一定的假设
1.连续性 2.均匀性
3.各向同性
小变形条件 原始尺寸原理
在理论力学中,建立平衡方程,运动方程,动力
方程,都是把物体抽象为刚体来进行的
在材料力学中,不能再把物体看作刚体.
足够的强度----构件在规定的载荷作用下不发
生破坏
足够的刚度----构件在规定的载荷作用下不发
生过大的弹性变形
足够的稳定性----构件在规定的载荷作用下
不失稳
香 港 青 马 大 桥
南京长江二桥 （斜拉桥，628米）
江阴长江大桥 （悬索桥，1385米）
材料力学第一章 绪论
ANSYS;ADINA/ADINAT;NASTRAN; ABAQUS 等
ANSYS 中支架 计算模
型
ANSYS中计算 模型的网格划
分图
支架变形 的动画图
支架应力变 化的动画图
扭转 弯曲
§1-3 材料力学的研究方法
材料力学的研究方法：
理论分析，试验研究。
飞机起落架冲击试验
铁试验
材料力学仅仅提供了工程 设计所必需的基础知识，对 于复杂应力状态下零件的设 计，需要借助于弹性力学及 有限单元法。
大型结构静动态分析软件飞速发展
A4复印纸在自重作用 下产生明显变形
折叠后变形明显减小
§1-1 材料力学的任务和基本假设 一、材料力学的任务
承载能力：
（1）构件应具备足够的强 度 （2）构件应具备足够的刚 度 （3）构件应具备足够的稳定性
构件抵抗破坏的 能力
构件抵抗弹性变 形的能力
构件保持原有平 衡状态的能力
二、变形固体： 在外力作用下发生变形的固体
壳：一个方向的尺度远小于其他两个方向的尺度（曲面)
杆件
壳
板
块体
横截面：垂直于杆长度方向的截面。
*杆的两个几何要素：
轴 线：各横截面中行心的连线。
等直杆：各横截面的大小
直杆：轴线为直线的杆 相同的直杆
杆
变截面直杆：各横截面的
曲杆：轴线为曲线的杆 大小不相同的直杆
轴线 横截面
拉压 *杆件变形的基本形式： 剪切
F
A1
F
δ2
构件在外力作用下发 生的变形与原有尺寸比 较非常小,（作静力分析 时变形可以忽略不计，
按原有尺寸计算）
§1-2 材料力学的研究对象
材料力学是一门研究构件承载能力的学科
ANSYS 中支架 计算模
型
ANSYS中计算 模型的网格划
分图
支架变形 的动画图
支架应力变 化的动画图
扭转 弯曲
§1-3 材料力学的研究方法
材料力学的研究方法：
理论分析，试验研究。
飞机起落架冲击试验
铁试验
材料力学仅仅提供了工程 设计所必需的基础知识，对 于复杂应力状态下零件的设 计，需要借助于弹性力学及 有限单元法。
大型结构静动态分析软件飞速发展
A4复印纸在自重作用 下产生明显变形
折叠后变形明显减小
§1-1 材料力学的任务和基本假设 一、材料力学的任务
承载能力：
（1）构件应具备足够的强 度 （2）构件应具备足够的刚 度 （3）构件应具备足够的稳定性
构件抵抗破坏的 能力
构件抵抗弹性变 形的能力
构件保持原有平 衡状态的能力
二、变形固体： 在外力作用下发生变形的固体
壳：一个方向的尺度远小于其他两个方向的尺度（曲面)
杆件
壳
板
块体
横截面：垂直于杆长度方向的截面。
*杆的两个几何要素：
轴 线：各横截面中行心的连线。
等直杆：各横截面的大小
直杆：轴线为直线的杆 相同的直杆
杆
变截面直杆：各横截面的
曲杆：轴线为曲线的杆 大小不相同的直杆
轴线 横截面
拉压 *杆件变形的基本形式： 剪切
F
A1
F
δ2
构件在外力作用下发 生的变形与原有尺寸比 较非常小,（作静力分析 时变形可以忽略不计，
按原有尺寸计算）
§1-2 材料力学的研究对象
材料力学是一门研究构件承载能力的学科
材力习题册参考答案(1-7章)
第一章绪论一、选择题1．根据均匀性假设，可认为构件的（C）在各处相同。
A．应力B．应变C．材料的弹性系数D．位移2．构件的强度是指（C），刚度是指（A），稳定性是指（B）。
