材料力學(xué)

內(nèi)容概要

　　《普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材：材料力學(xué)》是國家精品課程“材料力學(xué)”的主干教材，也是教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”試點(diǎn)院校教材改革的最新成果?！　∪珪?6章，包括緒論、軸向拉壓應(yīng)力與材料的力學(xué)性能、軸向拉壓變形、連接件強(qiáng)度的實(shí)用計(jì)算、扭轉(zhuǎn)、彎曲內(nèi)力、彎曲應(yīng)力、彎曲變形、應(yīng)力狀態(tài)分析與廣義胡克定律、強(qiáng)度理論、組合變形、壓桿的穩(wěn)定性、疲勞強(qiáng)度、能量原理、慣性載荷問題和簡(jiǎn)單彈塑性問題。每章例題經(jīng)過精心挑選，注意理論與實(shí)際問題結(jié)合，并配有解題分析和題后討論；每章均安排思考題和習(xí)題，部分章節(jié)還安排了計(jì)算機(jī)作業(yè)?！　　镀胀ǜ叩冉逃笆濉币?guī)劃教材：材料力學(xué)》基本概念論述簡(jiǎn)潔、清晰、準(zhǔn)確，注重基本概念和基本分析方法，注重培養(yǎng)學(xué)生針對(duì)實(shí)際工程問題建立力學(xué)模型的能力和分析解決問題的能力。內(nèi)容安排上兼顧傳統(tǒng)內(nèi)容并適當(dāng)擴(kuò)展，專業(yè)適用面寬，適合教學(xué)和自學(xué)?！　　镀胀ǜ叩冉逃笆濉币?guī)劃教材：材料力學(xué)》可作為普通高等學(xué)校和成人高等教育機(jī)械工程、土木工程和工程力學(xué)等工程類專業(yè)的材料力學(xué)教材，也可作為各類自考人員、研究生入學(xué)備考人員和工程技術(shù)人員的參考書。

書籍目錄

前言主要符號(hào)表第1章 緒論1.1 材料力學(xué)的研究對(duì)象、內(nèi)容和方法1.1.1 構(gòu)件與桿件1.1.2 桿件的基本變形形式1.1.3 強(qiáng)度、剛度與穩(wěn)定性1.1.4 材料力學(xué)的研究方法1.2 材料力學(xué)的基本假設(shè)1.2.1 連續(xù)性假設(shè)1.2.2 均勻性假設(shè)1.2.3 各向同性假設(shè)1.3 外力和內(nèi)力1.3.1 外力1.3.2 內(nèi)力與截面法1.4 應(yīng)力1.4.1 應(yīng)力的概念1.4.2 應(yīng)力狀態(tài)1.5 應(yīng)變1.5.1 位移與變形1.5.2 應(yīng)變1.6 胡克定律思考題習(xí)題第2章 軸向拉壓應(yīng)力與材料的力學(xué)性能2.1 拉壓桿的內(nèi)力2.1.1 拉壓桿的內(nèi)力——軸力2.1.2 軸力圖2.2 拉壓桿的應(yīng)力2.2.1 拉壓桿橫截面上的應(yīng)力2.2.2 拉壓桿斜截面上的應(yīng)力2.2.3 圣維南原理2.3 材料在拉伸與壓縮時(shí)的力學(xué)性能2.3.1 材料拉伸試驗(yàn)的基本要求2.3.2 低碳鋼拉伸時(shí)的力學(xué)性能2.3.3 其他材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能2.3.4 材料壓縮時(shí)的力學(xué)性能*2.3.5 溫度和時(shí)間對(duì)材料力學(xué)性能的影響2.4 安全因數(shù)、許用應(yīng)力和強(qiáng)度條件2.4.1 安全因數(shù)與許用應(yīng)力2.4.2 拉壓桿的強(qiáng)度條件*2.5 應(yīng)力集中的概念思考題習(xí)題計(jì)算機(jī)作業(yè)一第3章 軸向拉壓變形3.1 拉壓桿的軸向變形與橫向變形3.1.1 軸向變形3.1.2 