《材料力学CH》课件

材料力学课件总览CH-材料力学的基本概念结构荷载任何由材料构成的物体，如桥梁作用于结构上的外力，如重力、、建筑物、飞机等风力、地震力等应力应变结构内部由于外力作用产生的内结构由于外力作用产生的变形，力，以单位面积表示以单位长度表示应力分析定义1应力是指作用在物体截面上的外力所引起的内力，通常用单位面积上的力来表示类型2应力可以分为正应力、剪应力、弯曲应力等，根据受力方向和作用方式的不同进行分类计算3应力可以通过受力分析和材料力学公式进行计算，以确定物体内部的应力分布情况应变分析定义应变是材料在外力作用下发生的形变程度，反映了材料的形变大小类型应变可分为正应变和剪应变，分别对应于拉伸/压缩和剪切变形测量应变通常使用应变仪或光学方法测量，如应变计和Moiré条纹应用应变分析在结构设计、材料性能评估和失效分析等领域中发挥重要作用材料的基本力学性质弹性塑性强度硬度材料在受到外力作用后能材料在受到外力作用后发材料抵抗破坏的能力材料抵抗其他物体压入其够恢复原状的能力生永久变形的能力表面的能力轴向拉伸与压缩应力-应变关系1描述材料在拉伸或压缩载荷下的力学行为弹性变形2材料受力后发生形变，卸载后恢复原状塑性变形3材料受力后发生永久形变，卸载后无法恢复原状强度4材料抵抗破坏的能力刚度5材料抵抗变形的能力剪切应力与剪切变形剪切应力1平行于接触面的应力剪切变形2物体形状改变剪切模量3材料抵抗剪切变形的能力平面应力状态概念1当物体受到外力作用时，其内部各点均会产生应力，而当物体处于平面应力状态时，其内部各点仅存在两个方向的应力，且这两个方向的应力均处于同一平面内特征2平面应力状态下，物体内部各点所受应力可以由一个应力张量来表示，该张量只有两个非零分量，即σx和σy应用3平面应力状态在工程应用中十分普遍，例如薄壁容器、薄板结构等主应力与主应变主应力主应变在一点上所有截面上应力为最大者，称之为主应力在一点上所有截面上应变为最大者，称之为主应变薄壁筒体应力分析轴向应力1薄壁筒体承受轴向载荷时的应力，主要由内压和外压引起环向应力2薄壁筒体承受内压时的应力，主要由内压和外压引起径向应力3薄壁筒体承受径向载荷时的应力，主要由内压和外压引起轴向扭转定义当杆件受到作用于横截面上的外力偶矩时，杆件将发生扭转变形，这种变形称为扭转扭矩扭矩是指作用于杆件横截面上的外力偶矩，是扭转变形的主要因素扭转应力扭转应力是指杆件横截面上由于扭矩引起的切向应力扭转角扭转角是指杆件在扭转变形时，横截面相对原位置的转角弯曲应力分析弯曲应力1弯曲应力是材料在弯曲变形时的内力弯曲应变2弯曲应变是材料在弯曲变形时的形变弯曲应力公式3弯曲应力与弯曲应变的关系弯曲强度4材料抵抗弯曲变形的能力弯曲刚度5材料抵抗弯曲变形的能力合成应力状态多轴应力应力叠加应力集中多个方向的应力同时作用于一点不同方向的应力相互叠加，影响局部区域的应力显著增加，可能，形成合成应力状态材料的变形和强度会导致材料失效应变能及弹性能应变能弹性能材料在变形过程中储存的能材料在卸载过程中释放的能量，对应着外力做功量，对应着应变能的恢复影响因素应变能和弹性能的大小与材料性质、外力大小和变形程度有关静定结构和超静定结构静定结构超静定结构12结构中未知力的个数等于结构中未知力的个数大于独立平衡方程的个数独立平衡方程的个数区别3静定结构用平衡方程即可求解所有未知力；超静定结构需要用平衡方程和变形协调方程才能求解所有未知力应力集中的概念应力集中危险性减缓措施结构中由于形状突变或孔洞的存在，应力集中容易导致材料疲劳破坏，降可以通过优化结构形状、采用圆角过局部区域的应力会比平均应力高出很低结构强度渡、增加材料厚度等方法来降低应力多集中静定梁的应力计算确定截面形状1根据梁的受力情况和设计要求，选择合适的截面形状，如矩形、圆形、T型等绘制弯矩图2根据梁的受力情况，绘制弯矩图，确定梁上各点的弯矩值计算弯曲应力3使用公式σ=M/W计算弯曲应