建筑力学 教学课件 ppt 作者 刘玉清 张成 主编第五章 材料力学基础.ppt

第五章 材料力学基础 学习目标： 1.了解变形固体及其基本假定。 2.初步了解杆件的基本变形形式。 3.了解内力的含义。 4.了解截面法的基本步骤。 5.理解杆件、横截面、轴线定义。 6.理解应力的定义，领会任意应力分解为正应力与剪应力。 第一节 变形固体的性质及其基本假设 一、 变形固体的概念 材料力学所研究的构件，其材料的物质结构和性质虽然千差万别，但却具有一个共同的特性，即它们都由固体材料制成，如钢、木材、混凝土等，而且在荷载作用下会产生变形。因此，这些物体统称为变形固体。 弹性变形 变形固体的变形 （按变形性质分类） 塑性变形 理想弹性体的概念 去掉外力后能完全恢复原状的物体称为理想弹性体。 实际上，并不存在理想弹性体！ 但常用的工程材料如金属、木材等当外力不超过某一限度时（称弹性阶段），很接近于理想弹性体，这时可将它们视为理想弹性体。 小变形 工程中大多数构件在荷载作用下，其几何尺寸的改变量与构件本身的尺寸相比，常是很微小的，我们称这类变形为“小变形”。 在后面的章节中，将研究构件在弹性范围内的小变形。 二、 变形固体的基本假设 材料力学研究构件的强度、刚度、稳定性时，常根据与问题有关的一些主要因素，省略一些关系不大的次要因素，对变形固体作了如下假设： 1．连续性假设 2．均匀性假设 3．各向同性假设 1．连续性假设 连续是指材料内部没有空隙。认为组成固体的物质毫无间隙地充满了固体的几何空间。 实际的固体物质，就其结构来说，组成固体的粒子并不连续。但它们之间所存在的空隙与构件的尺寸相比，极其微小，可以忽略不计。 2．均匀性假设 均匀是指材料的性质各处都一样。认为在固体的体积内，各处的力学性质完全相同。 就金属材料来说，其各个晶粒的力学性质，并不完全相同，但因在构件或构件的某一部分中，包含的晶粒为数极多，而且是无规则地排列的，其力学性质是所有晶粒的性质的统计平均值，所以可以认为构件内各部分的性质是均匀的。 3．各向同性假设 认为固体在各个方向上具有相同的力学性质。具备这种属性的材料称为各向同性材料。 金属、玻璃、塑胶等，都是各向同性材料。 如果材料沿不同方向具有不同的力学性质，则称为各向异性材料，如木材、竹材、纤维品和经过冷拉的钢丝等。 我们所研究的，主要限于各向同性材料。 第二节 杆件变形的基本形式 一、杆件 所谓杆件，是指长度远大于其它两个方向尺寸的构件。如房屋中的梁、柱，屋架中的各根杆等。 杆件的形状和尺寸可由杆的横截面和轴线两个主要几何元素来描述。横截面是指与杆长方向垂直的截面，而轴线是各横截面形心的连线。 轴线为直线、横截面相同的杆件称为等直杆。材料力学主要研究等直杆。 二、 杆件变形的基本形式 1．轴向拉伸或压缩 2．剪切 3．扭转 4．弯曲 1．轴向拉伸或压缩 在一对方向相反、作用线与杆轴重合的拉力或压力作用下，杆件沿着轴线伸长（图a）或缩短（图b） 2．剪切 在一对大小相等、指向相反且相距很近的横向力作用下，杆件在二力间的各横截面产生相对错动。 3．扭转 在一对大小相等、转向相反、作用面与杆轴垂直的力偶作用下，杆的任意两横截面发生相对转动。 4．弯曲 在一对大小相等、方向相反、位于杆的纵向平面内的力偶作用下，杆件轴线由直线弯成曲线。 工程实际中的杆件，可能同时承受不同形式的荷载而发生复杂的变形，但都可以看做是以上四种基本变形的组合。 第三节 内力、截面法及应力的概念 一、内力 内力是杆件在外力作用下，相连两部分之间的相互作用力。 内力是由外力引起的并随着外力的增大而增大。但对构件来说，内力的增大是有限的，当内力超过限度时，构件就会破坏。所以研究构件的承载能力必须先分析其内力。 二、 截面法 截面法是求内力的基本方法。要确定杆件某一截面上的内力，可以假想地将杆件沿需求内力的截面截开，将杆分为两部分，并取其中一部分作为研究对象。此时，截面上的内力被显示出来，并