第一章+绪论.ppt

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1、Introduction,BilingualEdition,return,exit,Producedby：PENGYINGFENG,Mechanicsofmaterialsisasubjectthatstudiestheinnermanifestationwhenforceisexertedontheobject.,材料力学是研究物体受力后内在表现的学科。,introduction,在本课程，我们将研究物体的变形，研究作用在物体上的力与变形之间的关系。,Wewillstudythedeformationoftheobjectandtherelationbetweentheforceontheo

2、bjectanddeformationinthiscourse.,(1)Structuremembers构件,(2)Classificationofstructuremembers构件分类,introduction,middlesurface,thickness,barorrod杆件,plateorshell板壳,plate,shell,clumpbody块体,introduction,Beamsandrodsarethemainresearchobjectsofmechanicsofmaterials.,材料力学以“梁、杆”为主要研究对象。,introduction,introduction

3、,NightPieceofBeijingNationalStadium(BirdsNest/OlympicStadium),2.Thetasksofmechanicsofmaterialsanditsrelationwithengineering,材料力学的任务及与工程的联系,introduction,(1)Strength强度,rupture,塑性变形,introduction,plasticdeformation,简易压力机横梁、连杆受力可能破坏,introduction,热核反应堆,壁厚应该为多少才是安全的？,在一定的温度与压力下容器的强度就有一定的要求。,直径确定后,introduct

4、ion,强度问题,Gas-jar储气罐,crack,introduction,2001年11月07日凌晨4时30分左右四川宜宾市城区的南门大桥两端先后发生断裂垮塌，给两端桥面留下40米和20米的两段空白。,introduction,Bridgecutoffaccident断桥事故,Thereisprobablycertainprobleminthemobilesuspendingdesign.Inthiskindofbridgestructures,themiddlewell-sweepreceiveslessstrengthwhilethewell-sweepsoftheendreceive

5、smore.Becauseoftheunevenbearingforce,collapsingononesidewillleadtocollapsesontheotherside.,introduction,2011年4月12日，位于新疆库尔勒市郊的孔雀河大桥部分垮塌，这是314国道跨越孔雀河的一座重要桥梁。,introduction,有关部门初步调查，由于孔雀河大桥主跨二根吊杆断裂，致使大桥长约10米、宽约12米的路面发生垮塌。,introduction,introduction,重庆市綦江县彩虹桥,introduction,1999年1月4日18时50分重庆市綦江县彩虹桥发生整体垮塌。,4

6、9人死亡；14人受伤；直接经济损失631万元,强度问题,垮塌后的彩虹桥,introduction,简单力学问题:大部队过桥时不能齐步走。,introduction,损伤累积与结构寿命与跑步的次数有关,高等力学问题:冲击载荷的概念跑步时脚上的力量有多大？,introduction,1981年7月美国堪萨斯州一饭店的高架人行桥突然断裂,introduction,缆索,introduction,桥墩,塔,斜拉桥,CableStayedBridge,苏通长江大桥（主跨：1088米）,introduction,CableStayedBridge,2007年6月15日5时10分广东佛山九江大桥被撞断裂,i

7、ntroduction,Bridgecutoffaccident断桥事故,广东佛山九江大桥,introduction,introduction,广东佛山九江大桥,introduction,苏通长江大桥（主跨：1088米）,introduction,CableStayedBridge,GoldenGateBridge,MainSpan:1280m,introduction,SuspensionBridge悬索桥,江阴大桥主跨：1385米,introduction,缆索,防撞护栏,1998年6月3日德国Ice-1型高速列车在汉挪威北部的伊斯切得出轨，导致102人死亡和88人受伤。,Therailw

8、ayandthebullettrain铁路与高速列车,强度问题,introduction,1998年，东方航空公司的2173号大型客机成功迫降,Aviation航空,前起落架锁连杆安装螺栓(销子)意外断裂,introduction,introduction,美战斗机凌空解体,F-15,introduction,解体原因：飞机框架中一根有缺陷的金属纵梁断裂。,Eagle,缺陷,纵梁,introduction,shuttleColombialaunch,introduction,SpaceShuttleColumbiaCrashed,Spaceflightandspaceshuttle航天和航天飞

