材料力学绪论PPT课件
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材料力学绪论课件
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(烏克蘭)鐵摩辛柯像
建立“鐵摩辛柯梁”模型 研究了圓孔附近的應力集 中問題，梁板的彎曲振動 問題，薄壁杆件扭轉問題， 彈性系統穩定性問題等
出版了大量力學教材：
《材料力學》， 《高等材料 力學》， 《結構力學》，
《板殼理論》等20多部
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材料力學在現代的發展
19~20世紀，高速車輛、飛機、鐵路橋梁等的出現， 減輕自重問題突出，薄壁件、細長件大量採用，大大 推動了材料力學的發展； 超高強度材料和焊接結構的廣泛使用，促進了對低應 力脆斷和疲勞問題的研究 20世紀，各種新型材料(複合材料、高分子材料等) 廣泛應用，實驗水準、計算方法不斷提高；
毀壞的高壓電線塔
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碼頭吊塔
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單梁式導彈翼面 1－輔助梁；2－翼肋；3－桁條；4－蒙皮；5－副翼；6－後牆； 7－翼梁；8－主接頭；9－輔助接頭
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➢ 材料力學的基本假設 材料力學研究材料的宏觀力學行為 材料力學主要研究鋼材等金屬材料
關於材料的基本假設： 連續性假設：認為材料無空隙地充滿於整個構件。
為減少每一克重量而奮鬥！
對於戰鬥機，結構重量一般占到 總重量的30%左右
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➢ 材料力學的研究對象
體(body)
板(plate)
杆(bar/rod)
☺ 材力的主要研究對象是杆，以及由杆組成的簡單杆系，
同時也研究一些形狀與受力均比較簡單的板與殼。
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吊車
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地鐵車站
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高壓電線塔
FSy
FN FSz
Mx
Mz
Mz
例：均質杆，考
截面法求內力的步驟：
慮自重，密度為，
(烏克蘭)鐵摩辛柯像
建立“鐵摩辛柯梁”模型 研究了圓孔附近的應力集 中問題，梁板的彎曲振動 問題，薄壁杆件扭轉問題， 彈性系統穩定性問題等
出版了大量力學教材：
《材料力學》， 《高等材料 力學》， 《結構力學》，
《板殼理論》等20多部
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材料力學在現代的發展
19~20世紀，高速車輛、飛機、鐵路橋梁等的出現， 減輕自重問題突出，薄壁件、細長件大量採用，大大 推動了材料力學的發展； 超高強度材料和焊接結構的廣泛使用，促進了對低應 力脆斷和疲勞問題的研究 20世紀，各種新型材料(複合材料、高分子材料等) 廣泛應用，實驗水準、計算方法不斷提高；
毀壞的高壓電線塔
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碼頭吊塔
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單梁式導彈翼面 1－輔助梁；2－翼肋；3－桁條；4－蒙皮；5－副翼；6－後牆； 7－翼梁；8－主接頭；9－輔助接頭
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➢ 材料力學的基本假設 材料力學研究材料的宏觀力學行為 材料力學主要研究鋼材等金屬材料
