1-材料力学概论
材料力学知识点概括
材料力学知识点概括
材料力学是三大力学之一，其研究的对象主要是杆件；研究杆件在荷载作用下的承载能力；承载能力包括杆件的强度、刚度及杆件的稳定性。
在计算或校核杆件的承载能力之前，先掌握杆件的基本变形；在材料力学中，杆件的基本变形主要包括：轴向拉伸与压缩、扭转、弯曲、剪切；在材料力学教材中，先后对轴向拉伸与压缩、扭转、弯曲、剪切各用一章来讲解，在后面的章节中，把这四种基本变形进行综合分析，也就是组变形
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1利用截面法求内力，2、3、4、5、8都是运用相应的公式，6是胡克定律
可以这样说，材料力学教程主要是围绕着结构中杆件的强度、刚度、稳定性进行讲解；整个教程的流程：
第一章、轴向拉伸与压缩
在本章节中，先引入应力与应变的定义及概念，随后介绍基本变形中的轴向拉伸与压缩的应力计算，再介绍轴向拉伸与压缩斜截面上的应力如何计算；最后在介绍轴向与拉伸的应变计算。
利用本章节的知识点可以解决工程实际中简单桁架结构的杆件的校核。
材料力学讲义
第一章 绪论及基本概念§1−1 材料力学的任务要想使结构物或机械正常地工作，必须保证每一构件在荷载作用下能够安全、正常地工作。
因此，在力学上对构件有一定的要求：1． 强度，即材料或构件抵抗破坏的能力； 2． 刚度，即抵抗变性的能力；3． 稳定性，承受荷载时，构件在其原有形态下的平衡应保持为稳定平衡§1−2 可变性固体的性质及基本假设可变性固体：理学弹性体、小变性 基本假设：1． 连续、均匀性； 2． 各项同性假设。
§1−3 内力、截面法、应力⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧===∑∑000z y x F F F ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧===∑∑000z y xM M M§1−4 位移和应变的概念x u x x ∆∆=→∆0limε称为K 点处沿x 方向的线应变 直角的改变量γ称为切应变。
§1−5 杆件变性的基本形式1．轴向拉伸或轴向压缩2．剪切3．扭转4．弯曲第二章 轴向拉伸和压缩§2−1 轴向拉伸和压缩的概念F(图2−1)则为轴向拉伸，此时杆被2−1虚线)；若作用力F 压缩杆件(图(图2−2工程中许多构件，(图2−3)、各类(图2−4)等，这类结构的构2−1和图2−2。
§ 2−2 内力·截面法·轴力及轴力图一、横截面上的内力——轴力图2−5a 所示的杆件求解横截面m−m 的内力。
按截面法求解步骤有：可在此截面处假想将杆截断，保留左部分或右部分为脱离体，移去部分对保留部分的作用，用内力来代替，其合力F N ，如图2−5b 或图2−5c 所示。
对于留下部分Ⅰ来说，截面m −m 上的内力F N 就成为外力。
由于原直杆处于平衡状态，故截开后各部分仍应维持平衡。
根据保留部分的平衡条件得 mF N F N （a ）（b ） （c ）图2−5Ⅱ图2−1图2−2图2-4F F F F Fx==-=∑N N ,0,0(2−1)式中，F N 为杆件任一截面m −m 上的内力，其作用线也与杆的轴线重合，即垂直于横截面并通过其形心，故称这种内力为轴力，用符号F N 表示。
材料力学第1章-绪论及基本概念
寸计算，支架的变形略去
B
不计
C
δ2
F
Ⅱ. 线弹性范围内——卸除荷载后完全恢复原状，材料
服从Hookle定律
后续课程
弹性变形：卸除荷载后能完全消失的变形
28 塑性变形：卸除荷载后残留的变形，即不可恢复变形
第一章 绪论及基本概念
➢总之：材料力学中把实际材料均视为均匀连续、各向同性材 料且在线弹性范围内和小变形条件下进行研究。
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第一章 绪论及基本概念
对可变形固体的基本假设Ⅰ-连续性假设
认为：（1）物体在整个体积内充满了物资而毫无 空隙，结构是密实的；（2）变形后固体仍保持其 连续性，在弹性变形范围内无空隙、密实连续
据此： (1) 从受力构件内任意取出的体积单元内均不含空隙； (2) 变形必须满足几何相容条件，即：变形后的固体内 既无“空隙”，亦不产生“挤入”现象。
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1638年：《关于两种新科学的叙述与证明》
第一章 绪论及基本概念
通过实验建立理论的先驱
✓于1678年发表根据实验观察所得 出的物理定律——“力与变形成正 比”，即著名的“胡克定律”
胡克(R.Hooke) 英国
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✓基于“胡克定律”，材料料力学 在过去生产实践中所积累的丰富经 验的基础上，开始有了新的发展
材料的物质结构具多样性（金属-原子晶体结构；塑料长链分子结构； 玻璃、陶瓷的硅氧化物分子晶体结构等）；各种物质结构都具有不同 程度的空隙，并可能存在气孔、杂质等缺陷，但大小与构件的尺寸相 比极其微小
