材料力学简单的介绍.docVIP

材料力学(mechanics of materials)研究材料在各种外力作用下产生的应变、应力、强度、刚度和导致各种材料破坏的极限。材料力学是所有工科学生必修的学科，是设计工业设施必须掌握的知识。学习材料力学一般要求学生先修高等数学和理论力学。 　　材料力学与理论力学，结构力学并称三大力学。 材料力学的任务 　　1. 研究材料在外力作用下破坏的规律 ； 　　2. 为受力构件提供强度，刚度和稳定性计算的理论基础条件； 　　3. 解决结构设计安全可靠与经济合理的矛盾。 材料力学基本假设 　　1 均匀连续性假设——在整个体积内毫无空隙地充满物质，物体内任何部分力学性能完全一样 　　3 各向同性假设——材料沿各个不同方向力学性能均相同 　　4 小变形假设——变形远小于构件尺寸，便于用变形前的尺寸和几何形状进行计算 　研究内容 　　在人们运用材料进行建筑、工业生产的过程中，需要对材料的实际承受能力和内部变化进行研究，这就催生了材料力学。运用材料力学知识可以分析材料的强度、刚度和稳定性。材料力学还用于机械设计使材料在相同的强度下可以减少材料用量，优化机构设计，以达到降低成本、减轻重量等目的。 　　在材料力学中，将研究对象被看作均匀、连续且具有各向同性的线性弹性物体。但在实际研究中不可能会有符合这些条件的材料，所以须要各种理论与实际方法对材料进行实验比较。 　　材料在机构中会受到拉伸、压缩、弯曲、扭转及其组合等变形。根据胡克定律(Hookes law)，在弹性限度内，物体的应力与应变成线性关系。 1 独立学科的标志及杆件的拉伸问题 　　通常认为，意大利科学家伽利略（Galileo）《关于力学和局部运动的两门新科学的对话和数学证明》—书的发表（1638年）是材料力学开始形成一门独立学科的标志。在该书中这位科学巨匠尝试用科学的解析方法确定构件的尺寸，讨论的第—问题是直杆轴向拉伸问题，得到承载能力与横截面积成正比而与长度无关的正确结论。 　　2 梁的弯曲问题 　　在《关于力学和局部运动的两门新科学的对话和数学证明》一书中，伽利略讨论的第二个问题是梁的弯曲强度问题。按今天的科学结论，当时作者所得的弯曲正应力公式并不完全正确，但该公式已反映了矩形截面梁的承载能力和bh2（b、h分别为截面的宽度和高度）成正比，圆截面梁承载能力和d3（d为横截面直径）成正比的正确结论。对于空心梁承载能力的叙述则更为精彩，他说，空心梁“能大大提高强度而无需增加重量，所以在技术上得到广泛的应用。在自然界就更为普遍了。这样的例子在鸟类的骨骼和各种芦苇中可以看到，它们既轻巧，而又对弯曲和断裂具有相当高的抵抗能力”。 　　梁在弯曲变形时，沿长度方向的纤维中有一层既不伸长也不缩短者，称为中性层。早在1620年荷兰物理学家和力学家比克门（Beeckman I）发现，梁弯曲时一侧纤维伸长、另一侧纤维缩短，必然存在既不伸长也不缩短的中性层。英国科学家胡克（Hooke R）于1678年也阐述了同样的现象，但他们都没有述及中性层位置问题。首先论及中性层位置的是法国科学家马略特（Mariotte E, 1680年）。其后莱布尼兹（Leibniz G W）、雅科布?伯努利（Jakob Bernoulli，1694）、伐里农（Varignon D, 1702年）等人及其他学者的研究工作尽管都涉及了这一问题，但都没有得出正确的结论。18世纪初，法国学者帕伦（Parent A）对这一问题的研究取得了突破性的进展。直到1826年纳维（Navier，C. －L. －M. －H） 　　才在他的材料力学讲义中给出正确的结论：中性层过横截面的形心。 　　平截面假设是材料力学计算理论的重要基础之一。雅科布?伯努利于1695年提出了梁弯曲的平截面假设，由此可以证明梁（中性层）的曲率和弯矩成正比。此外他还得到了梁的挠曲线微分方程。但由于没有采用曲率的简化式，且当时尚无弹性模量的定量结果，致使该理论并没有得到广泛的应用。 　　梁的变形计算问题，早在13世纪纳莫尔（Nemore J de）已经提出，此后雅科布?伯努利、丹尼尔?伯努利（Daniel Bernoulli）、欧拉（Euler L）等人都曾经研究过这一问题。1826年纳维在他材料力学讲义中得出了正确的挠曲线微分方程式及梁的弯曲强度的正确公式，为梁的变形与强度计算问题奠定了正确的理论基础。 　　俄罗斯铁路工程师儒拉夫斯基（ЖуравскийДИ）于1855年得到横力弯曲时的切应力公式。30年后，他的同胞别斯帕罗夫（ВеспаловД）开始使用弯矩图，被认为是历史上第一个使用弯矩图的人。 　　3　关于杆件扭转问题 　　对于圆轴扭转问题，可以认为法国科学家库仑（Coulomb C A de）分别于1777年和1784年发表的两篇论文是具有开创意义的工作。其