力，其中M为弯矩，W为截面模量弯曲应力的应用桥梁设计建筑结构机械设计弯曲应力是桥梁设计中重要的考虑因建筑物的梁柱结构也需要考虑弯曲应机械零件的设计中，弯曲应力也是需素，确保桥梁结构能够承受车辆和行力，以保证建筑物的稳定性和安全性要考虑的因素，例如齿轮、轴承等人的重量弯曲应变的应用梁的挠度梁的倾角弯曲应变会导致梁的挠度，弯曲应变也会导致梁的倾角可以通过公式计算挠度的大，可以通过公式计算倾角的小大小结构稳定性弯曲应变会影响结构的稳定性，需要考虑弯曲应变对结构的影响轴向应力与应变公式的导出应力公式应力定义为外力作用在物体横截面积上的大小，公式为σ=F/A，其中σ表示应力，F表示外力，A表示截面积应变公式应变定义为物体在外力作用下产生的形变与原长度的比值，公式为ε=ΔL/L，其中ε表示应变，ΔL表示形变，L表示原长度胡克定律胡克定律指出弹性范围内应力与应变成正比，公式为σ=Eε，其中E表示弹性模量公式推导将应力公式和应变公式代入胡克定律，即可推导出轴向应力与应变公式σ=EΔL/L剪切应力与应变公式的导出公式推导1基于牛顿内摩擦定律和胡克定律剪切应力2τ=F/A剪切应变3γ=tanθ≈θ剪切模量4G=τ/γ静定杆受轴向荷载的分析轴向拉伸1杆件受到轴向拉力作用轴向压缩2杆件受到轴向压力作用应力分析3计算杆件横截面上的应力变形分析4计算杆件的伸长或缩短量轴向荷载是指作用于杆件轴线方向上的外力，分析这种荷载作用下的杆件是材料力学的重要内容之一轴向拉伸和轴向压缩是轴向荷载作用下的两种常见形式，分别对应着杆件的伸长和缩短在进行分析时，需要先确定杆件的材料性质、几何尺寸和荷载大小，然后根据材料力学公式计算杆件的应力和变形应力是指杆件截面上的内力，变形则是杆件尺寸的变化通过分析应力和变形，可以判断杆件的强度和刚度是否满足设计要求静定杆受剪切荷载的分析剪切力1垂直于杆件横截面的力剪切应力2剪切力在横截面上的分布剪切变形3杆件在剪切力作用下的变形静定杆受弯矩荷载的分析受力分析确定弯矩荷载的大小和方向弯矩方程建立弯矩方程，并求解弯矩值应力计算根据弯矩方程和杆的截面形状，计算弯曲应力静定杆受复合荷载的分析轴向力1杆件的轴线方向上的力，导致杆件的伸长或缩短剪切力2垂直于杆件轴线方向的力，导致杆件的横向变形弯矩3力对杆件横截面的力矩，导致杆件的弯曲变形超静定梁的应力计算静力平衡方程1求解支座反力变形协调方程2建立变形关系材料力学公式3计算应力与应变超静定杆的应力计算超静定方程1建立静力平衡方程，并引入变形协调方程位移法2将杆件的位移作为未知量，建立方程组力法3将杆件的内力作为未知量，建立方程组超静定杆的应力计算是材料力学中的一个重要课题，需要借助超静定方程、位移法或力法进行求解这些方法可用于分析超静定杆件在各种荷载作用下的应力分布情况变形计算确定材料的弹性模量弹性模量是材料抵抗变形的能力，在变形计算中起着关键作用分析外力作用识别外力的大小、方向和作用点，并将其转换为力和力矩应用力学公式利用材料力学中已有的公式，计算应力和应变计算变形量根据应变和材料尺寸，计算出结构的变形量材料强度理论强度塑性韧性硬度材料抵抗破坏的能力，指材料在断裂前发生永久变材料在断裂前吸收能量的材料抵抗表面压痕的能力材料在载荷作用下不发生形的能力，指材料在载荷能力，指材料在断裂前吸，指材料抵抗其他物体压断裂或屈服的能力作用下发生塑性变形而不收大量能量的能力入其表面的能力发生断裂的能力结构分析的基本步骤结果1评估结构的安全性与可靠性计算2运用材料力学知识，计算结构的应力、变形建模3建立结构的数学模型，描述其几何形状和材料属性分析4确定结构受力情况和边界条件课程总结与反馈回顾知识点掌握分析方法解决实际问题123回顾课程中学习的重要概念和掌握分析结构受力情况和计算能够将所学知识应用到实际工理论，例如应力、应变、材料应力、应变的常用方法，如静程问题中，如结构设计、材料强度等定结构分析、超静定结构分析选择等等。