材料力学主教材－电子书第章基本概念.pdfVIP

范 钦 珊 教 育 教 学 工 作 室 FAN Qin-Shan’s Education Teaching Studio eBook 材 料 力 学 (1) 主 编 范钦珊 编 著 章梓茂 殷雅俊 范钦珊 2004-12-18 1 第 1 章 基本概念 §1 －1 什么是“材料力学” §1 －2 “材料力学”发展简史 §1 －3 变形体及其理想化 §1 －4 各向同性与各向异性弹性体 §1 －5 弹性体受力与变形特征 §1 －6 应力、应变及其相互关系 §1 －7 工程结构与构件 §1 －8 杆件受力与变形的几种形式 §1 －9 结论与讨论 习题 2 基础篇之一 第 1 章 基本概念 理论力学的研究对象主要是质点和质点系以及刚体和刚体系，“材料力学” 则主要研究变形体。变形体受力后发生变形。这时，受力和变形有什么特点?关 于刚体的概念、理论和方法，对变形体哪些依然有效，哪些则不适用或不完全适 用?这些都是从学习理论力学过渡到学习”材料力学”所必须首先注意的问题。 其次，在分析方法上，”材料力学”与理论力学也不完全相同。建立在实验基础 上的假定、简化计算，是”材料力学”分析方法的主要特点。 §1—1 什么是“材料力学” “材料力学”(Strength of Materials 或 Mechanics of Materials) 的研究内容分属于两个学 科。第一个学科是固体力学，即研究物体在外力作用下的应力。变形和能量，统称为应力分 析。但是，“材料力学”所研究的仅于限于杆，轴、梁等物体，其几何特征是纵向尺寸远大 于横向尺寸，这类物体统称为杆或杆件(bar 或 rod) 。大多数工程结构的构件或机器的零部件 都可以简化为杆件。第二个学科是材料科学中的材料的力学行为(behaviors of materials)，即 研究材料在外力和温度作用下所表现出的变形性能和失效(failure)行为，统称为材料的力学 行为。但是，“材料力学”所研究的仅限于材料的宏观力学行为。不涉及材料的微观机理。 以上两方面的结合使“材料力学”成为工程设计(engineering design)的重要组成部分。 即设计出杆状构件或零部件的合理形状和尺寸。以保证它们具有足够的强度(strength)，刚度 (stiffness)和稳定性(stability) 。 强度是指构件或零部件在确定的外力作用下，不发生破裂或过量的塑性变形的能力。 刚度是指构件或零部件在确定的外力作用下，不产生过量的弹性变形或位移的能力。 稳定性是指构件或零部件在某种受力形式(例如轴向压力)下、保持其初始平衡状态的能 力。 工程结构的构件以及机器的零部件的设计中，都会涉及到强度、刚度或稳定性问题。例 如，各种桥梁的桥面结构( 图 1—1)采取什么形式才能保证不发生破坏，也不发生过大的弹性 变形。图 1－2 所示为我国上海跨越黄浦江的杨浦大桥的桥面结构。这种结构不仅保证大桥 图 1－1 桥梁桥面结构必须具有足够的强度和刚度 3 有足够的强度和刚度，而且具有质量小、节省材料等优点。 图 1－2 杨浦大桥的桥面结构 又