A．在外力作用下构件抵抗变形的能力B．在外力作用下构件保持原有平衡状态的能力C．在外力作用下构件抵抗强度破坏的能力3．单元体变形后的形状如下图虚线所示，则A点剪应变依次为图(a) （A），图(b) （C），图(c) （B）。
A．0B．r2C．r D．1.5r4.下列结论中( C )是正确的。
A．内力是应力的代数和；B．应力是内力的平均值；C．应力是内力的集度；D．内力必大于应力；5. 两根截面面积相等但截面形状和材料不同的拉杆受同样大小的轴向拉力，它们的应力是否相等（B）。
A．不相等；B．相等；C．不能确定；6．为把变形固体抽象为力学模型，材料力学课程对变形固体作出一些假设，其中均匀性假设是指（C）。
A. 认为组成固体的物质不留空隙地充满了固体的体积；B. 认为沿任何方向固体的力学性能都是相同的；C. 认为在固体内到处都有相同的力学性能；D. 认为固体内到处的应力都是相同的。
二、填空题1.材料力学对变形固体的基本假设是连续性假设，均匀性假设，各向同性假设。
2．材料力学的任务是满足强度，刚度，稳定性的要求下，为设计经济安全的构件提供必要的理论基础和计算方法。
3．外力按其作用的方式可以分为 表面力 和 体积力 ，按载荷随时间的变化情况可以分为 静载荷 和 动载荷 。
4．度量一点处变形程度的两个基本量是 （正）应变ε 和 切应变γ。
三、判断题1．因为构件是变形固体，在研究构件平衡时，应按变形后的尺寸进行计算。
（ × ） 2．外力就是构件所承受的载荷。
（ × ） 3．用截面法求内力时，可以保留截开后构件的任一部分进行平衡计算。
（ √ ） 4．应力是横截面上的平均内力。
（ × ） 5．杆件的基本变形只是拉(压)、剪、扭和弯四种，如果还有另一种变形，必定是这四种变形的某种组合。
材料力学(单辉组)第一章绪论
28
疲劳破坏—反复使用问题
1998德国高铁
2007美国F15空中解体
29
研究对象
杆 (悬挂连杆)
板壳 (机翼蒙皮)
块体 (扭王字)
分类依据：3个方向尺寸 材料力学、结构力学、弹性力学
30
杆件定义：一个方向的尺寸远大于其它
两个方向的尺寸的构件
L
轴线
横截面 d
L
d
轴线
横截面
轴线方向长度L ，横截面特征尺寸d，则 d<<L
9
感性认识的提升
理论
欧洲科学家:
(试验 建模 求解)
达芬奇;Galileo;Hooke;Euler等
铁木辛科 《材料力学史》 近代中国力学奠基人
10
Difference?
天体运动
理论力学
质点(系); 刚体 运动效应
乔治亚巨蛋爆拆
材料力学
变形固体的 变形效应
11
EX 穿甲弹打坦克 问题：69中苏珍宝岛战役---打不破苏T-62
启示： 摩夭大楼造价昂贵， 性能价格比低； 安全性差，提高社会安全成本
4
工程实例：2013 输油管线
5
工程实例： 2016 平台吊
6
Why?
造飞机、盖楼、修桥等不能随便施工
部分设计依据
材料力学内容
7
古人的感性认识
8
17世纪起科技的迅猛发展推动了材料力学
车辆、船舶、机械和大型建筑工程碰到的问题日益复杂
构件承载能力与内力大小及其分布有关
51
2. 如何研究内力---截面法
由于内力是物体内部的力，只有将物体假 想地截开，并将其显示地表现出来，才能 确定内力的大小及其方向
疲劳破坏—反复使用问题
1998德国高铁
2007美国F15空中解体
29
研究对象
杆 (悬挂连杆)
板壳 (机翼蒙皮)
块体 (扭王字)
分类依据：3个方向尺寸 材料力学、结构力学、弹性力学
30
杆件定义：一个方向的尺寸远大于其它
两个方向的尺寸的构件
L
轴线
横截面 d
L
d
轴线
横截面
轴线方向长度L ，横截面特征尺寸d，则 d<<L
9
感性认识的提升
理论
欧洲科学家:
(试验 建模 求解)
达芬奇;Galileo;Hooke;Euler等
铁木辛科 《材料力学史》 近代中国力学奠基人
10
Difference?