材料（尤其是复合材料）的基本组分之间及基本组分与构件之间力 学性能存在差异，材料力学性能反映的是基本组成部分力学性能的统 计平均值
F
F
a
F
材料力学课件大学本科专用
建筑结构材料如混凝土、钢材等，在设计和施工过程中，必须考虑材料的应力、 应变、强度、刚度等力学性能。材料力学为建筑设计提供了理论支持，确保建筑 结构的安全性和稳定性。
机械工程材料
总结词
机械工程材料的选择和应用，需要基于 材料力学的理论和实践。
VS
详细描述
在机械工程中，各种零部件的材料选择和 设计，如齿轮、轴承、弹簧等，都需要通 过材料力学进行应力分析、疲劳寿命预测 等。这有助于确保机械设备的可靠性和耐 久性。
材料的破坏
脆性破坏
材料在没有明显塑性变形的情况下突 然发生的破坏。
韧性破坏
材料在发生较大塑性变形后发生的破 坏。
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材料的力学分析
静力学分析
01
静力学分析是研究物体在静止状态下受到的力，以及这些力如 何影响物体的平衡状态。
02
静力学分析主要关注物体在力的作用下不发生运动状态改变的
平衡状态。
静力学分析的基本原理包括力的平衡、力矩平衡和虚功原理等
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材料力学的实验研究
实验设备与实验方法
实验设备
材料力学实验中常用的设备包括万能材料试 验机、硬度计、冲击试验机等，这些设备用 于测试材料的力学性能，如拉伸、压缩、弯 曲、硬度等。
实验方法
在材料力学实验中，通常采用的标准方法包 括拉伸实验、压缩实验、弯曲实验、硬度实 验等。这些实验方法可以对材料的力学性能 进行定量测量，从而评估材料的性能和可靠
性。
实验数据处理与分析
要点一
数据处理
在材料力学实验中，采集到的原始数据需要进行处理，包 括数据清洗、数据转换和数据计算等。数据处理是实验过 程中非常重要的一环，它能够将原始数据转化为可分析的 统计结果。
注册一级结构工程师考试科目
注册一级结构工程师考试科目一级结构工程师考试包括以下科目：
一、建筑构造学
1. 建筑构造概论
2. 构件受力及分析
3. 传力特性及构造分析
4. 连接构件及构造试验
5. 典型构件及跨度结构
二、材料力学
1. 材料力学概论
2. 预应力技术
3. 典型材料应力-应变特性及损伤机制
三、结构计算
1. 结构的荷载力学分析
2. 结构的稳定性及强度分析
3. 非线性分析及其应用
4. 预应力结构分析
四、结构设计
1. 建筑构造设计准则的概述及其应用
2. 钢结构设计
3. 混凝土结构设计
4. 结构优化设计
五、吊装技术
1. 吊装设备及施工方法
2. 吊装结构技术应用
3.吊装施工安全技术。
江苏省考研材料科学与工程复习资料材料力学概论
江苏省考研材料科学与工程复习资料材料力学概论材料力学是材料科学与工程的基础学科，旨在研究材料力学性能与结构之间的相互关系。
在江苏省考研材料科学与工程复习资料中，材料力学概论是重要的一部分，本文将从材料力学的基本原理、应力应变关系及应力分析等方面进行论述。
一、材料力学的基本原理材料力学的基本原理包括内力、应力、应变的概念和关系。
在材料中，内力是指作用在材料内部各点上的相互作用力，它可以分为体力和分力。
应力是单位面积上的力，是内力和试件截面积之比。
应力又可以分为正应力和剪应力，正应力是垂直于试件截面的应力，剪应力是平行于试件截面的应力。
应变是物体在受到外力作用后发生的形变，是单位长度的变化量。
应力和应变之间的关系可以通过应力-应变曲线来描述，这是材料力学研究的基础。
二、应力应变关系材料在受到外力作用时会产生应变，而应变与应力之间存在着一定的关系。
常见的应力应变关系有胡克定律和牛顿黏弹性定律。
胡克定律描述了弹性材料的应力与应变之间的线性关系，即应力与应变成正比。
牛顿黏弹性定律则描述了非弹性材料的应力与应变之间的关系，即应力与应变成非线性关系。
三、应力分析应力分析是材料力学的重要内容，它可以分析材料在外力作用下的应力分布及应力的大小和方向。
常用的应力分析方法包括受力分析法和能量分析法。
受力分析法主要通过将材料切割为若干小块，分析每块小块上的应力分布，从而得到整体的应力分布情况。
能量分析法则通过考虑材料在外力作用下的应变能和变形能来求解应力分布。
应力分析可以帮助工程师设计和选择合适的材料，预测材料的性能并优化工程结构。
综上所述，材料力学是江苏省考研材料科学与工程复习资料中不可忽视的重要部分，它涉及材料的内力、应力应变关系和应力分析等方面。
通过深入学习和理解材料力学的基本原理，能够更好地应用于实际工程中，为材料科学与工程的发展做出贡献。
注：本文根据题目要求以文章形式进行回复，内容涵盖了材料力学的基本原理、应力应变关系及应力分析等方面，希望能满足您的需求。
材料力学概论
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垂直于截面的应力称为“正应力” (Normal Stress)
p2 2 2
p
M
位于截面内的应力称为“切应力”(Shearing Stress)
