1.2构件强度、刚度、稳定性概念.ppt

材 料 力 学;第一章 绪论;1.1材料力学的任务 1.2构件强度、刚度、稳定性概念 1.3材料的基本假设 1.4小变形限制条件 1.5内力 1.6应力 1.7位移、变形和应变 1.8构件基本变形形式;力学与数学、物理、化学、天文、地理、生物并列为七大基础学科。力学课程应该是工程类专业学生的必修课。 力学的发展源远流长。20世纪前，机械工业、大水利工程、大跨度桥梁、铁路与机车、船舶、兵器等近代工业，无一不是在力学知识积累和完善的基础上产生与发展起来的。例如，高新技术领域中的航空航天技术(包括人类登月、建立空间站、航天飞机和卫星测控)主要靠力学而发展。一架载客400人的波音747飞机，其质量超过100t，这样的庞然大物，竟然可以自由翱翔于空中，是得益于近代空气动力学的成就；在飞机遇到不稳定气流时，其机翼能够克服上下颤动，确保航行安全，则是固体力学和结构力学的成就；客机跨海越洋，遥遥数万里，无论昼夜，都能准确无误地到达终点，既不会延误，也不会迷路，更不会失控，这是导航与自动控制技术的贡献，其最核心的技术却是一般力学研究的成果。;1.1材料力学的任务;1.2构件强度、刚度、稳定性概念;3.稳定性要求 要求构件在工作情况下，其平衡是稳定的。 构件满足强度、刚度、稳定性要求的能力，称为构件的承载能力。;震惊世界的两次强度失效事故： 1．“泰坦尼克号”沉没之谜 1912年4月14日，当时最大最豪华的4600t英制游轮“泰坦尼克号”首次满载着2227名乘客离开英国的南安普敦港驶向纽约。乘客们都以为自己乘坐的是最豪华、最结实的轮船，做梦也不曾想到会有大祸临头。因为该船的底部已被隔成各个独立的舱房，任一舱房受损进水都不会影响别的舱房。即使在最坏的情况下，如与别的船相撞导致一部分舱房进水，整个“泰坦尼克号”沉没至少也需要3天时间，在那么长的时间内无论如何也能得到救援。因此，这次处女航几乎可以说是万无一失的，更何况造船用的是当时最优质的钢材。 然而，令人遗憾的是，“泰坦尼克号”未能逃脱世界航海史上最大海难事故的命运。被称为“不沉之船”的“泰坦尼克号”连同它的1513位乘客，仅在3小时内就被格陵兰海冰冷的海水吞没了。 ;这艘偌大的游轮究竟为什么会沉于海底呢?由于技术上的原因，直至1991年，第一次科学考察队才开始到水下对残骸进行考察，并收集了残骸的金属碎片供科研用。这些碎片以及沉船在海底的状况使人们终于解开了巨轮“泰坦尼克号”罹难之谜。考察队员们发现了导致“泰坦尼克号”沉没的两个重要细节。 一个细节说明，造船工程师们只考虑到船底、船尾或船首有被撞坏的可能性。在深夜里行进的“泰坦尼克号”遭遇冰山，当人们发现并想躲避却为时已晚。如果值班人员没有发现冰山，轮船直接撞到冰山上去的话，或许游轮受损伤进水的只是船首部分的舱房，船一定不会整个沉没。但不幸的是，值班员偏偏发现了冰山，并且怀着侥幸的心理想让船转过身来躲避冰山，这样一来，冰山就像一把利刃似的从船的侧面切入，把船拦腰斩断。这样，就不是一两个舱房进水，而是所有的舱房都进了水。结果“泰坦尼克号”在几个小时内就覆没于大海之中了。 ; 第二个细节是造船工程师只考虑到要增加钢的强度，而没有想到要增加其韧性。把残骸的金属碎片与如今的造船钢材作一对比试验，发现在“泰坦尼克号”沉没地点的水温中，如今的造船钢材在受到撞击时可弯成V形，而残骸上的钢材则因韧性不够而很快断裂。由此发现了钢材的冷脆性，即在-40℃～O℃的温度下，钢材的力学行为由韧性变成脆性，从而导致灾难性的脆性断裂。而用现代技术炼的钢只有在 　－70℃～－60℃的温度下才会变脆。不过不能责怪当时的工程师，因为当时谁也不知道，为了增加钢的强度而往炼钢原料中增加大量硫化物会大大增加钢的脆性，以致酿成了“泰坦尼克号”沉没的悲剧。 ; 另据美国《纽约时报》报导，一个海洋法医专家小组对打捞起来的“泰坦尼克号”船壳上的铆钉进行了分析，发现固定船壳钢板的铆钉里含有异常多的玻璃状渣粒，因而使铆钉变得非常脆弱、容易断裂。 这一分析表明：在冰山的撞击下，可能是铆钉断裂导致船壳解体，最终使“泰坦尼克号”葬身于大西洋海底。;2．切尔诺贝利核电站为什么发生大爆炸? 切尔诺贝利核电站是前苏联于1973年开始修建、1977年启动的最大的核电站。1986年4月26日凌晨，两声沉闷的爆炸声打破了核电站周围的宁静。随着爆炸声，一条30多米高的火柱掀开反应堆的外壳，冲向天空。反应堆的防护结构和各种设备整个被掀起，温度高达2000℃的烈焰吞噬着机房，熔化了粗大的钢架。携带着高放射性物质的水蒸气和尘埃随着浓烟升腾弥漫，这次爆炸造成了灾难性的后果。爆炸释放的能量相当于500颗在广岛投放的原子弹。爆炸破坏了核反应堆，使反应堆内180多吨浓缩铀燃料的3％被释放到大气中，