《刘鸿文的材料力学》课件

刘鸿《文的材料力学》一本深入浅出的材料力学经典教材,由资深教授刘鸿文主编从材料的基本性质、应力与应变、平面应力状态等基础知识开始,全面系统地讲解了材料力学的核心概念,配有丰富的插图和实例,为学生和工程师提供了卓越的学习资源课程概述础设计应材料力学基工程用本课程主要介绍材料力学的基本概通过大量工程实例分析,学习如何念、常用理论和计算方法,为后续将材料力学理论应用于实际的工程学习打下基础设计中创维训练新思培养学生独立分析问题、创新设计的能力,提高解决实际工程问题的综合素质习标学目础识养设计强实掌握基知培分析能力提高技能增践能力系统学习材料力学的基本概念、学会运用材料力学的基本理论学会根据材料性能和工程要求,通过案例分析和实验操作,培养原理和分析方法,为后续专业学和方法,分析常见结构构件的应合理设计各类受力构件,确保结学生解决实际工程问题的能力习奠定坚实的基础力、应变及变形情况构安全可靠材料基本概念结构应响应材料材料力材料力学性能材料由各种原子和分子组成的内部结构,决材料在外力作用下会产生应力和应变,不同材料的强度、刚度、韧性等力学性能指标决定了材料的物理、化学和力学性能材料的应力应变关系各不相同定了其在工程应用中的表现应材料力分析应义力的定1应力是指内力作用于单位面积的大小,表示物体内部受力的程度应力分析方法2可以采用理论分析、实验测量或数值模拟等方法来确定材料内部的应力状态应态类力状分3根据应力作用的方向可分为拉应力、压应力、切应力等类型应变应变测与量应变概念应变是材料在受力作用下发生的形变量它描述了物体形状和尺寸的变化应变类型应变包括轴向应变、剪切应变和体积应变等不同类型的应变对应不同的受力方式应变测量常用的应变测量方法包括电阻应变计、光电应变计和光栅应变计等它们能精确测量材料的变形量应变分析通过应变分析,可以评估材料的受力状态,为结构设计提供重要依据应应变关力系弹1胡克定律2性常数材料在弹性变形范围内,应力与材料的弹性模量、泊松比等弹应变成正比,这种线性关系被称性常数反映了材料的刚度和变为胡克定律形特性变应应变线3塑性形4力曲当应力超过材料的屈服强度时,通过拉伸试验可以得到材料的材料会发生永久性塑性变形,不应力应变曲线,反映了材料的力再遵循胡克定律学性能特点构受力件受力分析构类件型分析1根据受力情况确定构件的类型,如拉杆、压杆、弯曲构件等载荷确定2准确分析作用于构件上的各类荷载,包括静荷载和动荷载内力分析3根据材料力学理论,确定构件内部的轴力、剪力和弯矩分布应计力算4将内力转化为作用在构件截面上的应力,为后续强度验算做准备通过对构件类型、载荷情况以及内力分布的全面分析,可以准确计算出构件内部的应力状态,并为后续的强度设计提供有效依据这是材料力学课程的核心内容之一,也是工程师进行结构设计时必须掌握的关键技能压构设计受件结构稳定性对于受压构件来说，确保结构稳定性是关键需要通过合理的截面尺寸和材料选择来防止屈曲失效安全系数在设计时应考虑足够的安全系数,以应对意外情况和材料属性的变化这可以确保构件能够承受预期载荷屈曲分析需要进行细致的屈曲分析,计算临界屈曲载荷,并据此确定合理的尺寸和材料这可以有效防止屈曲失效构设计受拉件构应强验受拉件特点力分析度算受拉构件承受沿长度方向的拉应力,需设计受拉构件的应力分布较为简单,主要为均匀通过拉力试验可以测定材料的抗拉强度,设保证其不会发生拉断关键在于选择合适的的轴向拉应力通过计算最大拉应力可确定计时应确保工作应力低于材料强度,以满足材料并确保截面足够大所需截面积安全性要求构设计受剪件应载最大剪力剪断面承能力确定构件中的最大剪应力是设计的根据材料的剪强度,计算构件在剪关键,需要根据载荷和截面尺寸进应力下的承载极限,并保持足够的行计算安全系数应头设计剪力集中剪接在构件连接处,可能会出现应力集根据构件受力情况,合理设计各种中情况,需要考虑并采取相应的结剪接头,包括焊接、铆接和螺栓连构设计措施接等扭转构设计件扭扭转强矩分