《材料力学ch》课件

《材料力学》课程简介材料力学是工程领域的一门基础核心课程,主要研究材料在外力作用下的变形和应力状态,为工程设计提供理论依据和分析方法本课程将系统地介绍材料的基本力学性质及其在工程中的应用材料力学概论材料力学是工程力学的一个重要分支,研究材料在外力作用下的力学性能和力学行为它为工程设计、安全性评估及材料性能优化等提供了理论基础基本概念和基本假设力学定义基本假设材料力学是研究物体受外力作用材料是连续均匀的、各向同性的时发生变形和内应力的学科弹性固体，服从广义胡克定律力的分类应力应变关系外力包括集中力、分布力、惯性应力和应变之间服从线性关系，力等，内力包括拉力、压力、剪可用广义胡克定律描述力等材料的分类及应用材料分类金属材料陶瓷材料高分子材料材料可分为金属材料、陶瓷材金属材料具有良好的导电性、陶瓷材料耐高温、耐腐蚀、硬高分子材料包括塑料、橡胶料、高分子材料、复合材料导热性和机械强度广泛应用度高应用于保温、隔热、化等轻质耐腐蚀,广泛应用于等每种材料都有其独特的性于航空航天、汽车制造、机械工设备、电子电器等领域日用品、建筑、电子等领域能特点和应用领域设备等领域内力和外力内力外力内力与外力的关系内力是由材料内部的应力分布产生的力,作外力是作用在材料表面的力,包括重力、支内力和外力必须平衡,以确保材料处于静力用于材料内部任意截面上内力的大小和方持力、惯性力、风力等外力的大小和方向平衡状态这是材料力学分析的基础向取决于应力分布取决于材料所处的环境条件力的分类内力和外力集中力和分布力12内力是作用在物体内部的力,外集中力是作用在特定点上的力,力是作用在物体外部的力分布力是作用在整个表面或体积上的力静力和动力自重和载荷34静力是作用在静止物体上的力,自重是物体自身的重力,载荷是动力是作用在运动物体上的作用在物体上的其他外部力力应力分析探讨应力的定义、分类和计算，为后续的材料力学分析奠定基础应力的定义及分类应力的定义应力是物体内部一个微小单元受到外界作用力而产生的内在抵抗，用于描述材料内部的内聚力的大小和方向正应力正应力是垂直于截面的应力分量，可以是拉应力或压应力它反映了材料在受力作用下的伸长或缩短情况切应力切应力是平行于截面的应力分量，它反映了材料在受力作用下的扭转或剪切变形情况正应力和切应力正应力切应力12正应力是垂直于受力面的应力,作用方向与内力或外力的作用切应力是平行于受力面的应力,作用方向与内力或外力的作用方向相同方向垂直应力状态应力分析34材料在受力作用下,可能出现单一正应力、单一切应力或两者分析材料的应力状态对于设计和评估材料的强度至关重要共存的复杂应力状态广义胡克定律数学表达广义胡克定律用数学公式表示为σ=Eε，其中σ为应力，ε为应变，E为弹性模量应力应变关系-该定律描述了材料在弹性变形范围内应力与应变成正比的线性关系材料特性弹性模量E是材料的固有属性，反映了材料抵抗变形的能力不同材料的E值各不相同材料的抗拉性能及强度设计材料抗拉性能的重要性抗拉性能的评估抗拉强度是材料受到外力拉伸时的承载能力这一性能决定了材通过拉伸试验可以测定材料的抗拉强度、屈服强度、延伸率等参料在实际应用中的最大负荷承受能力，是确保结构安全的关键指数,为强度设计提供依据合理利用这些数据可以优化结构设计标应变分析深入探讨材料内部应力引起的变形及其测量方法,为后续的力学分析奠定基础应变的定义及分类应变的定义应变的类型应变的表示应变是物体在受力作用下发生形变的量化描应变可分为拉伸应变、压缩应变、剪切应变应变通常用比值的形式表示，如相对长度变述，用来表示物体形状和尺寸的变化程度等不同形式，反映了物体在不同力作用下的化或角度变化，可用于描述物体的变形情变形状态况应变位移关系-定义1应变是材料变形时的相对位移计算2通过位移求取应变的公式小变形3在小变形假设下的应变-位移关系大变形4考虑几何非线性的应变-位移关系应变是材料变形过程中的相对位移量，可以通过计算材料各点的位移来求得应变在小变形假设下，应变-位移关系可以简化为线性关系而对于大变形情况，需要考虑几