阅读材料：材料力学简介

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1、材料力学简介材料力学是固休力学的一个分支,它是研究结构构件和机械零件承载能力的基础学科。其基本任务是：将工程结构和机械中的简单构件简化为一维杆件，计算杆中的应力、变形并研究杆的稳定性，以保证结构能承受预定的载荷；选择适当的材料、截面形状和尺寸，以便设计出既安全又经济的结构构件和机械零件。在结构承受载荷或机械传递运动吋，为保证各构件或机械零件能正常工作,构件和零件必须符合如下要求：不发生断裂，即具有足够的强度；弹性变形应不超出允许的范围，即具有足够的刚度；在原冇形状下的平衡应是稳定平衡，也就是构件不会失去稳定性。对强度、刚度和稳定性这三方面的要求，冇时统称为“强度要求”，而材料力学在这

2、三方面对构件所进行的计算和试验，统称为强度计算和强度试验。为了确保设计安全，通常要求多用材料和用高质量材料；而为了使设计符合经济原则，又耍求少用材料和用廉价材料。材料力学的目的Z—就在于为合理地解决这一才盾，为实现既安全又经济的设计提供理论依据和计算方法。材料力学的发展简史在古代建筑屮，尽管还没有严格的科学理论，但人们从长期生产实践屮，对构件的承力情况已有一些定性或较粗浅的定量认识。例如，从圆木中截取矩形截而的木粱，当高宽比为3：2时最为经济，这大体上符合现代材料力学的基本原理。随着工业的发展，在车辆、船舶、机械和人型建筑工程的建造中所碰到的问题日益复杂，单凭经验已无法解决，这样，在

3、对构件强度和刚度长期定量研究的基础上，逐渐形成了材料力学。意大利科学家伽利略为解决建造船舶和水闸所需的粱的尺寸问题，进行了一系列实验，并于1638年首次提出粱的强度计算公式。由于当时对材料受力后会发生变形这一规律缺乏认识，他采用了刚体力学的方法进行计算，以致所得结论不完全正确。后来，英国科学家胡克在1678年发表了根据弹簧实验观察所得的,“力与变形成正比”这一重要物理定律（即胡克定律）。奠定了材料力学的基础。从18世纪起，材料力学开始沿着科学理论的方向向前发展。高速车辆、飞机、大型机械以及铁路桥梁等的出现，使减轻构件的自重成为亟待解决的问题。随着冶金工业的发展，新的高强度金属（如钢和

4、铝合金等）逐渐成为主要的工程材料，从而使薄型和细长型构件大量被采用。这类构件的失稳破坏屡有发生，从而引起工程界的注意，从而成为构件刚度和稳定性理论发展的推动力。由丁•超高强度材料和焊接结构的广泛应用，低应力脆断和疲劳事故又成为新的研究课题，促使这方面研究迅速发展。二、材料力学的研究内容材料力学的研究通常'包括两大部分：一部分是材料的力学性能（或称机械性能）的研究，材料的力学性能参量不仅可用于材料力学的计算，而且也是固休力学英他分支的计算屮必不可少的依据；另一部分是对杆件进行力学分析。杆件按受力和变形可分为拉杆、压杆受弯曲（有时还应考虑剪切）的粱和受扭转的轴等几大类。杆中的内力冇轴力、

5、剪力、弯矩和扭矩。杆的变形可分为伸长、缩短、挠曲和扭转。在处理具体的杆件问题时，根据材料性质和变形情况的不同,可将问题分为线弹性问题、儿何非线性问题、物理非线性问题三类。线弹性问题是指在杆变形很小，而且材料服从胡克定律的前捉下，对杆列出的所有方程都是线性方程，相应的问题就称为线性问题。对这类问题可使用叠加原理，即为求杆件在多种外力共同作用下的变形（或内力），可先分别求出各外力单独作用下杆件的变形（或内力），然后将这些变形（或内力）叠加，从而得到最终结果。几何非线性问题是指杆件变形较大，就不能在原冇几何形状的基础上分析力的平衡，而应在变形后的几何形状的基础上进行分析。这样，力和变形Z间

6、就会出现非线性关系，这类问题称为几何非线性问题。物理非线性问题是指材料内的变形和内力之间（如应变和应力之间）不满足线性关系，即材料不服从胡克定律。解决这类问题可利用卡氏第一定理、克罗蒂—恩盖塞定理或采用单位载荷法等。在许多工程结构中，杆件往往在复朵载荷的作用或复朵环境的影响下发生破坏。例如，杆件在交变载荷作用下发生疲劳破坏，在高温恒载条件下因蠕变而破坏，或受高速动载荷的冲击而破坏等。这些破坏是使机械和工程结构丧失工作能力的主要原因。所以，材料力学还研究材料的疲劳性能、蠕变性能和冲击性能。三、材料力学的研究方法因为在现实世界中，实际构件一般比较复杂，所以对它的研究一般分两步进行：先作简

7、化假设，再进行力学分析。在材料力学研究中，一般可把材料抽象为可变形固体。对可变形固体，可引入两个基本假设：连续性假设，即认为材料是密实的，在英整个体积内毫无空隙;均匀性假设，即认为从材料中取出的任何一个部分，不论体积如何，在力学性能上都是完全一样的。此外，通常还要作下列几个工作假设：小变形假设，即假定物体变形很小,从而可认为物体上各个外力和内力的相对位置在变形前后不变；线弹性假设，即在小变形和材料屮应力不超过比例极限两个前捉下，可认为物体上的力和位移（或应