工程力学—第五章材料力学的一般概念概要.ppt

结构与构件 §5-4 荷载的分类 结构或构件其他物体的作用力称其为外力，外力分为荷载和约束力。 §5-4 荷载的分类 §5-4 荷载的分类 §5-5 变形固体的基本假设 任何固体在外力作用下都会发生形状和尺寸的改变，即变形。 §5-5 变形固体的基本假设 二、集中荷载 若荷载作用面积远小于构件尺寸时，可把荷载看作是集中作用在一点上，称为集中荷载。 集中荷载的单位一般是N或kN。 （3）根据荷载作用性质，可分为静荷载与动荷载。 一、静荷载 静荷载是缓慢地加到结构上的荷载，其大小、位置和方向不随时间变化或变化相对极小。构件自重及一般的活荷载均属静荷载。 二、动荷载 动荷载是大小、位置或方向随时间迅速变化的荷载，它能使结构产生明显的加速度。如地震力、机器工作时对结构的干扰力等属于动荷载。 对于变形固体，当外力在一定范围时，卸去外力后其变形会完全消失，这种随外力卸去而消失的变形为“弹性变形”。 当作用于固体的外力大小超过一定范围，在外力卸去后固体变形只能部分消失，还残留下一部分不能消失的变形，这种不能消失的残余变形为“塑性变形”。 变形固体的性质是复杂的，材料力学对变形固体作出了以下几个基本假定，作为理论分析的一般基础。 连续性假设： 均匀性假设： 各向同性假设： 小变形假设： 假定构件的材料处处密实无空隙，在整个体积中各点都是连续的。 忽略材料各点处实际上存在的缺陷和晶格结构不同而引起的力学性能上的差异，认为从构件内任取一部分其力学性质都是完全相同的。 认为材料沿各方向都有相同的力学性能。例如钢材，混凝土等都是各向同性材料。 认为构件的变形量远小于其外形尺寸。在研究构件的平衡问题时就可采用构件变形前的原尺寸进行分析。但对于变形较大的大变形构件，不能采用小变形假设。 §5-6 内力与应力 一、内力： 当杆件受到外力作用而发生变形时，杆件的任一部分与另一部分之间同时发生的相互作用力称为内力。这里的内力不是物体内分子间的结合力，而是外力引起的一种附加相互作用力。物体在外力作用下，内力会伴随着变形的产生而产生，这时内力又具有力图保持物体原形状、抵抗变形的性质，所以也称内力为抗力。 由于已假设物体是连续均匀的可变形固体，因此在物体内部相邻部分之间相互作用的内力，实际上是分布于截面上的一个连续分布的内力系，分布内力系的合成(力或力偶)，简称为内力。 一般情况下，内力将随着外力的增加而增大。 对于材料和截面形状一定的杆件，内力越大，变形也就越大。当内力超过一定限度时，杆件就会发生破坏。所以，内力的计算及其在杆件内的变化情况，是分析和解决杆件强度、刚度和稳定性等问题的基础。 二、截面法： 由于内力存在于杆件内部。为了求出杆件某一截面上的内力，就必用一假想平面，将杆件沿欲求内力的截面截开，分成两部分，这样内力就转化为外力而显示出来。任取一部分为研究对象，可用静力平衡条件求内力的大小和方向。这种方法称为截面法。截面法是计算内力的基本方法。 (a) (c) (b) m n m n A：F1、F2、F3、B作用的内力 B：F4、F5、A作用的反作用力 截面上的分布力系向截面上某点简化后得到主矢和主矩，称为截面上的内力。 假想截面m—n将构件分成A和B两部分 用假想的截面将构件截开为两部分，并取其中一部分为隔离体，建立静力平衡方程求截面上内力的方法称为截面法。 截面法的基本步骤： ① 截开：用假想的截面将构件在待求内力的截面处截开。 ② 替代：取被截开的构件的一部分为隔离体，用作用于截面上的 内力（力或力偶）替代另一部分对该部分的作用。 ③ 平衡：建立关于隔离体的静力平衡方程，求解未知力。 A P P 简图 A P P 截开： 代替： 平衡： P A N 例题： 三、应力： 1.定义：受力构件在某截面上一点处的内力集度。 工程构件，大多数情形下，内力并非均匀分布，集度的定义不仅准确而且重要，因为“破坏”或“失效”往往从内力集度最大处开始。 2.应力的表示： ?F ?A M ① 平均应力： ② 全应力（总应力)： P即为M处的内力集度，称为截面上M点处的全应力（总应力）。 F1 F2 ③ 全应力分解为： p ? M ? a.垂直于截面的应力（法向分量）称为“正应力”； b.位于截面内的应力（切向分量）称为“切应力”。（剪应力） 全应力p 法向分量正应力s 背离截面的正应力为正，指向截面的正应力为负。 切向分量切应力t 对截面内的一点产生顺时针方向力矩的切应力为正，反之为负。 F1 F2 p ? M ? （1）应力是指受力构件某一截