天体运动
理论力学
质点(系); 刚体 运动效应
乔治亚巨蛋爆拆
材料力学
变形固体的 变形效应
11
EX 穿甲弹打坦克 问题：69中苏珍宝岛战役---打不破苏T-62
启示： 摩夭大楼造价昂贵， 性能价格比低； 安全性差，提高社会安全成本
4
工程实例：2013 输油管线
5
工程实例： 2016 平台吊
6
Why?
造飞机、盖楼、修桥等不能随便施工
部分设计依据
材料力学内容
7
古人的感性认识
8
17世纪起科技的迅猛发展推动了材料力学
车辆、船舶、机械和大型建筑工程碰到的问题日益复杂
构件承载能力与内力大小及其分布有关
51
2. 如何研究内力---截面法
由于内力是物体内部的力，只有将物体假 想地截开，并将其显示地表现出来，才能 确定内力的大小及其方向
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
构件刚度、稳定性也是工程设计中必需要考虑的问题
天津大学材料力学
绪论
What ?
工 程 构 件 的 强 度 问 题
力学与工程
加 拿 大 多 伦 多 电 视 塔
天 津 电 视 塔
工程中零件与简化的结构可以统称为工程“构件”，很多工 程结构在力学建模中可简化为“梁、杆”结构。
天津大学材料力学
绪论
What ?
天津大学材料力学
绪论
三、材料力学的研究对象及变形形式
四种基本变形：拉压 剪切 扭转 弯曲
空间桁架中的杆在受载时主 要发生拉伸（压缩）变形
天津大学材料力学
拉伸与压缩
绪论
三、材料力学的研究对象及变形形式
四种基本变形：拉压 剪切 扭转 弯曲 1)剪钢丝
下刀刃 n n
上刀刃
F
剪切面
F
2)铆钉连接
F F F F
天津大学材料力学
绪论
What ?
工 程 构 件 的 稳 定 问 题
力学与工程
天津大学材料力学
绪论
What ?
工 程 构 件 的 稳 定 问 题
力学与工程
天津大学材料力学
绪论
What ?
力学与工程
美国华盛顿州塔科马峡谷悬索桥凤毁录像
天津大学材料力学
绪论
1917年，在经历了两次惨痛的悲剧后，魁北克大桥终于竣工通 绪论 天津大学材料力学 车，这座桥至今仍然是世界上最长的悬臂跨度大桥。
剪切面
天津大学材料力学
绪论
三、材料力学的研究对象及变形形式
四种基本变形：拉压 剪切 扭转 弯曲
传动轴则发生扭转变形
传动轴则发生扭转变形
天津大学材料力学
绪论
三、材料力学的研究对象及变形形式
四种基本变形：拉压 剪切 扭转 弯曲
天津大学材料力学
绪论
四、 内力、截面法和应力
什么是内力：构件在外力作用下发生变形。构件内部相邻两部 分之间由此产生的相互作用力称为内力。 内力分析是材料力学 的基础。为了分析构件的内力，常常采用截面法。
F1
F1 F3
F3
F2
假想截面
Fn
F2
分布内力
Fn
天津大学材料力学
绪论
四、 内力、截面法和应力
什么是内力：构件在外力作用下发生变形。构件内部相邻两部分 之间由此产生的相互作用力称为内力。 内力分析是材料力学的基 础，为了分析构件的内力，常常采用截面法。以受拉杆件为例
受拉杆件 截面法求 内力
截面法三个基本步骤：
3、线弹性小变形假设: 认为物体几何形状和尺寸的改变量与
原始尺寸相比是非常小的。在考强度和刚度问题时忽略变形的 影响，仍按变形前的几何形状和原始尺寸考虑。
天津大学材料力学
绪论
二、材料力学基本假设
普通钢材显微组织
球墨铸铁显微组织
由于构件的宏观尺寸远大于物质的微结构与基本粒子，从 统计学观点认为这些微观上的基本粒子间隙与不均匀性对物 质的宏观性能的影响可以忽略不计。
静力学的理论体系是在静力学公理的基础上 建立起来的。
What ?