9、机,Feb.1,2003“Colombia”brokeapartasitpreparetoland.Theaccidentkilledall7crewmembers.,长征三号乙运载火箭发射,我国的长征火箭家族,introduction,introduction,冬天的自来水管，由于管内结冰而冻裂，而冰并未破裂,是否冰的强度比自来水管的强度还高?为什么？,思考：,沸水倒入厚玻璃杯中，若玻璃杯因此而破裂，裂纹是从内壁还是外壁开始？,储气罐如出现裂缝，应是哪种情况？,introduction,美国电视剧,其中说到越狱者用一个打蛋机在混凝土结构墙上凿9个形成X型的孔,从而降低结构强度，最后把墙推倒。

10、是否可行？,(2)Rigidity刚度,变速器传动轴受力变形虽不折断，但影响正常传动。,introduction,摇臂钻床的摇臂变形过大，就会影响零件的加工精度，甚至会出现废品。,刚度问题,introduction,超音速飞机机翼的翼面,由于空气动力而产生某一微量的变形,就会改变飞机飞行的性能,甚至有发生颤振的危险。,刚度问题,歼-10,F-22raptor,Airplanes飞机,introduction,歼-10进气道结构最显眼之处是上表面两侧与机身之间各采用三根撑杆连接,形成一个悬臂支撑结构,以加强其刚度，这样的结构可以承受飞机在高机动和高速飞行时的弯矩和交变气动载荷，保证了飞行的安全。

11、,introduction,刚度问题,液体火箭发动机的叶片与壳体之间的空隙很小，如果涡轮轴变形过大，会使叶片碰壳而造成重大事故。,introduction,“挑战者”号航天飞机,爆炸瞬间,Spaceflightandspaceshuttle航天和航天飞机,1986年1月28日上午,美国“挑战者”号航天飞机发射升空73秒钟后突然发生爆炸,7名宇航员全部遇难。,introduction,和平号空间站,introduction,太阳能电池帆板,introduction,刚度问题,introduction,美国华盛顿州的TacomaNarrowsBridge,建成后仅4个月，就在速度为每秒19米的风中

12、,不支倒下。,刚度问题,1940年11月,因桥缺乏足够的刚度，在小风中引起共振后就如同一根柔软的面条，最后终于坍塌。,introduction,刚度问题,高刚度的桥面结构,introduction,日本明石海峡大桥主跨：1991米,introduction,美国世贸大楼的倒塌,introduction,思考：闭口圆环受热内径变大还是变小?,introduction,开口圆环呢？,introduction,introduction,introduction,introduction,introduction,introduction,introduction,introduction,(3)St

13、ability稳定性,introduction,松木直杆,相对细长的压杆，失效的原因已经不再是强度问题了,而是存在另一失效形式：压杆失稳,一个小实验,压杆不能保持原有的直线平衡状态而发生的破坏。,lossofstabilityofcompressedcolumn,introduction,introduction,稳定问题,introduction,磨床液压装置的活塞杆,稳定问题,introduction,稳定问题,Weaponindustry兵器工业,introduction,Bridgecutoffaccident断桥事故,魁北克桥立面图,上世纪初，享有盛誉的美国桥梁学家库柏（Theodo

14、reCooper）在加拿大和美国交界的圣劳伦斯河上建造魁北克大桥。,QuebecBridge魁北克大桥。,稳定问题,introduction,1907年8月29日，大桥南端下弦杆发生稳定性破坏导致整个上部结构倾塌，仅仅15秒的时间，正在施工中的魁北克桥坍塌，19000吨钢材和86名建桥工人一起落入水中。,坍塌后的魁北克桥,introduction,重建的大桥在第二年冬天落成,可是庆典仪式上,大桥突然再次倒塌,死上百人,成为上世纪十大工程惨剧之一。,魁北克大桥二度坍塌,introduction,introduction,暮色中的魁北克桥,脚手架中的力学,稳定性问题,introduction,Yi

