《材料力学CH》课件

材料力学课程介绍本课程将介绍材料力学的基本概念和原理包括应力、应变、力学性能等并,,结合实际工程案例进行深入探讨通过学习学生将掌握材料力学的基础知,识并能应用于工程设计和分析,课程内容概要力学基本概念结构分析方法实验与应用设计与应用了解力学的基本概念如力、学习不同类型结构的分析方通过材料力学实验深入理解掌握材料力学知识运用于机,,,应变、应力等为后续内容奠法如静定结构和超静定结构理论知识并学习数据处理和械设计与计算确保结构安全,,,,定基础的分析报告撰写可靠力学基本概念力的定义应力与应变12力是导致物体改变运动状态应力是物体内部受到外力作或形状的一种物理作用力用而发生的内部力的分布的大小由大小和方向表示应变是物体形状或尺寸发生的变形应力应变关系主要力学分析方法-34材料的应力应变关系反映了静力学分析法、动力学分析-材料的力学性能是材料力学法、有限元分析法等是常用,分析的基础的材料力学分析方法力的作用力的定义力是造成物体变形、运动或平衡的原因是物体之间相互作用的度量,力的种类力可分为重力、弹力、摩擦力、张力等根据牛顿定律研究力的特性和作用,力的分解力可以分解成多个分力通过力的合成和分解分析力的作用情况,应变与应力应变的定义应力的定义应变与应力的关系应变是物体受力后发生的形应力是物体内部受力后所产应力和应变是相互关联的,变量化是零件在受力作用生的内力或内部作用力是物体的变形程度与所受力的,下发生的相对位移或者变形单位面积上所受力的大小大小成正比关系两者间遵量与原始尺寸的比值，表示表示物体内部所承受的力的循一定的力学定律是研究,物体的变形程度强度材料力学的基础应力分析应力状态分类应力元素法根据力施加的方向和作用点的将复杂结构划分为无数个微小不同可将应力分为轴向应力、的应力元素分析每个元素的应,,平面应力和空间应力三种基本力状态最后推广到整个结构,类型莫尔应力圈使用莫尔应力圈可以直观地分析二维应力状态下的主应力和最大切应力应力应变关系-弹性关系1在弹性变形范围内，应力与应变成正比关系体现了材料的弹性模量特性塑性关系2当应力超过材料的屈服强度时，会出现塑性变形材料表现出应力与应变的非线性关系试验测定3通过材料试验可得到应力应变曲线，为分析材料的机械行-为提供依据轴向载荷分析受拉1轴向拉力导致材料产生拉伸应力受压2轴向压力导致材料产生压缩应力应变分析3通过应变测量确定材料的变形情况强度计算4基于应力和强度参数评估零件承载能力轴向载荷是一种简单而常见的力学问题通过分析受拉或受压情况下的应力和应变,可以计算材料的强度并进行安全性评估这是工程设计中的基础内容扭转载荷分析计算扭矩分析结构受到的外部扭矩大小及方向,确定关键截面上的扭矩值确定材料性能根据材料种类及加工工艺,获取材料的抗扭强度和扭转刚度参数应力应变分析-利用扭矩公式计算关键截面上的扭应力分布,并与材料强度进行校核变形分析采用扭转刚度公式计算结构在扭矩作用下的变形量,检查是否符合要求弯曲载荷分析弯矩分析1确定弯曲构件内部承受的弯矩分布截面分析2计算截面内应力分布和最大应力值变形分析3确定构件在弯曲载荷下的变形情况强度分析4评估构件是否能承受所加加载弯曲载荷分析是材料力学中的一个重要内容,通过分析弯矩分布、截面应力状态、变形特性等,确定构件在弯曲载荷作用下的力学行为,为结构设计提供依据这一分析过程是材料力学的核心内容之一组合载荷分