力学的发展
赵州桥,又名安济桥,坐 落赵县城皎河之上
赵州桥建于隋代(605-616）, 由匠师李春监造
天津大学材料力学
绪论
What ?
科学史四大 传奇故事都与 力学相关
力学的发展
阿基米德 伽利略 牛顿 瓦特
(B.C.287)
(1564-1642)
What ?
工 程 构 件 的 强 度 问 题
力学与工程
加拿大蒙特利尔体育馆（1987年）
天津大学材料力学
绪论
What ?
工 程 构 件 的 强 度 问 题
力学与工程
天津大学材料力学
绪论
What ?
工 程 构 件 强 度 与 刚 度 问 题
天津大学材料力学
力学与工程
绪论
What ?
工 程 构 件 强 度 与 刚 度 问 题
绪论
材料力学 –绪论 Why ?
材料力学——变形固体力学
材料力学是固体力学的一个分支，研究物体 （构件）在外力作用下的力与变形、破坏的规律， 对很多工程问题可以给出最简捷的结果。 （1）最简单的模型 （3）最重要的实验 对象 —— 变形体
天津大学材料力学
（2）最基本的概念 （4）最经典的结论
理论力学的研究任务 (1) 研究描述物体机械运动的方法 (2) 产生机械运动的物理因素 (3) 物体作机械运动的条件。
材料力学 –绪论
Way ? What ? How ?
如何学好材料力学？
理解概念 掌握方法 联系实际 勤于思考 举一反三 探究问题 绪论
天津大学材料力学
一、材料力学任务
研究构件在外力作用下受力、变形和破坏的规律 研究构件的承载能力（强度、刚度、稳定性）
在满足承载能力的要求下，为其合理设计提供基本的 理论、计算与实验方法 （形状和尺寸，材料、载荷）
天津大学材料力学
What ?
材料力学对象 —
材料力学任务 —
材料力学的研究对象与任务
工程构件(广义的工程零件与结构）
研究构件在外力作用下受力、变形和破坏的规律， 研究工程构件的承载能力，为其合理设计提供科 学的分析理论、计算公式与实验方法
构件的承载能力？—强度、刚度、稳定性 强度 刚度 — —
构件抵抗破坏的能力，在一定的外力作用下构件不发生 断裂或显著的塑性变形。（弹性变形和塑性变形） 构件抵抗变形的能力，在一定的外力作用下构件不发生 过大的弹性变形。 构件维持其原有平衡形式的能力，不因发生因平衡形式的 突然转变而失效，如轴向受压的细长直杆。
理论力学的研究内容 （1）静力学－主要研究受力物体平衡时作 用力应满足的条件 （2）运动学－从几何的角度来研究物体运 动的变化规律； （3）动力学－研究受力物体的运动与作用 力之间的关系。
理论力学的研究对象 （1）质点－有质量而无几何尺寸的点 （2）质点系－由多个质点组成的系统 （3）刚体－在任何情况下永远不变形的物体 （4）刚体系－由多个刚体组成的系统 质点、质点系、刚体与刚体系通称为离散系统 质点——刚体——刚体系（属于质点系） 注意：即使有变形，只要不影响研究目标， 就可以视为刚体。例如一人挑扁担；反之， 即使变形很小，只要影响研究目标，就不能 视为刚体。
天津大学材料力学
三、材料力学的研究对象及变形形式
轴线
横截面
如果构件一个方向尺寸远大于其它两个方向的尺寸，称为杆件。 材料力学的研究对象主要是杆，以及由若干杆组成的杆系。 杆件的轴线通过各横截面的形心并与横截面相互垂直。根据轴 线是直线或曲线不同，杆件分为直杆和曲杆两类。 根据横截面尺寸又可分为等截面杆和变截面杆。
引 言
研究物体在力作用下平衡规律的科学
刚体：即在任何情况下永远不变形的物体。 平衡：物体相对于某一惯性参考系（地面可 近似地看成是惯性参考系）保持静止或作匀 速直线运动的状态。
力系的平衡条件：物体平衡时，作用于物 体上的一群力（称为力系）必须满足的条 件。
平衡力系：平衡时的力系。
静力学主要研究两类基本问题： • 力系的简化； • 物体在力系作用下的平衡条件。
稳定性—
天津大学材料力学
绪论
What ?