何非线性效应，应变-位移关系会更加复杂广义胡克定律在应变分析中的应用应变-应力关系应变计算广义胡克定律描述了材料在弹性利用广义胡克定律,可以根据已知区内的应变-应力关系,是应变分析应力计算得到相应的应变值的基础变形分析应变测量结合位移-应变关系,广义胡克定律广义胡克定律为应变测量提供了还可以用于预测材料的变形情理论基础,是应变仪等测量设备的况工作原理应变测量方法电阻应变计光学式应变计通过测量电阻变化来检测应变,应利用光学干涉原理,能精确测量微用广泛且精度高小应变变化压电式应变计激光应变仪基于压电效应,可快速测量动态应通过激光干涉测量,能精确测量材变,响应速度快料表面的应变分布第章平面应力状态4本章将深入探讨平面应力状态下的应力分析理论和应用方法了解平面应力状态的特点和应用场景对于工程实践非常重要平面应力状态下的应力分析应力的定义坐标系分析应力计算公式平面应力状态下,应力是指作用在某平面上借助坐标系,可以将作用在物体上的力分解利用已知的力信息和几何关系,可以推导出的内力,可分为正应力和剪应力正应力垂成不同方向的力,从而更好地分析平面应力计算平面应力状态下正应力和剪应力的公直于平面,剪应力则平行于平面状态式主应力和主应力平面的确定主应力介绍主应力平面确定方法应用价值主应力是平面应力状态下三个主应力平面是由主应力的主方通过数学计算,可以根据已知主应力和主应力平面的确定对正交方向上的最大和最小应力向所构成的平面它们是材料的平面应力状态下的正应力和于评估材料的强度和安全性非值它们代表了材料在某一点内部应力状态的主要特征,是切应力,推导出主应力和主应常重要,是材料力学分析的关承受的最大和最小拉伸或压缩分析和设计的重要依据力平面的具体值和方向键内容之一力极坐标系下的应力转换坐标系转换平面应力状态应力转换公式通过坐标转换,可以将直角坐标系下的应力在平面应力状态下,使用极坐标系可以更便通过应力转换公式,可以将直角坐标系下的状态转换为极坐标系下的应力状态这样可捷地分析应力的大小和方向这对于确定材正应力和切应力转换为极坐标系下的径向应以更直观地分析应力分布料的强度特性很重要力和切向应力这为后续的强度分析奠定基础平面应力状态下的应变分析1应变-位移关系2主应变与主方向在平面应力状态下,建立应变与通过主应力分析,可以确定平面位移的数学关系,是进行应变分应力状态下的主应变和主应变析的基础方向应变测量方法应变能密度34利用电阻应变计等仪器设备,可应变能密度是衡量材料承载能以准确测量平面应力状态下的力的一个重要指标,在设计中需应变值要考虑平面应变状态在平面应变状态下,材料沿厚度方向的变形被限制,这会对应力和应变分布产生重要影响本章将深入探讨平面应变状态下的力学分析平面应变状态的力学分析平面应变定义应力应变关系应用场景平面应变状态是指在一个坐标平面内,材料在平面应变状态下,材料的应力-应变关系可平面应变状态常见于薄壁容器、平面截面等的应变分量只与该平面内的坐标有关,而与以简化为二维问题,遵循广义胡克定律工程结构中,可以简化分析并得到较准确的垂直于该平面的坐标无关的应力分析状态应力分布结果平面应变下的应力应变关系-1广义胡克定律应用2三维应力-应变关系在平面应变状态下,可以将广义平面应变假设忽略了一个主应胡克定律应用于应力-应变关系变,因此应力-应变关系简化为的建立三维情况弹性常数相互关系应变测量应用34三维应力-应变关系中存在弹性平面应变状态下的应变测量可常数之间的数学关系,如泊松比为材料性能分析和结构设计提和弹性模量供重要依据平面应变状态下的应变测量光学测量法电阻应变计激光测量其他方法利用光束与材料表面的干涉现通过测量材料表面应变引起的利用激光干涉测量原理,精确如光电管测量法、压电式传感象,可以精确测量材料在应变电阻变化来间接测量应变应测量材料表面点或线的位移器等,根据不同应用场景选择作用下的微小形变这种方法变计安装简单,可广泛应用于这种方法测量灵敏度高,适合合适的测量手段,提高测量的测量精度高,适合复杂结构的工程实践中测量微小的应变变化精度和可靠性应变分析。