橫向變形與泊松比3.2 變形計(jì)算的疊加原理3.3 桁架的節(jié)點(diǎn)位移3.4 拉壓桿靜不定問題*3.5 熱應(yīng)力與預(yù)應(yīng)力3.5.1 熱應(yīng)力3.5.2 預(yù)應(yīng)力思考題習(xí)題計(jì)算機(jī)作業(yè)二第4章 連接件強(qiáng)度的實(shí)用計(jì)算4.1 連接件的形式4.2 剪切強(qiáng)度實(shí)用計(jì)算4.3 擠壓強(qiáng)度實(shí)用計(jì)算思考題習(xí)題第5章 扭轉(zhuǎn)5.1 軸的動(dòng)力傳遞、扭矩與扭矩圖5.1.1 傳動(dòng)軸和外力偶矩5.1.2 軸的內(nèi)力——扭矩與扭矩圖5.2 扭轉(zhuǎn)圓軸的應(yīng)力與強(qiáng)度條件5.2.1 圓軸橫截面上的應(yīng)力5.2.2 圓軸扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件5.2.3 薄壁圓筒橫截面上的切應(yīng)力5.2.4 扭轉(zhuǎn)圓軸斜截面上的應(yīng)力5.3 扭轉(zhuǎn)圓軸的變形與剛度條件5.3.1 扭轉(zhuǎn)圓軸的變形5.3.2 扭轉(zhuǎn)圓軸的剛度條件5.4 非圓截面桿的扭轉(zhuǎn)5.4.1 矩形截面桿的自由扭轉(zhuǎn)5.4.2 開口薄壁截面桿的自由扭轉(zhuǎn)5.4.3 閉口薄壁截面桿的扭轉(zhuǎn)*5.5 扭轉(zhuǎn)應(yīng)力集中思考題習(xí)題計(jì)算機(jī)作業(yè)三第6章 彎曲內(nèi)力6.1 梁的內(nèi)力——剪力和彎矩6.2 剪力圖和彎矩圖6.3 剪力、彎矩與載荷集度之間的微分關(guān)系6.3.1 剪力、彎矩與載荷集度之間的微分關(guān)系6.3.2 剪力圖、彎矩圖的形狀特征與載荷的關(guān)系6.4 靜定平面剛架和曲桿的內(nèi)力圖思考題習(xí)題第7章 彎曲應(yīng)力7.1 梁的彎曲正應(yīng)力與強(qiáng)度條件7.1.1 純彎曲與橫力彎曲7.1.2 純彎曲時(shí)梁橫截面上的正應(yīng)力7.1.3 彎曲正應(yīng)力公式在橫力彎曲中的推廣7.1.4 彎曲正應(yīng)力強(qiáng)度條件7.2 梁的彎曲切應(yīng)力與強(qiáng)度條件7.2.1 矩形截面梁的切應(yīng)力7.2.2 工字形截面梁與組合梁的切應(yīng)力7.2.3 圓形及薄壁圓環(huán)截面梁的切應(yīng)力7.2.4 梁的切應(yīng)力強(qiáng)度條件7.3 提高梁彎曲強(qiáng)度的措施7.3.1 降低梁的最大彎矩7.3.2 選擇合理的截面形狀7.3.3 合理設(shè)計(jì)梁的形狀——變截面梁7.4 彎曲中心*7.5 彎曲應(yīng)力集中思考題習(xí)題第8章 彎曲變形8.1 梁變形的基本方程8.1.1 撓度和轉(zhuǎn)角間的關(guān)系8.1.2 撓曲軸近似微分方程8.2 計(jì)算梁變形的積分法8.3 計(jì)算梁變形的疊加法8.4 梁的剛度條件與合理剛度設(shè)計(jì)8.4.1 梁的剛度條件8.4.2 梁的合理剛度設(shè)計(jì)8.5 簡(jiǎn)單靜不定梁*8.6 溫度引起的梁變形思考題習(xí)題第9章 應(yīng)力狀態(tài)分析與廣義胡克定律9.1 應(yīng)力狀態(tài)9.1.1 單元體與應(yīng)力狀態(tài)9.1.2 主應(yīng)力與應(yīng)力狀態(tài)的分類9.2 二向應(yīng)力狀態(tài)分析9.2.1 解析法9.2.2 應(yīng)力圓法9.3 三向應(yīng)力狀態(tài)分析簡(jiǎn)介9.3.1 三向應(yīng)力圓9.3.2 最大應(yīng)力9.4 廣義胡克定律9.4.1 二向應(yīng)力狀態(tài)的廣義胡克定律9.4.2 