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第1章 绪论;1.1材料力学的基本任务各类工程领域中广泛使用的各种机器、机械与结构，都是由许多零件和元件组成的，如建筑物的梁和柱、机床的轴等，这些零件和元件统称为构件。理论力学中将构件视为刚体并研究力对构件的外效应，然而，在各种载荷的作用下，构件能否正常工作，有待进一步研究。材料力学就是研究各种构件抗力性能的一门科学，它是机械、土木、水利、化工、材料、航空航天等众多工程领域的理论基础。为确保机器、机械和结构能够正常工作，要求构件具有一定承载能力，因此，设计构件时，从材料力学的角度分析，构件应满足以下3个方面要求：;(1)强度要求构件应具备足够抵抗破坏的能力，以保证在规定使用条件下不发生断裂或显著永久变形，即构件应具有足够的强度。 (2)刚度要求构件应具备足够的抵抗变形的能力，使其在工作时的变形小于许可限值，以保证构件能正常工作，即构件应具有足够的刚度。对于许多工程构件而言，只是不发生破坏并不能保证整个结构正常工作。例如，摇臂钻床工作时(见图1.1)，若立柱和摇臂变形过大，将会影响工件的加工精度。再比如，若齿轮轴刚度不足，工作时变形过大，将导致齿轮轴与轴承之间出现不均匀磨损。; 图1.1;(3)稳定性要求构件应具备足够的、保持原有平衡状态的能力，以保证在规定使用条件下不发生失稳，即构件应具有足够的稳定性。对于细长的受压构件而言，当压力较小时，构件能保持原有的直线平衡状态。若压力增大至某一数值时，会突然变弯，使结构不能正常工作，这种现象称为丧失稳定，简称失稳。例如，对于内燃机的挺杆(见图1.2)及千斤顶的螺杆(见图1.3)等一些细长杆件结构而言，这些构件在工作时应保持挺直状态，因此，必须具有足够的稳定性，以防止其在工作过程中被突然压弯。; 图1.2 图1.3;1.2材料力学的基本假设(1)连续性假设连续性假设认为组成变形固体的物质毫无间隙地充满了它的整个几何空间，而且变形后仍保持这种连续性。(2)均匀性假设均匀性假设认为物体是由同一均匀材料组成，其各部分的物理性质相同，且不随坐标位置而变。(3)各向同性假设各向同性假设认为物体在各个方向具有相同的物理性质。 (4)小变形假设小变形假设认为物体的变形与构件尺寸相比属无穷小量，可以不考虑因变形而引起的尺寸变化。;材料在外力作用下将产生变形，但对于大多数材料，当外力不超过一定限度时，去除外力后，物体将恢复原有的形状和尺寸，这种性质称为弹性。随着外力消失而消失的变形，称为弹性变形。当外力过大时，去除外力后，变形只能部分消失而残留下一部分永久变形，材料的这种性质称为塑性。残留的变形称为塑性变形。为保证构件正常工作，一般不允许构件发生塑性变形。而对于大多数的材料，弹性变形相对于其本身的尺寸是微小的，因此为了简化计算，在构件发生弹性变形后，仍然按其原来尺寸和形状进行计算。;1.3外力、内力与截面法1.3.1外力及其分类来自构件外部的力称为外力，包括外加载荷和约束反力，二者组成平衡力系。按外力的作用方式，外力可分为表面力(简称面力)和体积力(简称体力)。表面力是作用于物体表面的力，又可分为分布力和集中力。分布力是连续作用于物体表面的力，如水压力；若外力分布面积远小于物体的表面尺寸，或沿杆件轴线分布范围远小于轴线长度，就可看作是作用于一点的集中力，如火车轮对钢轨的压力。体积力是连续分布于物体内部各点的力，如重力、磁力和惯性力等。按载荷随时间变化的情况，载荷又可分为静载荷和动载荷。若载荷缓慢地从零增加至某一定值，以后即保持不变，或变动很不显著，即为静载荷。;1.3.2内力与截面法构件不受外力时，内部各部分之间存在着相互作用的力，使构件维持一定的形状。当构件受到外力作用而变形时，其内部各部分之间的相互作用力发生了改变。这种因外力作用而引起构件内各部分之间相互作用力的改变量，称为附加内力，简称为内力。构件的内力随外力的变化而变化，当内力达到某一限度时，构件就会破坏，可见内力与构件的强度是密切相关的。为了显示内力并确定其大小，可采用下述方法：如图1.4所示构件在外力作用下处于平衡状态。欲求M—M截面上的内力，可假想将构件沿M—M截面切开，分为Ⅰ、Ⅱ两部分。任取其中一部分。例如，Ⅰ为研究对象，此时Ⅱ作用于Ⅰ的内力，根据连续性假设，沿M—M截面连续分布，如图1.5所示。; 图1.4 图1.5;上述这种显示和确定内力的方法称为截面法。它是材料力学中研究内力的基本方法，也是分析构件强度、刚度及稳定性问题