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1、第一章绪论材料力学研究物体受力后的内在表现,即变形规律和破坏特征。1.1材料力学的任务构件—结构物或机械的各个组成部分称为构件。a)块体(body)b)平板(plate)c)壳体(shell)d)杆件(bar)—直杆、曲杆1.1.1研究对象理论力学将物体视为刚体,讨论其受力平衡及运动。事实上,绝对刚体是不存在的,物体总有变形发生,还可能破坏。材料力学在研究问题时必须考虑物体的变形,称为可变形固体。属于固体力学的范畴,不再接受刚体假设。材料力学以“杆件”为主要研究对象1.1材料力学的任务1.1.2研究内容
2、构件的强度、刚度、稳定性及材料的力学性质。当结构或机械承受荷载或传递运动时,每一构件都必须能够正常地工作,这才能保证整个结构或机械正常工作。对构件正常工作的要求可归纳为如下有三点：(1)在荷载作用下构件应不至于破坏(断裂或过量塑性变形),即应有足够的强度(Strength)。(2)在荷载作用下构件所产生的变形应不超过工程上允许的范围,也就是要具有足够的刚度(Stiffness)。(3)承受荷载作用时,构件在其原有形态下的平衡应保持为稳定的平衡,也就是要满足稳定性(Stability)的要求。构件损坏构件
3、变形过大稳定平衡不稳定平衡受压杆件的稳定平衡和不稳定平衡刚度：构件抵抗变形的能力稳定性：构件维持其原有平衡状态的能力强度：构件抵抗破坏的能力受一定外力作用的构件,要求能正常工作,一般须满足以下三方面要求:足够的强度必须的刚度足够的稳定性构件的承载能力1.1材料力学的任务1.1.3研究方法传统方法：理论方法与实验方法；现代方法：计算机分析方法。材料力学的任务:设计构件时,在保证满足强度、刚度、稳定性的要求的前提下,还必须尽可能合理选用材料和降低材料的消耗量,以节约资金或减轻构件的自重。1.1材料力学的任务
4、材料的力学性能：在外力作用下材料变形与所受外力之间的关系,以及材料抵抗变形与破坏的能力。构件的强度、刚度、稳定性问题均与所用材料的力学性能有关,这些力学性能都需要通过材料试验来测定。1.2材料力学与生产实践的关系在封建社会及其以前,建筑物多以石料、木材以及冶炼粗糙的铸铁、铸铜等为主要的建筑材料,同时,这些建筑物的工作条件也较简单,在设计时大多凭经验或采用模仿的方法。但在古代建筑中也已体现出当时劳动人民根据生产实践所积累起来的经验,对构件受力特点及材料的力学性能有了初步认识,并能结合构件受力特点正确地使用
5、材料。例如,在我国古代就已将一些砖石结构做成拱形,以充分发挥材料的压缩强度；用竹索做成悬索桥,以充分利用竹材的拉伸强度。此外,在木结构中也积累了不少制造梁、柱的经验,如对于矩形截面的木梁,采用的截面高宽比为3:2,这事实上是符合材料力学基本原理的。1.2材料力学与生产实践的关系封建社会解体后,生产力得到了迅速的发展。为了建造新的建筑物、车、船及机械等,单凭经验或采用模仿的方法就解决不了新提出的问题。材料力学也就在这种情况下逐渐形成为一门科学。这一时期的意大利科学家伽利略(Galileo),为了解决建造船
6、只和水闸所需梁的尺寸问题进行了一些实验,并在1638年首先提出了计算梁强度的公式。由于他用了刚体力学的方法而未考虑到梁受力后的变形这一重要因素,以致其结论并不正确,但他开辟了用实验和按理论方法计算构件的新途径。后来,英国科学家胡克(R．Hooke)在1678年发表了他根据实验观察所总结出来的重要物理定律——力与变形成正比。从此以后,材料力学在过去生产实践中所积累的丰富经验的基础上,开始有了新的发展。1.2材料力学与生产实践的关系随着生产的发展,以及随着铁路车辆、船舶、飞机、新型建筑物和金属切削机床的发明
7、和使用,提出了减轻构件自重、减少材料消耗量的要求。为此必须提高材料的强度,这就推动了冶金工业的发展,使高强度的金属例如钢、铝合金等材料逐渐成为主要的工程材料,从而使构件为了符合其强度要求所需要的截面尺寸有可能减小。然而,由于采用了细长的构件,荷载作用下的变形就显著地增大。因此,保证构件的刚度就成为在计算中必须加以考虑的另一个方面。此外,由于细长杆件在受压时,又出现了丧失其原有平衡形态的稳定性问题,所以对构件进行稳定性计算,也成为理论计算中不可忽视的又一个方面。由此可见,在荷载作用下的构件需要进行强度、刚
8、度和稳定性计算,是随着生产发展中不断出现的新问题而逐渐提出来的。1.2材料力学与生产实践的关系生产的进一步发展又带来了更多的新问题，例如很多构件需要在随时间而交替变化的荷载作用下，或长期在高温环境中工作，等等。对于在这些情况下工作的构件进行强度、刚度和稳定性计算时，就得考虑更多的影响因素。此外，随着超高强度钢的应用，又出现了由于结构或构件中存在着漏检的初始裂纹而发生意外断裂的事故，为解决这类问题，近年来发展了断裂力学这一个分支。赵州桥(安济