三向應(yīng)力狀態(tài)的廣義胡克定律9.4.3 體積應(yīng)變*9.5 由測(cè)點(diǎn)處的正應(yīng)變確定應(yīng)力狀態(tài)*9.6 應(yīng)變能9.6.1 應(yīng)變能的概念9.6.2 空間應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)變能密度思考題習(xí)題計(jì)算機(jī)作業(yè)四第10章 強(qiáng)度理論10.1 強(qiáng)度理論概述10.2 適用于脆性斷裂的強(qiáng)度理論10.3 適用于塑性屈服的強(qiáng)度理論*10.4 莫爾強(qiáng)度理論10.5 強(qiáng)度理論的選用思考題習(xí)題第11章 組合變形11.1 軸向拉壓與彎曲的組合變形11.1.1 軸向拉壓與彎曲的組合變形11.1.2 偏心拉伸與偏心壓縮*11.1.3 截面核心的概念11.2 軸向拉壓與扭轉(zhuǎn)的組合變形11.3 斜彎曲11.3.1 斜彎曲的正應(yīng)力與強(qiáng)度條件11.3.2 斜彎曲的變形計(jì)算11.4 扭轉(zhuǎn)與彎曲的組合變形11.5 薄壁壓力容器的組合變形思考題習(xí)題第12章 壓桿的穩(wěn)定性12.1 穩(wěn)定性的基本概念12.2 兩端鉸支細(xì)長(zhǎng)壓桿的臨界載荷12.3 不同桿端約束下細(xì)長(zhǎng)壓桿的臨界載荷12.4 歐拉公式的適用范圍與臨界應(yīng)力總圖12.4.1 臨界應(yīng)力和柔度12.4.2 歐拉公式的適用范圍12.4.3 臨界應(yīng)力總圖12.5 壓桿的穩(wěn)定性校核12.6 提高壓桿穩(wěn)定性的措施思考題習(xí)題計(jì)算機(jī)作業(yè)五第13章 疲勞強(qiáng)度13.1 疲勞破壞與循環(huán)應(yīng)力13.1.1 疲勞破壞的特點(diǎn)13.1.2 應(yīng)力譜13.2 材料的S-N曲線和疲勞極限13.2.1 S-N曲線和疲勞極限13.2.2 S-N曲線的數(shù)學(xué)描述13.3 影響構(gòu)件疲勞極限的主要因素13.3.1 構(gòu)件形狀的影響13.3.2 構(gòu)件截面尺寸的影響13.3.3 構(gòu)件表面質(zhì)量的影響13.4 構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算13.4.1 對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力下構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度條件13.4.2 非對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力下構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度條件13.4.3 彎扭組合變形下構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度條件*13.5 變幅循環(huán)應(yīng)力與累積損傷理論思考題習(xí)題第14章 能量原理14.1 桿件的應(yīng)變能14.2 莫爾定理與單位載荷法14.3 卡氏第二定理14.4 互等定理*14.5 虛功原理*14.6 用單位載荷法求解靜不定問題思考題習(xí)題第15章 慣性載荷問題15.1 等加速度運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的慣性載荷問題15.1.1 等加速直線運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的慣性載荷問題15.1.2 