文档介绍：19 十二月 2017
北京邮电大学自动化学院
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第 1 章
材料力学概述
19 十二月 2017
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几个术语
构件:组成机械的零部件或工程结构中的构件统称为构件。
如图1-1所示桥式起重机的主梁、吊钩、钢丝绳;
图1-2所示悬臂吊车架的横梁AB,斜杆CD都是构件。
实际构件有各种不同的形状,所以根据形状的不同将构件分为:杆件、板和壳、块体。
图1-1 桥式起重机
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杆件
杆件:为长度远大于横向尺寸的构件,其几何要素是横截面和轴线,如图1-3a所示,其中横截面是与轴线垂直的截面;轴线是横截面形心的连线。
按横截面和轴线两个因素可将杆件分为:等截面直杆,如图1-3a,d;变截面直杆,如图1-3c,等截面曲杆和变截面曲杆如图1-3b。
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板、壳、块体
板和壳:构件一个方向的尺寸(厚度)远小于其它两个方向的尺寸,如图1-4a和b所示。
块体:三个方向(长、宽、高)的尺寸相差不多的构件,如图1-4c所示。
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小变形
变形与小变形: 在载荷作用下,构件的形状或尺寸发生变化称为变形。 小变形: 绝大多数工程构件的变形都极其微小,比构件本身尺寸要小得多,以至在分析构件所受外力(写出静力平衡方程)时,通常不考虑变形的影响,而仍可以用变形前的尺寸,此即所谓“原始尺寸原理”。
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对构件的三项基本要求
强度: (韧性-坚韧不拔) 构件在外载作用下,具有足够的抵抗断裂破坏的能力。例如储气罐不应爆破;机器中的齿轮轴不应断裂失效等。
刚度: (刚性-刚正不婀) 构件在外载作用下,具有足够的抵抗变形的能力。如机床主轴变形不应过大,否则影响加工精度。
稳定性: (平衡能力) 某些构件在特定外载,如压力作用下,具有足够的保持其原有平衡状态的能力。例如千斤顶的螺杆,内燃机的挺杆等。
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材料力学的任务
1).研究构件的强度、刚度和稳定性; 2).研究材料的力学性能; 3).为合理解决工程构件设计中安全与经济之间的矛盾提供力学方面的依据。
构件的强度、刚度和稳定性问题均与所用材料的力学性能有关,因此实验研究和理论分析是完成材料力学的任务所必需的手段。
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变形固体及其基本假设
在外力作用下,一切固体都将发生变形,故称为变形固体,而构件一般均由固体材料制成,所以构件一般都是变形固体。 由于变形固体种类繁多,工程材料中有金属与合金,工业陶瓷,聚合物等,性质是多方面的,而且很复杂,因此在材料力学中通常省略一些次要因素,对其作下列假设:
1)连续性假设
2)均匀性假设
3)各向同性假设
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外力及其分类
:体积力和表面力
1).体积力: 连续分布于物体内部各点上的力,如物体的自重和惯性力。
2).表面力: 作用于物体表面上的力,又可分为分布力和集中力。分布力是连续作用于物体表面一定区域内的力,如作用于船体上的水压力等;集中力是作用于一点的力,如火车轮对钢轨的压力等。
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外力及其分类
2. 按外力的性质分为:静载荷和动载荷
1).静载荷: 载荷缓慢地由零增加到某一定值后,不再随时间变化,保持不变或变动很不显著,称为静载荷。
2).动载荷: 载荷随时间而变化。动载荷可分为构件具有较大加速度、受交变载荷和冲击载荷三种情况。 交变载荷是随时间作周期性变化的载荷;冲击载荷是物体的运动在瞬时内发生急剧变化所引起的载荷。