析度确定构件承受的扭矩大小及其分布情根据材料性能和构件尺寸,计算构件的况,是扭转构件设计的关键扭转强度,以确保其安全性扭转变轴设计形承预估构件在服役过程中可能发生的扭对承受扭转力的轴承进行合理设计,满转变形,并控制在允许范围内足强度和变形要求构设计弯曲件适计应检查载优设计确定合截面算力分布截面抗弯承力化首先要确定构件所受的最大弯利用弯曲公式计算构件的应力满足承载能力的同时,还要考虑通过调整截面尺寸和材料性能矩，并根据材料强度及安全系分布,确定最大拉应力和压应力构件的刚度和变形,确保满足使等,可以最大限度地减少构件质数选择合适的截面尺寸常见的位置,以确保不超过材料强度用要求可根据具体情况采用量,在满足强度要求的前提下达的截面包括矩形、圆形及工字加劲肋等措施提高抗弯性能到经济高效的设计目标形等复应合力轴应态应多力状主力分析在实际工程中,构件常常同时受到通过主应力理论可以确定复合应拉伸、压缩、剪切等多种应力,形力状态下的主应力和主应力平面,成复合应力状态为构件设计提供依据应论应力集中分析破坏理用复合应力下还需分析应力集中区根据不同材料的破坏理论,如最大域,针对这些区域采取相应的措施应力理论、最大应变理论等,确定以提高构件强度复合应力下构件的极限承载能力变形能与功变变关形能功形能与功的系当外力作用在材料上时,会导致材料发生变功是外力对物体所做的功在材料力学中,变形能与外力做的功是一一对应的研究变形变形能指的是材料在变形过程中所储存功与应力、应变和变形能之间存在紧密的联形能和功的关系对于分析材料的力学性能和的势能这种势能可以用来分析材料的承载系,可用于计算材料的承载能力和极限强度断裂行为非常重要能力和抗断裂性能结构静定受力分析静定分析1通过力平衡分析确定内力应力分析2根据受力情况计算应力分布变形分析3利用材料力学公式求解构件变形对于静定结构,通过力平衡分析就可以确定各部位的内力,进而计算应力分布然后利用材料力学理论分析构件的变形情况这种分析方法相对简单,是工程实践中常用的方法之一结构静不定受力分析力与变形关系复杂静不定结构中，力与变形之间存在复杂的关系,需要使用矩阵计算或能量法等方法进行分析基本原理静不定结构的受力分析需要满足结构平衡条件和材料力学关系,并通过多次迭代来确定内力分布计算步骤首先确定静不定支座反力,然后通过兼容条件确定结构内力,最后根据内力计算构件应力和变形构连设计件支座接础连连基接桁架接合理设计构件与基础的连接方式,确保桁架构件的受力传递特点需要特殊的结构安全可靠连接设计,确保整体稳定性铰链连缩连接伸接合理设置铰链支座可以为结构提供足采用可控伸缩连接可以应对温度变化够的活动空间,增强耐震性引起的位移变形,保证结构安全工程材料及其性能复金属材料高分子材料陶瓷材料合材料金属材料包括钢铁、铜、铝等,高分子材料如塑料、橡胶等,质陶瓷材料如瓷砖、耐火材料等,复合材料由两种或多种材料组具有高强度、耐磨、导电性等轻、耐腐蚀、易加工,多用于制具有高硬度、耐热性强的特点,成,结合了各种材料的优点,广优点,广泛应用于机械、建筑、造日用品、包装容器和工业零主要应用于建筑、电子、航天泛应用于航空航天、交通运输电子等领域件等工业领域等高技术领域焊连设计接接焊强设计应接度力集中控制根据焊缝的形状、尺寸和焊材性能,通过优化焊缝形状和尺寸,减小应合理计算焊缝的承载能力,确保连力集中,有效防止焊接接头的早期接处可靠失效焊变焊处接形控制接后理采取合理的焊接工艺和焊接顺序,通过后续的热处理或表面处理,提最小化焊接变形,确保构件的几何高焊接接头的抗疲劳性能和抗腐蚀尺寸准确性能铆连设计接接铆铆钉选择1接原理2材料铆接通过在工件表面开设孔洞，插入铆钉并压实来实现连接这常见的铆钉材料包括碳钢、不锈钢、铝合金等应根据连接工件种连接方式简单可靠，能够承受较大的剪切和拉伸力的材质和使用环境进行合理选择铆钉铆艺3尺寸确定4接工要求铆钉直径和长度需要根据工件厚度、孔径、承载要求等因素进行铆接时需注意孔洞加工精度、铆钉