析轴向1轴向拉伸或压缩弯曲2产生弯曲应力扭转3产生切应力剪切4产生剪应力综合5结构承受多种复杂的组合载荷在实际工程中,结构常常承受各种各样的复合载荷,如轴向拉伸/压缩、弯曲、扭转和剪切等这些载荷会造成复杂的应力状态,需要运用叠加原理进行分析计算结构设计时应综合考虑各种组合载荷作用下的强度和刚度应力集中现象几何因素载荷因素材料因素结构或零件形状变化会导致应力集中比不均匀的载荷分布也会导致应力集中如材料属性如异质性、缺陷等也会影响应,,,如尖角、孔洞等这会显著增加最大应集中力作用于狭窄区域力集中程度选用合适的材料很重要力薄壁构件分析薄壁构件特点应力分析方法设计注意事项薄壁构件通常由细长、薄的薄壁构件的应力分析可采用在设计薄壁构件时需考虑,结构件组成如板、壳体、一维应力理论如平面应力局部应力集中、整体失稳、,,管道等它们具有较大的表理论和薄壁梁理论通过这材料疲劳等因素保证结构,面积与体积比承受的载荷些简化的方法可快速计算薄安全可靠同时还要兼顾制,主要为平面应力状态壁构件的应力分布造工艺和成本效益柱塑性屈曲柱塑性屈曲概念影响因素12柱塑性屈曲指钢制、木质或柱塑性屈曲主要受材料强度混凝土等构件在受到轴向压、截面尺寸、长细比等因素缩荷载时发生的大变形和稳的影响定性破坏失稳机理分析方法34柱体在临界荷载作用下突然采用欧拉稳定性理论、约翰发生大变形从而导致结构稳逊公式等方法对柱的临界荷,定性丧失载进行评估冲击载荷分析冲击试验设备高速摄影分析应力分布分析通过对材料或构件进行高速冲击试验可高速摄影技术可以捕捉材料或构件在受通过有限元分析等方法可以预测材料或,,以模拟实际使用情况下的动态载荷分析到冲击载荷时的变形和破坏过程为分析构件在冲击条件下的应力分布为结构设,,,材料在冲击条件下的力学性能提供直观依据计提供支持疲劳强度分析定义评估方法疲劳强度指材料或结构在重复常用的疲劳分析方法包括应力-或交变载荷作用下最终失效前寿命法、应变寿命法和断裂力-的强度准确预测疲劳寿命对学法通过测试和理论分析确于确保工程结构安全性非常重定疲劳曲线并进行设计要影响因素设计准则材料性质充分考虑疲劳因素进行合理的•设计并评估结构在预期使用寿,应力幅度•命内的安全性载荷频率•环境条件•断裂力学概述断裂机理材料在受到外力作用时可能会发生断裂,断裂力学研究了这种现象的机理及预测方法应力分析通过应力分析可以确定材料在缺陷处的应力状态,从而预测材料的断裂行为断裂韧性断裂韧性是表征材料抗断裂能力的关键指标,可以用来评估材料的安全性应变能和弹性能应变能弹性能当外力作用于弹性物体时物体弹性能是物体在弹性变形时所,内部会储存应变能这种应变能储存的能量这种能量可以能由材料内部微观结构的位移在卸载时完全恢复不会产生能,和变形所产生量损失应用应变能和弹性能在机械设计、结构分析等领域广泛应用是评估材料性,能和结构安全性的重要指标静定结构分析识别静定结构1通过分析受力情况和约束条件来确定结构是否为静定结构静定结构可以通过几何方程或力的平衡方程来求解计算内力分布2根据静定结构的受力情况，利用适当的力学公式计算出各处的内力分布，如轴向力、剪力和弯矩等确定变形情况3在确定内力分布的基础上，可以进一步计算出结构各处的变形情况，包括位移、角度等超静定结构分析静定结构1受力状态由几何条件决定超静定结构2受力状态受几何和力的条件决定分析方法3力法、位移法、能量法超静定结构是一种