15、ngzhouwoodentowerisintheFegongtempleofYingCountryShanxiprovince.Thenine-storywoodentoweristheoldestwoodenbuildinginexistence.Becauseofitsreasonableconstruction,ithasexperienced126-levelearthquakeinthepast10centuriesandisstillingoodconditionsnow.,稳定性问题,introduction,builtin1056,应州木塔,一个小实验:如图a把一张卡片纸竖立在

16、桌上，其自重就可以把它压弯。,思考:树干为什么都是圆形的？,若如图c所示，把纸片卷成圆筒形竖立在桌上，则在它的顶部加上小砝码也不把它压弯。,introduction,稳定性问题,若如图b所示，把纸片折成角钢形竖立在桌上，其自重就不能把它压弯了。,为什么？,Vehiclesandmachinery车辆与机械,Thereareproblemsaboutthestrength,rigidityandstabilityinabicyclestructuretoo,introduction,3.Studymethods研究方法,伽利略做木梁弯曲实验的装置,1638,introduction,理论分析+实

17、验研究,+工程实际检验,占有重要地位,工程中在安放矩形截面木梁时，一般总是将梁竖放，使其高度h大于宽度b。,introduction,introduction,思考：楼板为什么是空心的?楼板里的钢筋在什么位置?应怎样放置？,NewtoolsintheresearchfieldofMechanics,计算机方法-现代计算技术与计算机应用。,有限元方法（FiniteElementsMethod）,introduction,introduction,4.Thepropertiesandthefundamentalassumptionofthesoliddeformablebodies.,可变形固体的

18、性质及其基本假设,可变形固体(thesoliddeformablebodies):构件是由固体材料制成的，固体在外力作用下都会产生变形尺寸改变和形状改变，故称为可变形固体。,材料力学中对变形固体所作的基本假设(assumption):,introduction,（可用微积分数学工具）,Homogeneity:Thematerialofthesoliddeformablebodyishomogeneouslydistributedoveritsvolumesothatthesmallestelementcutfromthebodypossessesthesamespecificmechanica

19、lpropertiesasthebody.,均匀性假设：物体内，各处的力学性质完全相同。,introduction,灰口铸铁的显微组织,普通钢材的显微组织,优质钢材的显微组织,introduction,Smalldeformations:Thedeformationsforasoliddeformablebodycausedbyexternalforcesareverysmallcomparedwiththedimensionsofthebody.Thuswhenwestudytheequilibriumandmotionofthesoliddeformablebody,thedeformat

20、ionofthebodymaybeneglected.,小变形假设：材料力学所研究的构件在载荷作用下的变形与原始尺寸相比甚小。,故对构件进行受力分析时可忽略其变形。,原始尺寸原理,列平衡方程时，仍用支架变形前的形状和尺寸。,introduction,Thetangentofthearclinecanbeinsteadofthearcline.以切代弧。,introduction,Approximatemethodtoplotthediagramofdeformation.,变形图近似画法,5.Internalforce,Methodofsection内力截面法,(1)Internalforce

21、内力,introduction,(2)Methodofsection截面法,introduction,Basicstepsofthemethodofsection:,截面法的基本步骤,introduction,Equilibrium:Setupequilibriumequationsfortheremainedpartanddeterminetheunknowninternalforcesaccordingtotheexternalforcesactedonit.（Heretheinternalforcesinthecut-offsectionaretheexternalforcesforth

22、eremainedpart）,平衡：对留下的部分建立平衡方程，根据其上的已知外力来计算杆在截开面上的未知内力（此时截开面上的内力对所留部分而言是外力）。,Suchas:,cut-off,Substitute,Equilibrium,introduction,Suchas:,O,introduction,Sample1Determinetheinternalforceinsectionm-m,n-n.,Solution:,C,introduction,6.Conceptofstress应力的概念,Bringforwardtheproblem:问题的提出,introduction,Undermos

