材料力學(xué)是應(yīng)用力學(xué)的一個(gè)分支

《材料力學(xué)是應(yīng)用力學(xué)的一個(gè)分支》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。

1、第1章緒論材料力學(xué)是應(yīng)用力學(xué)的一個(gè)分支，是一門(mén)技術(shù)基礎(chǔ)課，是以數(shù)學(xué)、物理、理論力學(xué)為基礎(chǔ)的課，又是某些課的基礎(chǔ)，如機(jī)械零件、結(jié)構(gòu)力學(xué)、機(jī)床設(shè)計(jì)——主要研究構(gòu)件在外力作用下的應(yīng)力和變形?！?.1材料力學(xué)的基本任務(wù)任何機(jī)械，各種結(jié)構(gòu)物，在正常工作狀態(tài)下組成它們的每一個(gè)構(gòu)件都要受到從相鄰件或從其它構(gòu)件傳遞來(lái)的外力——載荷的作用。例如，車(chē)床主軸，切削力，齒輪嚙合力材料力學(xué)是一門(mén)研究各種構(gòu)件抗力性能：承載能力的一門(mén)科學(xué)1.1.1幾個(gè)術(shù)語(yǔ)構(gòu)件與桿件：組成機(jī)械的零部件或工程結(jié)構(gòu)中的構(gòu)件統(tǒng)稱(chēng)為構(gòu)件。如圖1-1a所示橋式起重機(jī)的主梁、吊鉤、鋼絲繩；圖1-2所示

2、懸臂吊車(chē)架的橫梁AB，斜桿CD都是構(gòu)件。實(shí)際構(gòu)件有各種不同的形狀，所以根據(jù)形狀的不同將構(gòu)件分為：桿件、板和殼、塊體。桿件：長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于橫向尺寸的構(gòu)件，其幾何要素是橫截面和軸線(xiàn)，如圖1-3a所示，其中橫1截面是與軸線(xiàn)垂直的截面；軸線(xiàn)是橫截面形心的連線(xiàn)。按橫截面和軸線(xiàn)兩個(gè)因素可將桿件分為：等截面直桿，如圖1-3a、b；變截面直桿，如圖1-3c；等截面曲桿和變截面曲桿如圖1-3b。板和殼：構(gòu)件一個(gè)方向的尺寸（厚度）遠(yuǎn)小于其它兩個(gè)方向的尺寸，如圖1-4a和b所示。塊體：三個(gè)方向（長(zhǎng)、寬、高）的尺寸相差不多的構(gòu)件，如圖1-4c所示。在本教程中，如未作說(shuō)明

3、，構(gòu)件即認(rèn)為是指桿件。變形與小變形：在載荷作用下，構(gòu)件的形狀及尺寸發(fā)生變化稱(chēng)為變形，如圖1-2所示懸臂吊車(chē)架的橫梁AB，受力后將由原來(lái)的位置彎曲到AB′位置，即產(chǎn)生了變形。小變形：絕大多數(shù)工程構(gòu)件的變形都極其微小，比構(gòu)件本身尺寸要小得多，以至在分析構(gòu)件所受外力（寫(xiě)出靜力平衡方程）時(shí)，通常不考慮變形的影響，而仍可以用變形前的尺寸，此即所謂“原始尺寸原理”。如圖1-1a所示橋式起重機(jī)主架，變形后簡(jiǎn)圖如圖1-1b所示，截面最大垂直位移f一般僅為跨度l的l/1500～1/700，B支撐的水平位移Δ則更微小，在求解支承反力RA、RB時(shí)，不考慮這些微小變