材料力学对象 —
材料力学任务 —
材料力学的研究对象与任务
工程构件(广义的工程零件与结构）
研究构件在外力作用下受力、变形和破坏的规律， 研究工程构件的承载能力，为其合理设计提供科 学的分析理论、计算公式与实验方法
工程构件的合理设计？ 兼顾经济与安全等设计要求
构件强度-----结构的极限承载能力，是工程结构可靠性设计中首 先需要考虑的重要问题。工程中的破坏与诸多事故多数是由于强 度不够所引起！钢架结构塌毁、压力容器爆裂、机械结构断裂、 建筑结构破坏、等等。
天津大学材料力学
绪论
材料力学 –绪论课小结
力学的发展与社会发展、工程实践需求密切相关， 是大学工科工程教育中的科学基础。 材料力学任务是：研究工程构件的承载能力，为杆 件的合理设计提供必要的理论、计算与实验方法。 必要的强度
必要的刚度
必要的稳定性
天津大学材料力学–绪论
天津大学机械工程学院
材料力学 –绪论
? 为什么学 材料力学? What ? 工科专业重要的基础课，内容涉及广泛的工 How ? 程技术学科,紧密联系工程实际，是工程中的重
Why
要科学基础。
创新型国家建设需要大批具有扎实工程科学 基础知识和掌握现代应用技术的卓越工程师
天津大学材料力学
What ?
力学的发展
“问渠那得清如许？唯有源头活水来” 朱熹
回顾物理和理论力学：
质 刚
人 类 的 认 识 深 化
点： 体： 变 形 体：
有质量，没有几何 尺寸大小 有质量，有几何尺寸，没有变形 有质量，有大小，有变形
质点 —— 早期农业社会发展，气象、天文。。 刚体 —— 工业化初期 蒸气机。。。 变形体—— 工业化发展 造船业、大型船舶。。火车。。飞机。。
天津大学材料力学
截开、替代、平衡 绪论
四、 内力、截面法和应力 应力--内力分布集度（或单位截面上的内力）
定义微面积A上的平均应力、当A0时，取极 F 限求得M点处的应力为：
p lim
p
A0
垂直于截面的应力称为正应力
FN lim A0 A
A
M
位于截面内的应力称为切应力
材料力学 –绪论小结
研究对象：变形固体、工程构件
三个核心要素：载荷、材料物性、几何构形
三个基本假设： 均匀连续、 各向同性 、弹性小变形 变形基本形式： 拉压、剪切、扭转、弯曲、组合 求解内力基本方法： 截面法（截开、替代、平衡） 绪论
天津大学材料力学
绪论
What ?
工 程 构 件 的 强 度 问 题
力学与工程
加 拿 大 多 伦 多 电 视 塔
天 津 电 视 塔
工程中零件与简化的结构可以统称为工程“构件”，很多工 程结构在力学建模中可简化为“梁、杆”结构。
天津大学材料力学
绪论
What ?
天津大学材料力学
绪论
三、材料力学的研究对象及变形形式
四种基本变形：拉压 剪切 扭转 弯曲
空间桁架中的杆在受载时主 要发生拉伸（压缩）变形
天津大学材料力学
拉伸与压缩
绪论
三、材料力学的研究对象及变形形式
四种基本变形：拉压 剪切 扭转 弯曲 1)剪钢丝
下刀刃 n n
上刀刃
F
剪切面
F
2)铆钉连接
F F F F
天津大学材料力学
绪论
What ?
工 程 构 件 的 稳 定 问 题
力学与工程
天津大学材料力学
绪论
What ?
工 程 构 件 的 稳 定 问 题
力学与工程
天津大学材料力学
绪论
What ?