關於材料的基本假設： 連續性假設：認為材料無空隙地充滿於整個構件。
為減少每一克重量而奮鬥！
對於戰鬥機，結構重量一般占到 總重量的30%左右
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➢ 材料力學的研究對象
體(body)
板(plate)
杆(bar/rod)
☺ 材力的主要研究對象是杆，以及由杆組成的簡單杆系，
同時也研究一些形狀與受力均比較簡單的板與殼。
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吊車
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地鐵車站
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高壓電線塔
FSy
FN FSz
Mx
Mz
Mz
例：均質杆，考
截面法求內力的步驟：
慮自重，密度為，
材料的力学性能课件00_绪论
只有借助分析，试验成果才可能由经验走向科学
绪论-课程安排
制备
材料
力学问题
应用
材料内的 力是如何 分布的？
工程力学、材料力学 弹性力学、塑性力学
材料能耐受 多大的力？
材料的力学性能 断裂力学、损伤力学
材料的失 效与力有 关吗？
材料失效分析
绪论-课程安排
• 第一部分 介绍材料的基本力学性 能试验及力学性能指标的评测， 包括材料在各种静载、动载下的 力学性能
绪论-研究意义
研究材料的力学性能，目的在于： 了解材料在外加载荷或环境因素作用下的力学行为特点；
绪论-研究意义
研究材料的力学性能，目的在于： 了解材料在外加载荷或环境因素作用下的力学行为特点； 了解评价材料力学性能的方法；
力学性能指标
弹性模量、屈服强度、极限应变、断裂韧性、硬 度、疲劳极限、蠕变极限、……
绪论-研究方法
既要重视试验，也要重视分析
• 材料在试验中表现出的力学行为特点，既反映了材料的性能特点，也不可避免的 受到各种随机因素的干扰影响。因此要在研究过程中科学的分析试验现象，抓住 本质特点，这是正确认识材料力学性能的关键。
• 材料力学性能的研究必须与工程实践相结合，理论研究要为工程实践服务。各种 力学性能指标都有其工程实用意义，因此不仅要了解这些性能指标赖以建立的依 据、力学模型，以及由此导出的定理、公式，而且要了解它们在工程应用中的适 用范围和限制条件。
绪论-基本概念回顾
• 变形（Deformation） • 断裂（Fracture） • 失效/破坏（Failure/Break）
弹性 塑性 黏性 刚性 延展性/韧性
Elasticity，Plasticity，Viscosity，Rigidity，Ductility
绪论-课程安排
制备
材料
力学问题
应用
材料内的 力是如何 分布的？
工程力学、材料力学 弹性力学、塑性力学
材料能耐受 多大的力？
材料的力学性能 断裂力学、损伤力学
材料的失 效与力有 关吗？
材料失效分析
绪论-课程安排
• 第一部分 介绍材料的基本力学性 能试验及力学性能指标的评测， 包括材料在各种静载、动载下的 力学性能
绪论-研究意义
研究材料的力学性能，目的在于： 了解材料在外加载荷或环境因素作用下的力学行为特点；
绪论-研究意义
研究材料的力学性能，目的在于： 了解材料在外加载荷或环境因素作用下的力学行为特点； 了解评价材料力学性能的方法；
力学性能指标
弹性模量、屈服强度、极限应变、断裂韧性、硬 度、疲劳极限、蠕变极限、……
绪论-研究方法
既要重视试验，也要重视分析
• 材料在试验中表现出的力学行为特点，既反映了材料的性能特点，也不可避免的 受到各种随机因素的干扰影响。因此要在研究过程中科学的分析试验现象，抓住 本质特点，这是正确认识材料力学性能的关键。