23、tcasesdistributionoftheinternalforceinsideengineeringmembersisnotuniform.Definitionofintensityisneitheraccurateandimportantbecausebreakageorfailureoftenbeginsfromthepointatwhichintensityoftheinternalforceismaximum.,工程构件，大多数情形下，内力并非均匀分布，集度的定义不仅准确而且重要，因为“破坏”或“失效”往往从内力集度最大处开始。,(2)Expressionofstress应力的表

24、示,A,introduction,Wholestress(sumstress):,全应力（总应力）,A,M,M,Unit:,introduction,7.Deformationandstrain变形和应变,Averagestain:,introduction,Sample2两边固定的薄板如图所示。变形后ab和ad两边保持为直线。a点沿垂直方向向下位移0.025mm。试求ab边的平均应变（Averagestain）和ab,ad两边夹角的变化（Thechangeofarightanglebetweentwostraightlines)。,Solution:,Averagestain,Thechan

25、geofanglebetweenabandad:,introduction,8.Basictypesofdeformationsofrod,杆件变形的基本形式,(1)Axialtensionandcompression轴向拉伸和压缩,introduction,Axialtension轴向拉伸,Axialcompression轴向压缩,introduction,(2)Shear剪切,introduction,Characteristicofthedeformation:Twopartssubjectedtotwoequalandoppositeforcestendtoshiftoveronean

26、otheralongthejunctionplaneoftwoforces.,构件沿两个（组）平行力的交界面发生相对错动。,introduction,(3)Torsion扭转,Characteristicoftheexternalforce:Theshaftissubjectedtotwoequalandoppositecouplesandtheiractingplaneareperpendiculartotheaxisoftheshaft.,杆受一对大小相等，方向相反的力偶作用，力偶作用面垂直于杆轴线。,introduction,Characteristicofthedeformation:

27、Shapeandsizeofanysectiondonotchange,whilerotatingwithrespecttooneanotheralongtheaxisoftheshaft。,g,j,两个任意横截面发生绕轴线的相对转动。,introduction,(4)Bending弯曲,Characteristicoftheexternalforce:Theactionoftheexternalforceorexternalthecouplevectorisperpendiculartotheaxisoftherod.,杆受垂直于轴线的外力或外力偶矩矢的作用。,introduction,(5

28、)Combinedloadinganddeformation,组合受力与变形,Inengineeringpractice,membersusuallysufferacombinationofthebasicdeformationforms.,introduction,Readthereferencebook材料力学单辉祖编，高等教育出版社材料力学-学习指导书陈乃立陈倩编著，高等教育出版社TimeandPlacefortutorshiptime:undeterminedplace:BuildingS,301SendEmailtome,attachthetextandpictureofyourqu

29、estion.Email:pengyingfengjxGivemeacallorsendshortmessagetomeCellphonenumber:13970815900,9.Howtogethelp,introduction,Bepositive,Tryhard,Makeprogress,Enjoythelessons,Attitudedecidetheall.,introduction,IfIcanbeofanyfurtherhelpthenpleasedoletmeknow.,TheEndofIntroduction,exit,“越狱”的第一季里有这么一个情节：Michael要通过地

30、下管道爬到医务室的下面，但是一条重要通道是被封死的，因此必须要把这个封死的墙破坏掉，墙是混凝土结构，没有工具，看上去破坏起来很难。,情节如下：,Return,introduction,Return,introduction,Return,introduction,Return,introduction,Return,Everhearoftensilestrength?,introduction,Return,HookesLawofElasticity?,introduction,Return,introduction,Ifwedrillholesinstrategiclocations,Ret

31、urn,introduction,wecompromisetheload-carryingcapacityofthewall.,Return,introduction,Wellbeabletobreakthroughthepartofthewallthatcoversthepipopening.,Return,introduction,Return,introduction,Return,introduction,计算效果图,Return,introduction,Return,introduction,Return,introduction,Return,introduction,Page111.3,1.6,Thanks!,教材：刘鸿文编，材料力学（上、下册）高等教育出版社，2010年9月第5版。,Goodbye,第一章教材上的作业,