1 研究对象:变形固体——>构件——>杆件2 研究内容1)强度:构件抵抗破坏的能力。(破坏:构件发生断裂、产生明显塑性变形)2)刚度:构件抵抗变形的能力。(变形:明显的弹性变形)3)稳定性:构件保持稳定的平衡状态的能力。
用来制造构件的材料是连续分布的,中间没有缺陷和空隙。
用于制造构件的材料在材质上是均匀分布的。
材料在各个方向上表现出来的力学性能是相同的。(例如木头和许多复合材料就不是各向同性的,需要用其他理论解决)
1)材料力学要研究变形、计算变形2)变形与构件的原始尺寸相比很小3)受力分析按照构件的原始尺寸、原始位置计算
四种基本变形:拉压、扭转、弯曲和剪切
轴线方向伸长或缩短,横向缩短或伸长。(工程上常把发生拉压变形的构件叫做杆件)
1 几何形状:构件是等直杆
工程上,对构件的设计要满足以下要求:安全(强度、稳定性要求)、经济、好用(刚度要求)、美观。
外力分析:
例题
根据受力分析计算的轴力画出轴力图,横坐标轴位杆件轴向,纵坐标轴表示轴力大小。
例题
原为平面的横截面在杆变形后仍为平面,且仍垂直于轴线
例题
轴力是针对一个横截面的,而应力是针对横截面上单独一个点的。
1) 拉压变形的平面假设成立。2) 在集中载荷作用区附近和截面发生剧烈变化的区域,横截面上的应力情况复杂,上述公式不再正确。3) 对工程中大多数横截面形状都适用,但对于平截面假设不成立的某些特定截面,上述公式不适用。
集中力作用区域,靠近集中力的地方应力大,远离集中力的地方应力小,这样的现象叫做应力集中。随着集中力的分散,应力集中现象会有所缓解。除此之外,横截面突变区域也会发生应力集中现象。
力作用于杆端方式的不同,只会使与杆端距离不大于杆的横向尺寸的范围内受到影响。实际工程中,不去考虑应力集中现象
例题
若在杆件上施加一组力,要求轴力或者变形,可以对力/载荷进行分类,每组都是一组力,对每组力所求的轴力或变形最后进行叠加,可以得到整体的轴力或变形。
例题
力学性能:材料受力时在强度和变形方面所表现出来的性能。材料的力学性能取决于:内部结构(材料的品种),所处外部环境(温度、构件形状尺寸、加载速度)讨论常温、静载、轴向拉压变形条件下的力学性能
进入强化阶段后,杆件的变形就包括了塑性变形和弹性变形两部分,在这个阶段卸载,弹性变形可恢复(应力应变曲线沿虚斜线),塑性变形不可恢复。
分析杆件内一点受力:在杆件内某点周围取一尺寸无穷小的六面体,即单元体(用单元体来代替受力体中一点),将该点在杆件内实际受力情况画在单元体上后得到的图形称为该点的应力状态。(受力状态是用来表示受力体中一点受力情况的模型)
类似最初的单元体,取对应应力圆任意一个直径,可以绘制出对应的应力状态(对应单元体以及受力),这无数个应力状态都描述了构件中同一点的受力情况
空间应力状态:某点的单元体六面都有正应力和切应力,多见于壳体结构。但是在这个应力状态中,可以找到一个特殊方位的单元体,在这个单元体中,六面切应力都等于零,即这三组相互平行的面都是主平面,这样的单元体称为主单元体。
在线弹性、小变形的条件下,正应力与切应力产生的变形性质不同,且互相不耦合。可以将单元体所受应力分为两组,一组只有正应力作用,使互相平行的两面只有距离变化、夹角不变;一组只有切应力作用,使面与面距离不变,夹角变化。即正应力与切应力各自产生各自的变形,互不影响。
根据图可以看出,在线弹性、小变形的条件下,正应力会使材料体积发生变化,因此拉压杆的体积会有变化,切应力作用下的主单元体积应变为零,因为切应力只会使两组面夹角发生变化,而不使距离发生变化。