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应力是单位面积上的内力 ?
是否是压强? 如何计算应力 ?
应力的超静定性质
• 弹性体内力满足：与外力的平衡关系； 自身变形协调关系；力与变形之间的物 理关系；
16
球墨铸铁的显微组织
变形固体的基本假设
2、均匀性假设： 认为物体内的任何部分，其力学性能相同
普通钢材的显微组织 优质钢材的显微组织
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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）
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Chapter 4.1
位移和应变
位移
z
.
A: (x, y, z)
. A ': (x ', y ', z ')
u
o
y
x
40
u u(x1, x2, x3)
Chapter 4.1
位移和应变
位移
u u(x1, x2, x3)
分量形式：
u1 u1( x1, x2, x3) u2 u2 ( x1, x2, x3) 或
第四章 材料力学基本概念
位移和应变（小应变情况） 位移和应变（一般情况） 刚体转动 应变协调方程 位移场的单值条件 由应变求位移
1
Chapter 4
材料力学的出现
伽利略 Galilei 1564-1642
1638年：《关于两种新科学的叙述与证明》
2
材料力学讲义(精)
§1-1 材料力学的任务1．几个术语·构件与杆件：组成机械的零部件或工程结构中的构件统称为构件。
如图1-1a 所示桥式起重机的主梁、吊钩、钢丝绳；图1-2所示悬臂吊车架的横梁AB，斜杆CD都是构件。
实际构件有各种不同的形状，所以根据形状的不同将构件分为：杆件、板和壳、块体.杆件：长度远大于横向尺寸的构件，其几何要素是横截面和轴线，如图1-3a 所示，其中横截面是与轴线垂直的截面；轴线是横截面形心的连线。
按横截面和轴线两个因素可将杆件分为：等截面直杆，如图1-3a、b；变截面直杆，如图1-3c；等截面曲杆和变截面曲杆如图1-3b。
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，如图1-4a 和b所示。
块体：三个方向（长、宽、高）的尺寸相差不多的构件，如图1-4c所示。
在本教程中，如未作说明，构件即认为是指杆件。
·变形与小变形：在载荷作用下，构件的形状及尺寸发生变化称为变形，如图1-2所示悬臂吊车架的横梁AB，受力后将由原来的位置弯曲到AB′位置，即产生了变形。
小变形：绝大多数工程构件的变形都极其微小，比构件本身尺寸要小得多，以至在分析构件所受外力（写出静力平衡方程）时，通常不考虑变形的影响，而仍可以用变形前的尺寸，此即所谓“原始尺寸原理”。
如图1-1a所示桥式起重机主架，变形后简图如图1-1b所示，截面最大垂直位移f一般仅为跨度l 的l/1500～1/700，B支撑的水平位移Δ则更微小，在求解支承反力R A、R B时，不考虑这些微小变形的影响。
2．对构件的三项基本要求强度：构件在外载作用下，具有足够的抵抗断裂破坏的能力。
例如储气罐不应爆破；机器中的齿轮轴不应断裂等。
刚度：构件在外载作用下，具有足够的抵抗变形的能力。
如机床主轴不应变形过大，否则影响加工精度。
稳定性：某些构件在特定外载，如压力作用下，具有足够的保持其原有平衡状态的能力。
例如千斤顶的螺杆，内燃机的挺杆等。
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Golden Gate Bridge(1937) W/L - 27.4/1280.2 =1:46.7 Tacoma Narrows Bridge(1940) W/L- 11.9/853.4 =1:72
Amplitude 1m, frequency 0.6, sine vibration, swing displacement at 4.3m under the large wind. A civil engineer-F.B. Farquharson, a journalist, a car, a dog von Karman (1881-1963) to represent the wind
压杆
第1章 材料力学概述
“材料力学”的研究内容
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材料力学与工程设计密切相关
第1章 材料力学概述
“材料力学”的研究内容
金茂大厦
金茂大厦中庭
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楼 高 420.5m 共 88 层
荣获2001年 “美国建筑师 学会室内建筑 奖”
材料力学
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第1章 材料力学概论 庄 茁
蒙民伟科技大楼N501室 62783014，zhuangz@
