复旦大学：《材料物理——材料力学 Mechanics of materials》教学课件_第一章 材料力学概述

第一章材料力学欐述 材料物理 王珺 2019.3

第一章 材料力学概述 材料物理 王珺 2019.3

主要内容 °材料力学的任务 变形固体的基本假设 外力及其分类 内力、截面法向和应力的概念 变形与应变 °杆件变形的基本形式

主要内容 • 材料力学的任务 • 变形固体的基本假设 • 外力及其分类 • 内力、截面法向和应力的概念 • 变形与应变 • 杆件变形的基本形式

问题的引入 Ba经验 假设你是设计师,需要设计一款 手机的外壳,需要考虑哪些条件? REyes

问题的引入 假设你是设计师，需要设计一款 手机的外壳，需要考虑哪些条件？

应用需要满足的条件 避免不可恢复的弯曲变形 仅需满足不出现弯曲? 变形过大 薄壁变形 设计时没有手机实物,没法实验 所有结构都需要满足的条件325m

应用需要满足的条件 • 避免不可恢复的弯曲变形。 变形过大 设计时没有手机实物，没法实验 • 仅需满足不出现弯曲？ 薄壁变形 • 所有结构都需要满足的条件

般结构需要满足的要求 强度要求 结构不可出现破坏 °轴折断、罐体破坏 刚度要求 结构不能产生过大的变形 齿轮轴、机床轴变形要求 稳定性要求 有足够保持原有平衡态的能力 °压杆稳定性

一般结构需要满足的要求 • 强度要求 – 结构不可出现破坏 • 轴折断、罐体破坏 • 刚度要求 – 结构不能产生过大的变形 • 齿轮轴、机床轴变形要求 • 稳定性要求 – 有足够保持原有平衡态的能力 • 压杆稳定性

材料力学的任务 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 经济又安全的构件,提供必要的理论基础和计算方法 满足结构的强度、刚度和稳定性要求 结构:截面尺寸、形状合理 材料:材料选用合理,减少浪费 价格:控制成本 具体问题的特殊性 储气罐主要是要保证强度 车床主轴主要是要具备一定的刚度 受压的细长杆应保待稳定性 某些特殊构件还可能有相反的要求 例如为防止超载,当载荷超出某极限时.安全梢应立即破坏 为发挥缓冲作用,车辆的缓冲弹簧该应有较大的变形

材料力学的任务 • 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 经济又安全的构件，提供必要的理论基础和计算方法 • 满足结构的强度、刚度和稳定性要求 – 结构：截面尺寸、形状合理 – 材料：材料选用合理，减少浪费 – 价格：控制成本 • 具体问题的特殊性 – 储气罐主要是要保证强度 – 车床主轴主要是要具备一定的刚度 – 受压的细长杆应保待稳定性 – 某些特殊构件还可能有相反的要求 • 例如为防止超载，当载荷超出某极限时．安全梢应立即破坏 • 为发挥缓冲作用，车辆的缓冲弹簧该应有较大的变形

分析方法 良好的结构 材料选择 满足结构的强度、刚度和稳定性要求 需要了解材料在外力作用下的变形、破坏等方面的性 能,即材料的力学性能 °解决问题的方法 实验 直接测定性能 验证理论 理论 得出解析结果 与实验对比 数值计算(有限元法等)

分析方法 • 良好的结构 – 材料选择 – 满足结构的强度、刚度和稳定性要求 – 需要了解材料在外力作用下的变形、破坏等方面的性 能，即材料的力学性能 • 解决问题的方法 – 实验 • 直接测定性能 • 验证理论 – 理论 • 得出解析结果 • 与实验对比 – 数值计算（有限元法等）

变形固体基本假设 连续性假设 固体物质无间隙地充满了固体体积 将固体中的点上的物理量看作是坐标函数时,可进行关 于坐标趋于无限小的极限分析 均匀性假设 固体中到处有相同的力学性能 °任取一部分,力学性能总是相同的 各向同性假设 无论沿任何方向,固体力学性能都是相同的; 分类 各项同性材料:钢、铜、玻璃等 各项异性材料:木材、胶合板等

变形固体基本假设 • 连续性假设 – 固体物质无间隙地充满了固体体积 • 将固体中的点上的物理量看作是坐标函数时，可进行关 于坐标趋于无限小的极限分析 • 均匀性假设 – 固体中到处有相同的力学性能 • 任取一部分，力学性能总是相同的 • 各向同性假设 – 无论沿任何方向，固体力学性能都是相同的； – 分类 • 各项同性材料：钢、铜、玻璃等 • 各项异性材料：木材、胶合板等

外力作用 R Rt

外力作用

外力的分类 按作用方式 表面力 机翼受到的空气压力 分布力 船体受到的水压力 集中力 受力面积与物体表面积相比很小 体积力 作用于物体内部各点的力(例如重力) 按载荷随时间的变化关系 静载荷 载荷由零缓慢增加到一定值,保持不变或变化很 例:重物放置到承载台上 动载荷 周期载荷 载荷 载荷随时间做周期变化 》例如齿轮转动时的受力 冲击载荷 时间 载荷 载荷在很短时间内完成作用 》例如跌落、急刹车时的轮轴

外力的分类 • 按作用方式 – 表面力 • 分布力 – 船体受到的水压力 • 集中力 – 受力面积与物体表面积相比很小 – 体积力 • 作用于物体内部各点的力(例如重力) • 按载荷随时间的变化关系 – 静载荷 • 载荷由零缓慢增加到一定值，保持不变或变化很小 – 例：重物放置到承载台上 – 动载荷 • 周期载荷 – 载荷随时间做周期变化 » 例如齿轮转动时的受力 • 冲击载荷 – 载荷在很短时间内完成作用 » 例如跌落、急刹车时的轮轴 5 10 15 1.0 0.5 0.5 1.0 5 10 15 0.2 0.1 0.1 0.2 0.3 时间 时间 载 荷 载 荷 机翼受到的空气压力