• 材料力学性能的研究必须与工程实践相结合，理论研究要为工程实践服务。各种 力学性能指标都有其工程实用意义，因此不仅要了解这些性能指标赖以建立的依 据、力学模型，以及由此导出的定理、公式，而且要了解它们在工程应用中的适 用范围和限制条件。
绪论-基本概念回顾
• 变形（Deformation） • 断裂（Fracture） • 失效/破坏（Failure/Break）
弹性 塑性 黏性 刚性 延展性/韧性
Elasticity，Plasticity，Viscosity，Rigidity，Ductility
材料力学绪论课件
（强度、刚度和稳定性）
构件材料的力学性质
材料力学的任务就是在满足强度、刚度和稳定性的要 求下，为设计既安全可靠又经济合理的构件，提供必 要的理论基础和科学的计算方法。
4. 课程的研究方法 理论分析和实验手段相结合
• 材料的力学性质需要通过实验获得 • 一些理论以实验结果得出的某些假设为前提
10
§ 1 . 1 材料力学的任务 古埃及金字塔
时间：公元前2500年
11
§ 1 . 1 材料力学的任务 嘉德石拱桥（Pont du Gard） 时间：公元前15年至公元14年
12
§ 1 . 1 材料力学的任务
赵州桥 隋朝李春利用石料耐压 不耐拉的特性，主持建
北宋建筑学家李诫的《营造法式》 书中对构件尺寸做了详细的规定， 给出许多经验公式，房梁要从园木 中截取高与宽之比为3比2的矩形最
楼板
墙
地下室底板
梁
楼梯 柱
梁
墙下基础
柱下基础
§ 1 . 1 材料力学的任务
1. 构件、载荷
各个构件承受的力统称为作用在构件上载荷（load）
楼板
墙
地下室底板
梁
楼梯 柱
梁
墙下基础
柱下基础
5
§ 1 . 1 材料力学的任务
1. 构件、载荷
各个构件承受的力统称为作用在构件上载荷（load）
载荷(力） 产生的效应
20
§ 1 . 2 变性固体的概念及理想模型
3. 小变形假设——研究材料力学的前提条件
小变形：指构件在外力作用下发生的变形量远小于 构件的尺寸
小变形假设：材料力学研究的变形局限于小变形范围
小变形假设的作用:
(1)保证构件处于纯弹性变形范围 (2)允许以变形前的受力分析代替变形后的受力分析 (3)保证叠加法成立
材料力学课件 课程思政1-第1章 绪论
阿波利斯，一座40年历史的双向
8车道州际大桥ห้องสมุดไป่ตู้然断裂成几大段，
坠入18米之下的密西西比河。当
地政府已确认这次事故造成至少
4人死亡，数十人受伤。初步调查
显示，这是一起桥梁结构性垮塌
事故，并非恐怖袭击。
工程案例
1998年9月10日19时38分，东方航空公司从上
海飞往北京的MU586航班起飞，23时07分成功迫降
力以使固体保持一定的形状。当受到外力作用而发
生变形时，各点之间产生附加的相互作用力，称为
附加内力，简称内力。
1.4 截面法3个步骤
(1)截开。用假想截面将构件沿待求内力截面处截开，
将构件一分为二。
(2)代替。任取一部分分析，画出作用在该部分的所
有外力和内力。
(3)平衡。根据研究部分的平衡条件建立平衡方程，
上海机场．惊心动魄3小时，就是因为飞机前起落
架的销子断裂导致起落架收放失效．
工程案例
前起落架锁连杆安装螺栓（销子）发生断裂．
工程案例
2005年11月2日下午3时，上海江扬南路临汾路一处工地，
正在吊运货运电梯的塔吊从中间突然折断，50米长大臂折成几
段砸向楼顶，驾驶室内的操作工当场死亡．
工程案例
美国塔科玛大
料在各种外力作用下产生的应变、应力、
强度、刚度、稳定和导致各种材料破坏的
极限。
b
l
材料力学主要的研究内容：在人们运用材
料进行建筑、工业生产的过程中，需要对
材料的实际承受能力和内部变化进行研究，
这就催生了材料力学。运用材料力学知识
可以分析材料的强度、刚度和稳定性。材
料力学还用于机械设计使材料在相同的强
材料力学PPT课件
通常用
MPa＝N/mm2 ＝ 10 6 Pa
有些材料常数 GPa＝ kN/mm2 ＝ 10 9 Pa
工程上用 kg/cm2 ＝ 0.1 MPa
正应力s
剪应力
二、轴向拉压时横截面上应力
dA
dN dA •s
N
s dN
N dN s dA
A
A