安装位置、压缩量等工艺参数,设计计算过大或过小的铆钉都可能导致连接失效确保连接可靠性连设计螺栓接标类连强设计预紧计准螺栓型螺栓接度力算常用的螺栓类型包括六角头螺栓、平头螺栓、螺栓连接强度取决于材料强度、螺纹长度、预紧力的大小直接影响连接强度,需要根据沉头螺栓等,适用于不同的结构连接需求预紧力等因素,需要进行详细计算和检验受力情况和构件尺寸进行精确的预紧力计算变构截面件受力分析确定截面1确定构件的几何参数计应算力2根据受力情况计算每个截面上的应力分布变分析形3利用力-变形关系估算构件的变形情况验强算度4根据材料强度理论及允许应力检查构件是否满足强度要求变截面构件的受力分析需要先确定构件的几何参数,然后根据受力情况计算每个截面上的应力分布,最后还要进行变形和强度检查,确保构件在使用过程中能够安全可靠地承担预期的荷载构薄壁件受力分析截面特征1薄壁构件具有比较小的厚度,它们的应力和变形分布都不太均匀应力集中2由于几何形状的突变,薄壁构件会产生应力集中,需要特别考虑稳整体定3薄壁构件容易发生整体屈曲失稳,必须进行稳定性分析薄壁构件是结构设计中广泛使用的一类构件,其由于截面较薄,应力和变形分布不太均匀,容易发生局部屈曲和整体稳定问题因此在薄壁构件的受力分析中,除了要考虑普通的应力分析,还需要重点分析应力集中问题和整体稳定问题焊应接与力集中焊对构强响应识别接件度的影力集中的与分析焊接过程会在构件表面和内部引入通过有限元分析等方法,可以预测应力集中区域,降低材料的抗拉强构件内部的应力分布和应力集中区度和抗疲劳性能需要采取措施减域,为后续的结构优化提供依据小焊接对构件强度的不利影响焊艺优结构优设计接工化化通过调整焊接工艺参数,如焊缝形在设计阶段就要考虑焊接对构件强状、焊缝尺寸等,可以有效降低焊度的影响,采取结构优化措施,如设接带来的应力集中,提高构件的强置应力集中缓解孔或过渡圆角等,度和使用寿命以提高构件的整体强度强论材料度理论论较1主要理2理比包括最大应力说、最大切应力说、最大主应力说、最大应变各理论在不同材料和载荷条件下的适用性和准确性各不相同能说等材料强度理论需要根据具体情况选择合适的理论应举3安全系数4用例材料强度理论可用于确定构件的合理安全系数，确保构件在材料强度理论广泛应用于机械、土木、航空等工程领域的构设计载荷下不会发生失效件设计与分析劳疲与断裂劳疲失效断裂机理当材料长期受到交变应力作用时,会发生疲劳失效疲劳失效是一断裂分为脆性断裂和塑性断裂两种形式脆性断裂表现为平面断口,种由应力集中和微裂纹逐步扩展导致的渐进性破坏过程而塑性断裂则呈现出杯形断口了解断裂机理对于设计安全可靠的构件至关重要构设计件寿命预测寿命基于材料性能和结构载荷分析,准确预测构件的疲劳寿命,确保结构可靠性安全系数通过引入适当的安全系数,确保构件在设计使用阶段不会发生突发性破坏检查定期构件在使用过程中需要定期检查,及时发现并修理隐藏的裂纹或损伤术语材料力学中常用应应变类力力学参数受力型内部力作用在单位面积上的大小,物体在受力作用下发生的形状和描述材料力学性能的一些重要物物体所受力的不同形式,如拉力、描述物体内部受力的程度大小的变化,用来描述物体的变理量,如杨氏模量、泊松比等压力、剪力、扭矩等形程度讨论案例分析与桥设计梁1讨论一座公路桥梁的结构设计,包括材料选择、力学分析和抗震性能等方面飞机机身2分析民用客机机身的材料力学特性,如强度、刚度和重量等对航行性能的影响设计楼宇3探讨高层建筑的受力状态和结构设计,包括抗震性、材料选用和施工工艺等课总结程识实应续知概括践用后拓展本课程系统地介绍了材料力学的基本概念、通过大量实例分析和案例讨论,学生能将理本课程为学生后续学习机械设计、结构分力学分析和设计方法涵盖了应力分析、论知识应用于实际工程问题的分析与解决,析等相关专业课程奠定了坚实的理论基础应变测量、各类受力构件设计、焊接与连培养解决复杂工程问题的能力毕业后也能在各类机械制造、结构设计等接设计等内容行业发挥重要作用。