复杂结构形式其受力状态不仅由几何条件决定还受到外加载荷的影响分析超静定结构需要运用力法、位移法,,或能量法等方法考虑各种约束条件和外载荷作用确定内部应力分布和结构变形情况,,结构设计原则依据功能需求确保安全可靠兼顾经济性追求美观协调设计师应充分了解结构的使结构设计应充分考虑安全性设计方案应在满足功能和安结构设计应注重与环境的协用目的和性能要求确保设计和可靠性确保在预期使用环全性的前提下力求在材料、调性体现优美的外观形态和,,,,方案能够满足功能需求境下能够达到安全承载和使施工等方面更加经济合理内在的设计理念用要求结构稳定性分析结构稳定性概述稳定性影响因素分析方法应用实例结构稳定性分析着眼于结构结构的几何形状、材料性能常用的分析方法包括临界荷在薄壁构件、高压容器、建在加载时是否会产生过大的、载荷条件等都会影响其稳载分析、临界参数法和能量筑结构等工程领域广泛应用变形或失稳这对于设计安定性需要考虑各种可能的法等通过数学模型和计算结构稳定性分析技术确保全可靠的结构非常关键失稳模式手段预测失稳临界状态结构在各种工况下保持稳定材料属性与试验材料属性测试结构分析测试12通过标准化试验测量材料的利用射线衍射、电子显微X拉伸强度、屈服强度、硬度镜等手段深入分析材料的微等基本力学性能观结构与成分疲劳寿命测试环境适应性测试34模拟实际使用条件下，评估研究材料在高温、低温、腐材料的疲劳寿命性能蚀环境下的性能变化实验数据处理数据收集数据校验系统性地收集实验过程中产生的各对收集的数据进行检查和验证，确种数据，包括测量值、观察记录等保数据完整性和准确性数据可视化统计分析使用各种图表、表格等形式直观地采用统计学方法对数据进行分析，展示数据，便于分析和理解得出有意义的结论实验报告撰写结构清晰表述准确分析深入格式规范实验报告应有标准的结构报告应使用简明、准确的语对实验结果进行深入分析报告应按照学术论文的格式,,包括摘要、引言、实验方法言阐述实验过程和发现并探讨产生差异的原因提出规范撰写包括页眉页脚、,,,、结果与分析、结论等部分以适当的数据图表支撑论点合理的解释得出有价值的引用格式、图表编号等,使报告条理清晰、条理分结论,明设计与计算实例梁结构设计柱塑性屈曲分析针对简支梁和连续梁的受力分评估不同长细比的柱在轴向压析计算其承载能力、正应力和缩下的屈曲极限确保结构稳定,,剪应力分布并优化截面尺寸性,焊接结构强度疲劳寿命预测分析焊缝连接处的应力集中选采用曲线、累积损伤理论,S-N择合适的焊接参数和工艺提高等方法预测典型结构件在循环,,结构可靠性载荷下的疲劳寿命课程总结及展望汇聚知识果实应用知识创新拓展研究前景通过系统深入地学习材料力学的原理及掌握材料力学知识后学生们有望在未来材料力学作为基础工程学科其理论研究,,应用学生们将收获丰硕的知识成果为未的工程实践中发挥所学不断探索新的问和应用创新有广阔前景学生们可以继,,,来的工程实践做好充分准备题解决方案推动行业技术进步续深入学习为学科发展做出贡献,,问答与讨论在本课程的最后部分，我们将为同学们提供互动讨论的机会我们鼓励同学们提出自己的疑问和观点与教师和其他同学进行深入交流这不仅有助,于巩固所学知识也能培养同学们的批判性思维和表达能力,通过问答环节教师将针对同学们提出的问题进行逐一解答并就相关内容展,,开深入探讨我们希望同学们能积极发问勇于质疑和探索为日后的学习,,和工作奠定良好的基础。