求应力，先要找到应力在横截面上的分布情况。
应力是内力的集度，而内力与变形有关，所以
绘轴力图
（2）求应力 AB段：A1＝240240mm＝57600mm2
BC段：A2＝370370mm＝136900mm2
s1
N1 A1
50 103 57600
0.87 N
/ mm 2
0.87MPa
s2
N2 A2
150 103 136900
1.1N
/ mm 2
1.1MPa
应力为负号表示柱受压。正应力的正负号与轴力N相同。
Nl
A
l
————虎克定律（Hooke)
EA
l Pl
EA
计算中用得多
lE——N——弹性s横量（Mpa,
Gpa)
s
E
l EA E
实验中用得多
计算变形的两个实例：
1.一阶梯轴钢杆如图，AB段A1＝200mm2，BC和CD段截面积相同A2＝A3＝ 500mm2；l1= l2= l3=100mm。弹性模量E＝200GPa，荷载P1＝20kN，P2 ＝40kN 。试求：（1）各段的轴向变形；（2）全杆AD的总变形；
N1＝-20kN（压） N2＝-10kN（压） N3＝+30kN（拉）
§3 应力
一、应力：
内力在杆件截面上某一点的密集程度
【材料力学】绪论
β
dy
dx
3、应变与应力的对应关系 正应力引起线应变，剪应力引起剪应变；
不引起 ， 不引起 。
三、应变的单位
：无量纲 mm/mm
：度或弧度
四、正负号的规定
：伸长为正，缩短为负。
：两线段沿坐标正向所夹直角变小为正，
变大为负。
注意：
材料力学所研究的变形仅限于小变形，故可认为 变形或变形引起的位移，其大小都是远小于构件的原始尺寸。 因此在建立静力学方程时，可依照物体的原始尺寸。
材料力学的任务就是： 在满足安全和经济实用的前提下，为构件的设计和选材 提供必要的理论基础，计算方法和实验技术。
四、材料力学研究的问题： 要解决构件的强度、刚度和稳定性问题，
必须研究在外力作用下构件的变形和破坏规律。 因此，在材料力学中将研究如下具体问题：
1. 研究各种构件在不同的受力状态下所产生的 内力和变形，建立相关的变形、内力、应力分布规律等 有关理论、计算方法和公式，提供设计所需的关于外力、
F
F
F
M
M
刚体位移：物体整体移动引起的位移
位移
线位移
变形位移：物体由变形引起的位移
角位移
二、应变
1、定义： 线应变：单位长度线段的伸长或缩短，简称应变。 角应变：两正交直线之间直角的改变量称为角应变 或剪应变
2、数学表达式：
s u B1
A1
A s B
平均应变： u
s
线应变： lim u
s0 s
角应变：
2 . 内力的计算方法：截面法
截面法步骤：
1）. 截开---- 欲求某一截面上的内力， 就沿该截面假想地将构件截 开。
2）. 替代---- 任取一部分为研究对象，并弃去另一部分。 同时在截开的截面上用内力来表示弃去部分 对留下部分的作用。
材料力学课件第一章绪论1-2
ε称为M点沿x方向的线应变或简称为正应变。
也记为εx 。 (重点掌握)
同理可定义εy ， εz 。 线应变，即单位长度上的变形量， 为无量纲量，其物理意义是构件上一点 沿某一方向(相对)变形量的大小。
正交线段MN和ML经变形后，分别是 M' N'和M' L' 。变形前后其角度的变化是：
L' L
N'
弹性体—内力特点 内力是变形引起的物体内部附加 力，内力不能是任意的，与外力引起 的变形有关，还必须满足平衡条件。
（3）分布内力系向截面的形心简化得 截面的合内力主矢FR与主矩MC。
m
z
x
C m
y
内力主矢FR与内力主矩MC按一定的坐标系 （空间）分解成内力分量FN（ MX矢量表示）与 截面垂直，FSy, FSz （ My , Mz矢量表示）与截 面相切。
应力量纲 1 Pa = 1 N/m2
[力] / [长度]2
单位— Pa (帕) ( Pascal帕斯卡) 1KPa = 103 Pa 1MPa = 106Pa 1GPa = 109 Pa
材料力学
常用单位
重点掌握
5
变形与应变的概念
