材料力学基础知识PPT课件

3.3外力与内力
外力：
按 体积力:是连续分布于物体内部各点的力
外
力
如物体的自重和惯性力
作
如油缸内壁的压力，水坝受
用 的 方
面积力:
分布力：到的水压力等均为分布力 集中力：若外力作用面积范围远小于构
式
件表面的尺寸，可作为作用于
一点的集中力。如火车轮对钢
轨的压力等
按 静载： 缓慢加载（a≈0）
时
间 动载： 快速加载（a≠0），或冲击加载
材料力学基础知识
1、材料力学与生产实践的关系
材料力学的建立
通常所指金属材料的性能包括以下两个方面： 1．使用性能是为了保证机械零件、设备、结构件等能正
常工作，材料所应具备的使用性能主要有力学性能（强度、 硬度、刚度、塑性、韧性等）、物理性能（密度、熔点、 导热性、热膨胀性等），化学性能（耐蚀性、热稳定性
在不同形式的外力作用下，杆件的变形与应力也相 应不同。 轴向载荷：作用线沿杆件轴线的载荷 轴向拉压：以轴向伸长或缩短为主要特征的变形形式 拉压杆：以轴向拉压为主要变形的杆件 轴向拉压的受力特点：外力的合力作用线与杆的轴 线重合。 轴向拉压的变形特点： 轴向拉伸：杆的变形是轴向伸长，横向缩短。 轴向压缩：杆的变形是轴向缩短，横向变粗。
荷载作用下
荷载去除后
3.1材料力学的研究对象
Ⅱ. 具有足够的刚度——荷载作用下的弹性变形不超过工程 允许范围。构件在外载作用下，抵抗可恢复变形的能力。 例如机床主轴不应变形过大，否则影响加工精度。导轨、 丝杠等。
F
荷载未作用时
荷载作用下 弹性变形
荷载去除后
3.1材料力学的研究对象
Ⅲ. 满足稳定性要求——对于理想中心压杆是指荷载作用下杆件能 保持原有形态的平衡。 构件在某种外载作用下，保持其原有平衡状 态的能力。例如柱子不能弯等。
3.4正应力与剪（切）应力
垂直于截面的应力称为“正应力” (б，sigma西格玛)；
lim
Δ A0
ΔN ΔA
dN dA
p
M
应力单位：1Pa =1 N/m2
1M Pa = 1×106 N/m2
1G Pa = 1×109 N/m2
位于截面内的应力称为“剪应力”(τ，tau套 )。
lim
Δ A0
Δ Δ
T A
3.1材料力学的研究对象
对构件在荷载作用下正常工作的要求
Ⅰ. 具有足够的强度——荷载作用下不断裂，荷载去除后不产生过大 的永久变形(塑性变形)构件在外载作用下，抵抗破坏的能力。 例如 储气罐不应爆破。（破坏 —— 断裂或变形过量不能恢复）
F
F
F
F
a
钢筋
b
3.1材料力学的研究对象
塑形变形示例
荷载未作用时 F
偏心受压直杆
3.2材料力学的基本假设
1．连续性假设：认为整个物体体积内毫无空隙地充 满物质 （数学） 2．均匀性假设：认为物体内的任何部分，其力学性 能相同 （力学） 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（物理）
4. 小变形假设：指构件在外力作用下发生的变形 量远小
于构件的尺寸
dT dA
3.5正应变与切应变
一、形变：
形状的改变。物体的形状总可用它各部分的长度和 角度来表示。因此物体的形变总可以归结为长度的改 变和角度的改变。
二、应变：
应变又可分为正应变（线应变）和切应变两种。每 单位长度的伸缩称为正应变（线应变），用ε（epsilon ， 伊普西龙 ） 表示；各线段之间的直角的改变称为切应变 （角应变），用γ （gamma，伽马）表示。
3.6杆件的四种基本变形形式
工程中常用构件在荷载作用下的变形， 大多为上述几种基本变形形式的组合， 纯属一种基本变形形式的构件较为少见. 但若以一种基本变形形式为主，其它属 于次要变形的，则可按这种基本变形形 式计算.若几种变形形式都非次要变形， 则属于组合变形问题.
4 轴向拉伸与压缩
4.1引言
3.扭转变形 受力特点： 杆受一对大小相等，方向相反的力偶，力 偶作用面垂直于杆轴线. 变形特点： 相邻截面绕轴相对转动.
3.6杆件的四种基本变形形式
4.弯曲变形 受力特点：杆受一对大小相等，方向相反的力
偶作用，力偶作用面是包含(或平行) 轴线Leabharlann Baidu纵向面. 变形特点：相邻截面绕垂直于力偶作用面的轴 线作相对转动.
硬度。包括划痕硬度，压入硬度回跳硬度， 如布氏硬度、维氏硬度、、洛氏硬度里氏 硬度等等。
冲击韧性。冲击功ak
3.1材料力学的研究对象
1、构件
板
壳
中面
2、构件分类
杆
件
横截面 形心
块
轴线
体
3.1材料力学的研究对象
轴线： 中轴线、中心线。 横截面：垂直于梁的轴向的截面形状。 形心:截面图形的几何中心 。
剪力 ：Fy、Fz使杆件产生剪切变形
扭矩 ：Mx 力偶，使杆件产生绕轴线转动的扭转变形
弯矩 ：My , Mz 力偶，使杆件产生弯曲变形
F1
y
Fy
My
O
Fx
x
Mx
F2
Fz
z
Mz
3.3外力与内力
上述内力及内力偶矩分量与作用在切开杆 段上的外力保持平衡，因此，由平衡方程
ΣFx=0，ΣFy=0，ΣFz=0 ΣMx=0，ΣMy=0，ΣMz=0
1.轴向拉伸或压缩变形 受力特点：杆受一对大小相等，方向相反的纵向力 ，力的作用线与杆轴线重。 变形特点： 相邻截面相互离开(或靠近)
3.6杆件的四种基本变形形式
2.剪切变形 受力特点：杆受一对大小相等，方向相反的横向力作用，力 的作用线靠得很近。 变形特点： 相邻截面相对错动.
3.6杆件的四种基本变形形式
等）。使用性能决定了材料的应用范围，使用安全可靠性 和使用寿命。 材料力学的建立主要解决材料的力学性能，研究对象有 （1）强度 （2）刚度 （3）稳定性 研究的参数包括
材料力学的建立
强度。（屈服强度，抗拉强度，抗弯强度， 抗剪强度），如钢材Q235，屈服强度为 235MPa
塑性。一般用伸长率或断面收缩率表示。 如Q235伸长率为δ5=21-26
3.5正应变与切应变
线应变ε 线应变 —— 即单位长度上的变形量，无量纲，其物 物理意义是构件上一点沿某一方向变形量的大小
3.5正应变与切应变
切应变γ
切应变 ：即一点单元体两棱角直角的改变 量，无量纲
弹性变形： 卸载时能够消失或恢复的变形; 塑性变形： 卸载时不能消失或恢复的变形。
γ
3.6杆件的四种基本变形形式
3.3外力与内力
内力与截面法
内力：物体内部的相互作用力。由于载荷作用引起的内力称为附 加内力。简称内力。内力特点：引起变形，传递外力，与外力平衡。
截面法：将杆件假想地切成两部分，以显示内力，称为截面法。
3.3外力与内力
应用力系简化理论，将上述分布内力向横截面的形心简化，得
轴力 ：Fx沿杆件轴线方向内力分量，产生轴向（伸长，缩短）