论文----浅谈材料力学

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1、浅谈材料力学摘要：材料是人类社会生活的物质基础，材料的发展导致时代的变迁，推进人类的物质文明和社会进步。人类的历史可以说是材料的历史，连续不断的开发和使用材料构筑了当今社会的文明。当今，材料、能源和信息并列为科学技术的三大支柱，其作用和意义尤为重要。关键词：材料力学简史，研究内容，研究方法，科学前沿一、引言材料力学是固体力学的一个分支，它是研究结构构件和机械零件承载能力的基础学科。材料力学(mechanicsofmaterials)研究材料在各种外力作用下产生的应变、应力、强度、刚度和导致各种材料破坏的极限。材料力学是所有工科学生必修

2、的学科，是设计工业设施必须掌握的知识。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时，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；在原有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，有时统称为“强度要求”，而材料力学在这

3、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，又要求少用材料和用廉价材料。材料力学的目的之一就在于为合理地解决这一矛盾，为实现既安全又经济的设计提供理论依据和计算方法。二、材料力学的发展简史在古代建筑中，尽管还没有严格的科学理论，但人们从长期生产实践中，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面的木，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、机械和大型建筑工程的建造

4、中所碰到的问题日益复杂，单凭经验已无法解决，这样，在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

5、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。由于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。19世纪中期，材料力学已逐渐由以石料等脆性材料为主体演变为以钢材为主体的材料力学。按照钢材的特点，使得“均匀连续”、“各向同性”等基本假设以及胡克定律成为当今材料力学的基础。2

6、0世纪中叶以来，科学技术和工业的高度发展，特别是航空与航天技术的崛起、计算机的出现和不断更新换代、各种新型材料（如复合材料、高分子材料）的不断问世并应用于工程实际，加上实验设备日趋完善、实验技术水平不断提高，使得材料力学所涉及的领域更加宽阔、内容更加丰富。这表明：材料力学仍然处于新的发展之中，上一个世纪形成的材料力学也面临着逐步更新的趋势。三、材料力学的研究内容材料力学的研究通常包括两大部分：（1）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，而且也是固体力学其他分支的计算中必不可少的依据。材

7、料在常温、静载作用下的宏观力学性能。是确定各种工程设计参数的主要依据。这些力学性能均需用标准试样在材料试验机上按照规定的试验方法和程序测定，并可同时测定材料的应力-应变曲线。■定义：材料的力学性能是指材料在外加载荷作用下，或载荷、环境因素和加载速率等的联合作用下表现出的行为；金属的力学性能是指，金属在力的作用下，所显示与弹性和非弹性反应相关或涉及应力应变关系的新年性能。■力学性能的指标：强度硬度HB、塑性§、韧性ak、断裂韧性KIC等。■影响材料力学性能的主要因素内因：晶体学特性、化学成分、显微组织、内部缺陷、残余应力等。外因：温度、

8、周围介质、加载方式、加载速率等。（2）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。杆中的内力有轴力、剪力、弯矩和扭矩。杆的变形可分为伸长、缩短、挠曲和扭