工程力学 教学课件 作者 张凤翔 ch04.ppt

《工程力学 教学课件 作者 张凤翔 ch04.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第4章材料力学的基本概念4.1材料力学的任务与基本假设4.2内力、应力和应变的概念4.3杆件变形的基本形式本章小结思考题4.1材料力学的任务与基本假设4.1.1材料力学的任务机械与工程结构通常是由若干个零部件构成的，把构成它们的每一个组成部分统称为构件。当机械或工程结构工作时，有关构件将受到力的作用。作用于构件上的这些力都可称为载荷。构件一般由固体制成，在载荷的作用下，构件会产生几何形状和尺寸的改变，称为变形。若这种变形在外力撤除后能够完全消失，则称之为弹性变形；若这种变形在外力撤除后不能够完全消失，

2、保留下来的那一部分变形则称之为塑性变形（或永久变形）。4.1材料力学的任务与基本假设4.1.1材料力学的任务（续）为了保证机械或工程结构能够正常的工作，则应要求每一个构件都具有足够的承受载荷的能力，简称承载能力。构件的承载能力通常由以下三个方面来衡量：（1）强度——构件抵抗破坏（断裂或产生显著塑性变形）的能力称为强度。（2）刚度——构件抵抗变形的能力称为刚度。（3）稳定性——构件保持其原有平衡形态的能力称为稳定性。随着压力的增加，受压构件（压杆）会由原来直线形状的平衡突然变弯曲丧失工作能力，这种现象称

3、为失稳。材料力学的任务就是：在保证构件满足强度、刚度和稳定性要求的前提下，以最经济的代价，为构件选择合适的材料，确定合理的截面形状和尺寸，并提供必要的理论基础和计算方法。4.1材料力学的任务与基本假设4.1.2变形固体的基本假设构件一般均由固体材料制成，在外力作用下，一切固体都将发生变形。为了研究的方便，对变形固体作如下基本假设：（1）连续性假设——认为构成物体的材料毫无空隙地充满了物体所占据的几何空间。（2）均匀性假设——认为物体内各点处的力学性能都是一样的，不随点的位置而变化。材料的力学性能是指材

4、料在外力作用下表现出的强度和变形方面的特性。（3）各向同性假设——认为材料沿各个方向上的力学性能都是相同的。（4）小变形假设——假设变形固体在外力作用下产生的形状及尺寸的改变与构件原有尺寸相比是很微小的。4.2内力、应力和应变的概念4.2.1内力—截面法1.内力当构件受到外力作用而变形时，其内部各部分材料之间因相对位置发生改变，从而引起相邻部分材料间因力图恢复原有形状而产生的相互作用力，称为内力。注意：材料力学中的内力，是指外力作用下材料抵抗变形而引起的内力的变化量，也就是“附加内力”，它与构件所受外

5、力密切相关。当外力增加，使内力超过某一限度时，构件就会破坏，因而内力是研究构件强度问题的基础。4.2内力、应力和应变的概念4.2.1内力—截面法（续）2.截面法假想地用截面把构件分成两部分，以显示并确定内力的方法称为截面法。用截面法显示并确定内力的过程可以归纳为以下三个步骤：（1）截取在需求内力的截面处，假想地用一平面将构件截分为两部分，任取其中一部分为研究对象而弃去另一部分。（2）替代在选取的研究对象上，除保留作用于该部分上的外力外，还要用作用于截面上的内力，代替弃去部分对研究对象的作用力。（3）平

6、衡由静力平衡条件，求出该截面上的内力。4.2内力、应力和应变的概念4.2.2应力的概念内力在截面上某点处的分布集度，称为该点的应力。在受力构件截面上任一点K的周围取一微小面积ΔA，并设作用于该面积上的内力为ΔF，则ΔA上分布内力的平均集度为称为ΔA上的平均应力。用p表示点K处的应力（或称全应力），则法向分量称为正应力，切向分量称为切应力。应力单位：Pa，MPa4.2内力、应力和应变的概念4.2.3应变的概念从受力构件内任一点K处取出一个微小正六面体（称为单元体）。其沿x轴棱边KB的伸长量Δu与原长

7、Δx的比值，则称为棱边KB的平均线应变，用mx表示，即当Δx→0时，其极限值称为K点处沿x轴方向的线应变或正应变。同理，我们也可以定义点K处沿y、z轴方向的线应变y、z。单元体两条互相垂直的棱边所夹直角的改变量，称为切应变或角应变，用表示。4.3杆件变形的基本形式长度远大于截面尺寸的构件，称为杆件或简称为杆。杆件的主要几何因素是横截面和轴线。杆件的横截面是指垂直于杆件长度方向的截面；杆件的轴线是杆件各横截面形心的连线。轴线为曲线的杆称为曲杆；轴线为直线的杆称为直杆。最常见的是横截面大小和形状不

8、变的直杆，称为等直杆。杆件的整体变形有以下四种基本形式：1.拉伸与压缩杆件受到沿轴线方向的拉力或压力作用时，杆件将沿轴线产生伸长或缩短变形。4.3杆件变形的基本形式2.剪切杆件受到一对大小相等、方向相反且作用线相距很近的横向力作用时，杆件将在两力间的截面发生相对错动。4.3杆件变形的基本形式3.扭转杆件受到一对大小相等、转向相反、作用面与轴线垂直的力偶作用时，杆件在两力偶作用面间的各横截面将绕轴线产生相对转动。4.3杆件变形的基本形式4.弯曲杆件受到垂直