力学与工程
美国华盛顿州塔科马峡谷悬索桥凤毁录像
天津大学材料力学
绪论
1917年，在经历了两次惨痛的悲剧后，魁北克大桥终于竣工通 绪论 天津大学材料力学 车，这座桥至今仍然是世界上最长的悬臂跨度大桥。
剪切面
天津大学材料力学
绪论
三、材料力学的研究对象及变形形式
四种基本变形：拉压 剪切 扭转 弯曲
传动轴则发生扭转变形
传动轴则发生扭转变形
天津大学材料力学
绪论
三、材料力学的研究对象及变形形式
四种基本变形：拉压 剪切 扭转 弯曲
天津大学材料力学
绪论
四、 内力、截面法和应力
什么是内力：构件在外力作用下发生变形。构件内部相邻两部 分之间由此产生的相互作用力称为内力。 内力分析是材料力学 的基础。为了分析构件的内力，常常采用截面法。
F1
F1 F3
F3
F2
假想截面
Fn
F2
分布内力
Fn
天津大学材料力学
绪论
四、 内力、截面法和应力
什么是内力：构件在外力作用下发生变形。构件内部相邻两部分 之间由此产生的相互作用力称为内力。 内力分析是材料力学的基 础，为了分析构件的内力，常常采用截面法。以受拉杆件为例
受拉杆件 截面法求 内力
截面法三个基本步骤：
3、线弹性小变形假设: 认为物体几何形状和尺寸的改变量与
原始尺寸相比是非常小的。在考强度和刚度问题时忽略变形的 影响，仍按变形前的几何形状和原始尺寸考虑。
天津大学材料力学
绪论
二、材料力学基本假设
普通钢材显微组织
球墨铸铁显微组织
由于构件的宏观尺寸远大于物质的微结构与基本粒子，从 统计学观点认为这些微观上的基本粒子间隙与不均匀性对物 质的宏观性能的影响可以忽略不计。
静力学的理论体系是在静力学公理的基础上 建立起来的。
What ?
力学的发展
赵州桥,又名安济桥,坐 落赵县城皎河之上
赵州桥建于隋代(605-616）, 由匠师李春监造
天津大学材料力学
绪论
What ?
科学史四大 传奇故事都与 力学相关
力学的发展
阿基米德 伽利略 牛顿 瓦特
(B.C.287)
(1564-1642)
What ?
工 程 构 件 的 强 度 问 题
力学与工程
加拿大蒙特利尔体育馆（1987年）
天津大学材料力学
绪论
What ?
工 程 构 件 的 强 度 问 题
力学与工程
天津大学材料力学
绪论
What ?
工 程 构 件 强 度 与 刚 度 问 题
天津大学材料力学
力学与工程
绪论
What ?
工 程 构 件 强 度 与 刚 度 问 题
绪论
材料力学 –绪论 Why ?
材料力学——变形固体力学
材料力学是固体力学的一个分支，研究物体 （构件）在外力作用下的力与变形、破坏的规律， 对很多工程问题可以给出最简捷的结果。 （1）最简单的模型 （3）最重要的实验 对象 —— 变形体
天津大学材料力学
（2）最基本的概念 （4）最经典的结论
理论力学的研究任务 (1) 研究描述物体机械运动的方法 (2) 产生机械运动的物理因素 (3) 物体作机械运动的条件。
材料力学 –绪论
Way ? What ? How ?
如何学好材料力学？
理解概念 掌握方法 联系实际 勤于思考 举一反三 探究问题 绪论
天津大学材料力学
一、材料力学任务
研究构件在外力作用下受力、变形和破坏的规律 研究构件的承载能力（强度、刚度、稳定性）
在满足承载能力的要求下，为其合理设计提供基本的 理论、计算与实验方法 （形状和尺寸，材料、载荷）
天津大学材料力学
What ?