等角速度旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的慣性載荷問題15.2 構(gòu)件受沖擊時(shí)應(yīng)力和變形的計(jì)算15.3 提高構(gòu)件抗沖擊能力的措施思考題習(xí)題第16章 簡(jiǎn)單彈塑性問題16.1 材料的彈塑性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系16.2 簡(jiǎn)單桁架的彈塑性分析16.3 圓軸的彈塑性扭轉(zhuǎn)16.4 梁的彈塑性彎曲16.4.1 矩形截面梁的彈塑性分析、塑性鉸16.4.2 形狀系數(shù)和塑性極限狀態(tài)時(shí)中性軸位置16.4.3 梁的極限載荷*16.5 殘余應(yīng)力的概念思考題習(xí)題參考文獻(xiàn)附錄A 平面圖形的幾何性質(zhì)A.1 靜矩和形心A.2 極慣性矩A.3 慣性矩與慣性積A.4 平行移軸定理A.5 轉(zhuǎn)軸公式與主慣性矩思考題習(xí)題附錄B 常見截面形狀的幾何性質(zhì)附錄C 常用材料的力學(xué)性能附錄D 簡(jiǎn)單載荷下梁的撓度與轉(zhuǎn)角附錄E 型鋼表附錄F 量度單位換算表附錄G 材料力學(xué)名詞中英文對(duì)照思考題與習(xí)題答案

章節(jié)摘錄

第1章  緒論 材料力學(xué)是變形體力學(xué)的入門課程，是固體力學(xué)的基礎(chǔ)。與理論力學(xué)研究質(zhì)點(diǎn)和剛體運(yùn)動(dòng)不同，材料力學(xué)研究變形固體的力學(xué)行為。與剛體相比，變形固體是人類在生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)中最早、最大量遇到的物體。在經(jīng)典力學(xué)的奠基人牛頓（IsaacNewton，1642～1729）誕生之前，伽利略（GalileoGalilei，1564～1642）就已經(jīng)在他的著作《關(guān)于兩門新科學(xué)的對(duì)話》中討論懸臂梁的變形和破壞問題了。材料力學(xué)從一開始就來自并服務(wù)于人類的生產(chǎn)實(shí)踐。時(shí)至今日，材料力學(xué)的基本概念、基本理論和分析方法仍然在航空航天、機(jī)械工程、土木工程以及許多新興技術(shù)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，甚至我們?nèi)粘Ｉ钪杏龅降脑S多現(xiàn)象都可以用材料力學(xué)的基本概念和理論來解釋。正因?yàn)檫@些原因，材料力學(xué)成為工程類各專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課程，在工程技術(shù)人才培養(yǎng)方面起著不可替代的作用。 本章明確材料力學(xué)的研究對(duì)象、研究?jī)?nèi)容和研究方法，介紹材料力學(xué)的基本假設(shè)，建立變形體力學(xué)應(yīng)力、應(yīng)變等基本概念，最后介紹簡(jiǎn)單應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系――胡克定律。 1.1  材料力學(xué)的研究對(duì)象、內(nèi)容和方法 1.1.1  構(gòu)件與桿件 與牛頓時(shí)代相比，人類在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域有了飛躍進(jìn)步，各種各樣的技術(shù)和產(chǎn)品使得人類正在享受前所未有的物質(zhì)文明。無論是探索宇宙的航天器，蓄水發(fā)電的三峽大壩，還是汽車、電腦、手機(jī)等消費(fèi)產(chǎn)品，從力學(xué)角度看，它們首先都是一個(gè)結(jié)構(gòu)。