辅导教师：宇慧平副教授(62773780) 助教博士生：王涛，刘凤仙(62773780),N504室
2016年1月25日
下一章
Mechanics of Materials
第1章 材料力学概述
“材料力学”的研究内容
TSINGHUA UNIVERSITY 1940年11月，华盛顿州的Tacoma Narrows 桥，由于 桥面刚度太差，在42 英里/小时（相当于20 m/s）风速的 作用下，产生“Galloping Gertie”(驰振）。
第1章 材料力学概述
“材料力学”的研究内容
第1章 材料力学概述
“材料力学”的研究内容
TSINGHUA UNIVERSITY 旧金山金门大桥每根主缆由27572根钢丝组成
第1章 材料力学概述
“材料力学”的研究内容
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第1章 材料力学概述
“材料力学”的研究内容
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第1章 材料力学概述
“材料力学”的研究内容
第二个学科是材料科学 (materials science) 中的材料力学行为 (behavior of material) ，即 研究材料在外力和温度作用下所表现出的力学性能 (mechanical properties) 和 失 效 (failure) 行 为 。 但是，材料力学所研究的仅限于材料的宏观力学行 为，不涉及材料的微观机理。
“材料力学”的研究内容
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强度：是指构件受力后不发生破坏或不产生 不可恢复的变形的能力； 刚度：是指构件受力后不发生超过工程允许 的弹性变形的能力； 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（例如细长直 杆在轴向压力作用下，当压力超过一定数值时， 在外界扰动下，直杆会突然从直线平衡形式转变 为弯曲的平衡形式）。
第1章 材料力学概述
“材料力学”的研究内容 杆件的受力与变形形式 工程构件静力学设计的主要内容
关于材料的基本假定 弹性体受力与变形特征 材料力学的分析方法 应力、应变及其相互关系 结论与讨论
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第1章 材料力学概述
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台北101
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101层，高508m， 竹节状造型。
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台北101
我国台湾岛是多地震和 台风的地区，台北 101 有 101 层，高 508m ，竹节状造型。 可抵抗300km/h的阵风。 移动的重心：在 92 层， 悬垂下来一个重 800t ，直径 5.5m 的钢球，由 12cm 的钢板 叠绕而成。大球的移动方向 与大楼的摆动方向相反，有 利于大楼的稳定。 电梯上升速度 60km/h ， 下降速度36km/h的电梯，从1 层上升到90层仅39s。
以上两方面的结合使材料力学成为工程设计 （engineering design）的重要组成部分，即设计 出杆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（ strength ）、刚度（ stiffness ） 和稳定性（stability）。
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第1章 材料力学概述
TSINGHUA UNIVERSITY 1940年11月，华盛顿州的Tacoma Narrows 桥，由于 桥面刚度太差，在 42 英里 / 小时风速的作用下，产生 “Galloping Gertie”(驰振）。
第1章 材料力学概述
“材料力学”的研究内容
Lyon Solomon Moisseiff (1872-1943)
第1章 材料力学概述
“材料力学”的研究内容
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强度是指构件或零部件具有的一种能力： 在确定的外力作用下，不发生破裂或过量塑 性变形的能力。
第1章 材料力学概述
“材料力学”的研究内容
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4.75m
第1章 材料力学概述
“材料力学”的研究内容
There are many books on mechanics of materials or strength of materials
课程安排