材料力学对象 —
材料力学任务 —
材料力学的研究对象与任务
工程构件(广义的工程零件与结构）
研究构件在外力作用下受力、变形和破坏的规律， 研究工程构件的承载能力，为其合理设计提供科 学的分析理论、计算公式与实验方法
构件的承载能力？—强度、刚度、稳定性 强度 刚度 — —
构件抵抗破坏的能力，在一定的外力作用下构件不发生 断裂或显著的塑性变形。（弹性变形和塑性变形） 构件抵抗变形的能力，在一定的外力作用下构件不发生 过大的弹性变形。 构件维持其原有平衡形式的能力，不因发生因平衡形式的 突然转变而失效，如轴向受压的细长直杆。
理论力学的研究内容 （1）静力学－主要研究受力物体平衡时作 用力应满足的条件 （2）运动学－从几何的角度来研究物体运 动的变化规律； （3）动力学－研究受力物体的运动与作用 力之间的关系。
理论力学的研究对象 （1）质点－有质量而无几何尺寸的点 （2）质点系－由多个质点组成的系统 （3）刚体－在任何情况下永远不变形的物体 （4）刚体系－由多个刚体组成的系统 质点、质点系、刚体与刚体系通称为离散系统 质点——刚体——刚体系（属于质点系） 注意：即使有变形，只要不影响研究目标， 就可以视为刚体。例如一人挑扁担；反之， 即使变形很小，只要影响研究目标，就不能 视为刚体。
天津大学材料力学
三、材料力学的研究对象及变形形式
轴线
横截面
如果构件一个方向尺寸远大于其它两个方向的尺寸，称为杆件。 材料力学的研究对象主要是杆，以及由若干杆组成的杆系。 杆件的轴线通过各横截面的形心并与横截面相互垂直。根据轴 线是直线或曲线不同，杆件分为直杆和曲杆两类。 根据横截面尺寸又可分为等截面杆和变截面杆。
引 言
研究物体在力作用下平衡规律的科学
刚体：即在任何情况下永远不变形的物体。 平衡：物体相对于某一惯性参考系（地面可 近似地看成是惯性参考系）保持静止或作匀 速直线运动的状态。
力系的平衡条件：物体平衡时，作用于物 体上的一群力（称为力系）必须满足的条 件。
平衡力系：平衡时的力系。
静力学主要研究两类基本问题： • 力系的简化； • 物体在力系作用下的平衡条件。
稳定性—
天津大学材料力学
绪论
What ?
材料力学对象 —
材料力学任务 —
材料力学的研究对象与任务
工程构件(广义的工程零件与结构）
研究构件在外力作用下受力、变形和破坏的规律， 研究工程构件的承载能力，为其合理设计提供科 学的分析理论、计算公式与实验方法
工程构件的合理设计？ 兼顾经济与安全等设计要求
构件强度-----结构的极限承载能力，是工程结构可靠性设计中首 先需要考虑的重要问题。工程中的破坏与诸多事故多数是由于强 度不够所引起！钢架结构塌毁、压力容器爆裂、机械结构断裂、 建筑结构破坏、等等。
天津大学材料力学
绪论
材料力学 –绪论课小结
力学的发展与社会发展、工程实践需求密切相关， 是大学工科工程教育中的科学基础。 材料力学任务是：研究工程构件的承载能力，为杆 件的合理设计提供必要的理论、计算与实验方法。 必要的强度
必要的刚度
必要的稳定性
天津大学材料力学–绪论
天津大学机械工程学院
材料力学 –绪论
? 为什么学 材料力学? What ? 工科专业重要的基础课，内容涉及广泛的工 How ? 程技术学科,紧密联系工程实际，是工程中的重
Why
要科学基础。
创新型国家建设需要大批具有扎实工程科学 基础知识和掌握现代应用技术的卓越工程师
天津大学材料力学
What ?
力学的发展
“问渠那得清如许？唯有源头活水来” 朱熹
回顾物理和理论力学：
质 刚
人 类 的 认 识 深 化
点： 体： 变 形 体：
有质量，没有几何 尺寸大小 有质量，有几何尺寸，没有变形 有质量，有大小，有变形
质点 —— 早期农业社会发展，气象、天文。。 刚体 —— 工业化初期 蒸气机。。。 变形体—— 工业化发展 造船业、大型船舶。。火车。。飞机。。
天津大学材料力学
截开、替代、平衡 绪论
四、 内力、截面法和应力 应力--内力分布集度（或单位截面上的内力）
定义微面积A上的平均应力、当A0时，取极 F 限求得M点处的应力为：
p lim
p
A0
垂直于截面的应力称为正应力
FN lim A0 A
A
M
位于截面内的应力称为切应力
材料力学 –绪论小结
研究对象：变形固体、工程构件
三个核心要素：载荷、材料物性、几何构形
三个基本假设： 均匀连续、 各向同性 、弹性小变形 变形基本形式： 拉压、剪切、扭转、弯曲、组合 求解内力基本方法： 截面法（截开、替代、平衡） 绪论