对于构件上任“一点” 材料的变形， 只有线变形（线段伸长，缩短）和角变 形（两线段夹角的改变）两种基本变形， 它们分别由线应变和角应变来度量。
平面表示 L Δy L′
N′ Δx
M
N
M′
Δx+ Δu
变形前
变形后
L'
Δy+Δv
MN的绝对变形 M ' N ' MN u
L N'
Δy
M'
Δx
也记为εx 。 (重点掌握)
同理可定义εy ， εz 。 线应变，即单位长度上的变形量， 为无量纲量，其物理意义是构件上一点 沿某一方向(相对)变形量的大小。
正交线段MN和ML经变形后，分别是 M' N'和M' L' 。变形前后其角度的变化是：
L' L
N'
弹性体—内力特点 内力是变形引起的物体内部附加 力，内力不能是任意的，与外力引起 的变形有关，还必须满足平衡条件。
（3）分布内力系向截面的形心简化得 截面的合内力主矢FR与主矩MC。
m
z
x
C m
y
内力主矢FR与内力主矩MC按一定的坐标系 （空间）分解成内力分量FN（ MX矢量表示）与 截面垂直，FSy, FSz （ My , Mz矢量表示）与截 面相切。
应力量纲 1 Pa = 1 N/m2
[力] / [长度]2
单位— Pa (帕) ( Pascal帕斯卡) 1KPa = 103 Pa 1MPa = 106Pa 1GPa = 109 Pa
材料力学
常用单位
重点掌握
5
变形与应变的概念
对于构件上任“一点” 材料的变形， 只有线变形（线段伸长，缩短）和角变 形（两线段夹角的改变）两种基本变形， 它们分别由线应变和角应变来度量。
平面表示 L Δy L′
N′ Δx
M
N
M′
Δx+ Δu
变形前
变形后
L'
Δy+Δv
MN的绝对变形 M ' N ' MN u
L N'
Δy
M'
Δx
材料力学(全套精)单辉祖ppt课件
稳 定 问 题
.
工程构件的强度、刚度和稳定问题
稳 定 问 题
.
工程构件的强度、刚度和稳定问题
强 稳刚 度 定度
问 题
.
工程构件的强度、刚度和稳定问题
强度—不因发生断裂或塑性变形而失效； 刚度—不因发生过大的弹性变形而失效； 稳定性—不因发生因平衡形式的突然转 变而失效。
.
折断 轴 齿轮
齿轮 轴
内力）及变形。
F
FN
F
.
如何简化出火车车 轮轴的计算模型?
如何设计车轮轴 的横截面?
.
2）材料力学的特点：逻辑性强、概念丰富 3）学习方法：吃透概念、加强练习 4）本门课程的地位
是土木、机械和力学等专业的技术基础课； 是了解和学习相关专业知识和技术的第一门 重要课程。
.
§1-2 材料力学的基本假设
正确答案为[B]。负重爬坡时，链条在强大的拉力的作用下产生很大的变形， 并且超出齿轮和链条能够正常啮合的范围，导致链条打滑；打滑发生后自行 车又能正常骑行，说明打滑后链条完全恢复原状，所发生的变形为弹性变形。
2. 自行车负重爬坡出现“链条脱落”现象，并且无法安 装和继续前行，从力学的角度分析，此现象表明链条的
p
裂纹
虽然不折断，但变形过大， 影响正常传动。
P
失去原来的直线平衡状态
P
材料力学就是在满足强度、刚度 和稳定性要求的前提下，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。
本门课程的特点与地位 1）与理论力学的关系 理论力学研究刚体的外部效应（构件受到的外力）
A
B
FA
FB
F
F
材料力学研究变形固体的内部效应（构件受到的
.
工程构件的强度、刚度和稳定问题
稳 定 问 题
.
工程构件的强度、刚度和稳定问题
强 稳刚 度 定度
问 题
.
工程构件的强度、刚度和稳定问题
强度—不因发生断裂或塑性变形而失效； 刚度—不因发生过大的弹性变形而失效； 稳定性—不因发生因平衡形式的突然转 变而失效。
.
折断 轴 齿轮
齿轮 轴
内力）及变形。
F
FN
F
.
如何简化出火车车 轮轴的计算模型?
如何设计车轮轴 的横截面?
.
2）材料力学的特点：逻辑性强、概念丰富 3）学习方法：吃透概念、加强练习 4）本门课程的地位
是土木、机械和力学等专业的技术基础课； 是了解和学习相关专业知识和技术的第一门 重要课程。
.