第 1周 第 2周 第 3周 第 4周 第 5周 第 6周 第 7周 第 8周 材料力学概述（4） 轴向载荷下的杆件内力（4） 连接件的剪切与挤压强度（2）；圆轴扭转的强度与刚度（2） 圆轴扭转的强度与刚度（2）；梁的剪力图与弯矩图（2） 梁的剪力图与弯矩图（2）；梁的应力分析与强度计算（2） 梁的应力分析与强度计算（4）实验1：拉伸（机测） 梁的应力分析与强度计算（2）；梁的变形分析与刚度计算（2） 梁的变形分析与刚度计算（2）；期中考试（2） 实验2：梁弯曲（电测） 第9周 应力状态与强度理论（4）； 第10周 应力状态与强度理论（2）；五一放假 第11周 应力状态与强度理论（2）；压杆稳定（2） 第12周 压杆稳定（2）；能量方法（2） 实验3：弯扭组合 第13周 能量方法（4）； 第14周 能量方法（2）；简单的静不定结构（2） 第15周 动荷载与疲劳强度（2）端午节放假 实验4：框架 第16周 动荷载与疲劳强度（2）；复习（2） 第17-18周，考试
第1章 材料力学概述
“材料力学”的研究内容
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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。
第1章 材料力学概述
“材料力学”的研究内容
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稳定失效的例子多见 于承受轴向压力的工程构 件。 翻斗货车的液压机构 中的顶杆，如果承受的压 力过大，或者过于细长， 就有可能突然由直变弯， 发生稳定失效。
Mechanics of Materials
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你见过力吗？ 你见过变形吗？ 你感受到力吗？ 压力、动力，魅力，给力，… 宇宙之大，原子之小，力无处不在， 力无形迫万物以动，力挽狂澜，…
理论力学从运动研究力， 材料力学从变形研究力。
第1章 材料力学概述
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“材料力学”的研究内容
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Eccentric loading
第1章 材料力学概述
“材料力学”的研究内容
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跨过金门 Spanning the Golden Gate
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San Francisco Golden Gate Bridge Main span 1280m (4200 feet) 1937旧金山金门大桥-摄于2006年7月22日
Spanning the Golden Gate
Bridge between San Francisco Bay and Pacific Ocean Building a bridge is a war with the forces of nature Construction process, 1933-1937 Build a bridge to heaven or to a hell The gap is closed and the bridge is real
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第1章 材料力学概述
“材料力学”的研究内容
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Spanning the Golden Gate
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There are two main cables spanning the bridge, each of them is consisted of 27572 steel wires
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“材料力学”的研究内容
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第1章 材料力学概述
“材料力学”的研究内容
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材料力学（strength of materials）的研究 内容分属于两个学科。 第一个学科是固体力学 (solid mechanics) ， 即研究物体在外力作用下的应力、变形和能量，统 称为应力分析（ stress analysis ）。但是，材料 力学所研究的仅限于杆、轴、梁等物体，其几何特 征是纵向尺寸（长度）远大于横向（横截面）尺寸， 这类物体统称为杆或杆件（bars或rods）。大多数 工程结构的构件或机器的零部件都可以简化为杆件。