4、形的影響。1.1.2對(duì)構(gòu)件的三項(xiàng)基本要求強(qiáng)度：構(gòu)件在外載作用下，具有足夠的抵抗斷裂破壞的能力。例如儲(chǔ)氣罐不應(yīng)爆破；機(jī)器中的齒輪軸不應(yīng)斷裂等。剛度：構(gòu)件在外載作用下，具有足夠的抵抗變形的能力。如機(jī)床主軸不應(yīng)變形過(guò)大，否則影響加工精度。穩(wěn)定性：某些構(gòu)件在特定外載，如壓力作用下，具有足夠的保持其原有平衡狀態(tài)的能力。例如千斤頂?shù)穆輻U，內(nèi)燃機(jī)的挺桿等。構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性問(wèn)題是材料力學(xué)所要研究的主要內(nèi)容。1.1.3材料力學(xué)的任務(wù)1）研究構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性；2）研究材料的力學(xué)性能；3）為合理解決工程構(gòu)件設(shè)計(jì)中安全與經(jīng)濟(jì)之間的矛盾提供力學(xué)方面的依

5、據(jù)。2構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性問(wèn)題均與所用材料的力學(xué)性能有關(guān)，因此實(shí)驗(yàn)研究和理論分析是完成材料力學(xué)的任務(wù)所必需的手段?！?.2變形固體及其基本假設(shè)在外力作用下，一切固體都將發(fā)生變形，故稱(chēng)為變形固體，而構(gòu)件一般均由固體材料制成，所以構(gòu)件一般都是變形固體。由于變形固體種類(lèi)繁多，工程材料中有金屬與合金，工業(yè)陶瓷，聚合物等，性質(zhì)是多方面的，而且很復(fù)雜，因此在材料力學(xué)中通常省略一些次要因素，對(duì)其作下列假設(shè)：1．連續(xù)性假設(shè)：認(rèn)為整個(gè)物體所占空間內(nèi)毫無(wú)空隙地充滿(mǎn)物質(zhì)。2．均勻性假設(shè)：認(rèn)為物體內(nèi)的任何部分，其力學(xué)性能相同。3．各向同性假設(shè)：認(rèn)為物體內(nèi)在各個(gè)不

6、同方向上的力學(xué)性能相同。4.外力是外部物體對(duì)構(gòu)件的作用力，包括外加載荷和約束反力。1.2.1按外力的作用方式分為：體積力和表面力1）體積力：連續(xù)分布于物體內(nèi)部各點(diǎn)上的力，如物體的自重和慣性力。2）表面力：作用于物體表面上的力，又可分為分布力和集中力。分布力是連續(xù)作用于物體表面的力，如作用于船體上的水壓力等；集中力是作用于一點(diǎn)的力，如火車(chē)輪對(duì)鋼軌的壓力等。1.2.2按外力的性質(zhì)分為：靜載荷和動(dòng)載荷1）靜載荷：載荷緩慢地由零增加到某一定值后，不再隨時(shí)間變化，保持不變或變動(dòng)很不顯著，稱(chēng)為靜載荷。2）動(dòng)載荷：載荷隨時(shí)間而變化。動(dòng)載荷可分為構(gòu)件具有較大

7、加速度、受交變載荷和沖擊載荷三種情況。交變載荷是隨時(shí)間作周期性變化的載荷；沖擊載荷是物體的運(yùn)動(dòng)在瞬時(shí)內(nèi)發(fā)生急劇變化所引起的載荷。§1.3內(nèi)力、截面法31.3.1內(nèi)力由于構(gòu)件變形，其內(nèi)部各部分材料之間因相對(duì)位置發(fā)生改變，從而引起相鄰部分材料間因力圖恢復(fù)原有形狀而產(chǎn)生的相互作用力，稱(chēng)為內(nèi)力。注意：材料力學(xué)中的內(nèi)力，是指外力作用下材料反抗變形而引起的內(nèi)力的變化量，也就是“附加內(nèi)力”，它與構(gòu)件所受外力密切相關(guān)。1.3.2截面法假想用截面把構(gòu)件分成兩部分，以顯示并確定內(nèi)力的方法。如圖1-5所示：（1）截面的兩側(cè)必定出現(xiàn)大小相等，方向相反的內(nèi)力；（2）被

8、假想截開(kāi)的任一部分上的內(nèi)力必定與外力相平衡。例1-1鉆床如圖1-6a所示，在載荷P作用下，試確定截面m—m上的內(nèi)力。解：（1）沿m—m截面假想地將鉆床分成兩部分。取