§1-2 材料力学的基本假设
正确答案为[B]。负重爬坡时，链条在强大的拉力的作用下产生很大的变形， 并且超出齿轮和链条能够正常啮合的范围，导致链条打滑；打滑发生后自行 车又能正常骑行，说明打滑后链条完全恢复原状，所发生的变形为弹性变形。
2. 自行车负重爬坡出现“链条脱落”现象，并且无法安 装和继续前行，从力学的角度分析，此现象表明链条的
p
裂纹
虽然不折断，但变形过大， 影响正常传动。
P
失去原来的直线平衡状态
P
材料力学就是在满足强度、刚度 和稳定性要求的前提下，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。
本门课程的特点与地位 1）与理论力学的关系 理论力学研究刚体的外部效应（构件受到的外力）
A
B
FA
FB
F
F
材料力学研究变形固体的内部效应（构件受到的
材料力学课件之绪论
2.注意理论联系实际
一些理论都是经过简化建立起来的，通常需要由试验来验 证；而在这些理论中所需要的材料的力学性能，要由试验来测 定；尚无理论结果的问题往往又需要用试验的方法来解决，所 以试验分析和理论研究同是材料力学解决问题的方法。 3.注意分析方法和计算能力的培养
理解概念，记住结论，掌握方法，灵活应用
1. 连续性假设（continuity assumption）
认为构件（物体）的体积完全由材料毫无空隙地 充满，结构是密实的。
2. 均匀性假设（assumption of homogeneity） with isotropy）
组成物体的材料沿各方向的力学性质完全相同。
五、材料力学的任务
在满足强度、刚度、稳定性的要求下，以最经济的 代价，为构件确定合理的形状和尺寸，选择适宜的材料， 而提供必要的理论基础和计算方法。
六、材料力学的学习和研究方法
1.与理论力学的联系
效应 理论力学 外效应
研究对象 刚体
研究内容 刚体的机械运动
材料力学 内效应 杆件（可变形体） 杆件的强度、刚度和稳定性
各向异性体（body with anisotropy） 组成物体的材料沿沿各方向的力学性质不尽相同。
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。
5.线弹性假设：
1-3 杆件变形的基本形式
1.拉伸和压缩： 变形形式是由大小相等、方向相反、作用线与杆件轴
线重合的一对力引起的，表现为杆件长度的伸长或缩短。
2.剪切： 变形形式是由大小相等、方向相反、相互平行的一对力引起
的，表现为受剪杆件的两部分沿外力作用方向发生相对错动。
材料力学第六版PPT-第一章 绪论
刘鸿文浙江大学教授。
长期从事固体力学教学工作。
曾任教育部教材编审委员会委员，国家教委（教育部）工科力学课程教学指导委员会主任委员兼材料力学课程教学指导组组长。
著作有:《材料力学》,《高等材料力学》,《板壳理论》,《材料力学教程》,《材料力学实验》,《简明材料力学》等.《材料力学》第二版于1987年被评为全国高等学校优秀教材获国优奖.《材料力学》第三版于1997年获国家级教学成果一等奖，并获国家科技进步二等奖.第一章绪论(Preface)引言(Introduction)§1-1材料力学的任务及研究对象(The tasks and research objects of mechanics of materials)§1-2变形固体的基本假设(The basic assumptions of deformable body )§1-3力、应力、应变和位移的基本概念( Basic concepts of force、stress、strain and displacement)§1-4杆件变形的基本形式(The basic forms of deformation)引言20世纪以前,在力学知识的积累、应用和完善的基础上,逐渐形成和发展起来的蒸汽机、内燃机、铁路、桥梁、舰船、兵器等大型工业推动了近代科学技术和社会的进步.17世纪前后19世纪初扑翼飞机巨大双翼飞机滑翔机飞艇我国祖先的功绩跨度37.02米，全长50.83米世界上最古老的拱桥塔高65.86米，距今已有近前年历史，虽然历经近前年的风雨侵蚀和多次地震、炮击的重创，至今仍巍然耸.用现代力学的观点看，构件的受力特性都较好。
山西应县佛宫寺应县木塔建于1056年20世纪产生的、诸多高新技术，如高层建筑、大跨度悬索桥、海洋平台、精密仪器、机器人、高速列车以及大型水利工程等许多重要工程更是在力学指导下得以实现，并不断发展完善的。