一個(gè)結(jié)構(gòu)由許許多多形狀、尺寸、材料各異的部分組成，這些組成結(jié)構(gòu)的各個(gè)部分統(tǒng)稱為構(gòu)件。構(gòu)件通常是由一種或多種材料制造的固體，具有一定形狀和尺寸，在外力作用下會(huì)發(fā)生變形。按照形狀和尺寸的特點(diǎn)可以把構(gòu)件簡(jiǎn)化為桿件和板件。 （1）桿件：一個(gè)方向上的尺寸遠(yuǎn)大于另外兩個(gè)方向上尺寸的構(gòu)件。桿件的形狀與尺寸由其軸線和橫截面確定。軸線與橫截面垂直，并通過橫截面形心。軸線為直線的桿件稱為直桿，軸線為曲線的稱為曲桿。桿件的橫截面可以是任意形狀，而且可以沿軸線變化。圖1-1（a）和 （b）分別給出了一個(gè)矩形截面直桿和一個(gè)曲桿的示意圖。 （2）板件：一個(gè)方向上的尺寸遠(yuǎn)小于另外兩個(gè)方向上尺寸的構(gòu)件。中面為平面的板件稱 為板（圖1-2（a）），中面為曲面的板件稱為殼（圖1-2（b））。 除了桿件和板件，三個(gè)方向上尺寸相差不大的構(gòu)件稱為塊體。 桿件是工程中最常見、最基本的構(gòu)件，也是材料力學(xué)的主要研究對(duì)象。 1.1.2  桿件的基本變形形式 桿件在外力作用下，其形狀和尺寸的變化稱為變形。變形分為兩類：一類是在外力撤除后能消失的變形，稱為彈性變形；另一類是在外力撤除后不能消失的變形，稱為塑性變形或殘余變形。 外力的作用方式不同，桿件的變形形式也不同，歸納起來，主要有四種基本變形形式：軸向拉伸或壓縮、剪切、扭轉(zhuǎn)和彎曲。 1） 軸向拉伸或壓縮變形 如圖1-3（a）、（b）所示，當(dāng)外力或外力合力作用線與桿件軸線重合，桿件在軸向產(chǎn)生伸長(zhǎng)或縮短的變形方式，稱為軸向拉伸或軸向壓縮變形。 2） 剪切變形 如圖1-3（c）所示，當(dāng)一對(duì)大小相等、方向相反的力F作用在與桿件軸線垂直并相距很近的平面內(nèi)，桿件沿著受剪面發(fā)生錯(cuò)動(dòng)的變形方式，稱為剪切變形。 3） 扭轉(zhuǎn)變形 如圖1-3（d）所示，按照右手法則，當(dāng)力偶矩Me的矢量方向與桿件軸線平行時(shí)，桿件橫截面繞其軸線發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的變形方式，稱為扭轉(zhuǎn)變形。 4） 彎曲變形 如圖1-3（e）所示，當(dāng)力偶矩Me的矢量方向與桿件軸線垂直或者力F的作用方向與桿件軸線垂直，桿件的軸線變?yōu)榍€的變形方式，稱為彎曲變形。 如果桿件受到幾種不同形式力的共同作用，則桿件的變形是上述基本變形的組合，稱為組合變形。 1.1.3  強(qiáng)度、剛度與穩(wěn)定性 無論哪種變形方式，當(dāng)外力足夠大時(shí)，構(gòu)件會(huì)發(fā)生破壞或者產(chǎn)生大的變形而失效，使得整個(gè)結(jié)構(gòu)喪失其設(shè)計(jì)的功能。失效是指構(gòu)件失去了其正常工作的能力。失效的形式包括構(gòu)件破裂或斷裂、發(fā)生大的變形以及發(fā)生了顯著的塑性變形等。例如，起吊重物的繩索發(fā)生的是軸向拉伸變形，當(dāng)起吊超出設(shè)計(jì)值的重物時(shí)，繩索可能發(fā)生斷裂破壞；車床的車軸發(fā)生彎曲變形，當(dāng)變形過大時(shí)影響加工精度；建筑物的柱子當(dāng)載荷不太大時(shí)發(fā)生壓縮變形，當(dāng)載荷過大時(shí)會(huì)突然彎曲，發(fā)生垮塌。因此，工程師在設(shè)計(jì)時(shí)，為保證工程結(jié)構(gòu)能安全、正常工作，對(duì)構(gòu)件的設(shè)計(jì)要考慮以下三個(gè)方面： （1）具備足夠的強(qiáng)度（即抵抗破壞的能力），以保證在設(shè)計(jì)的使用條件下不發(fā)生斷裂或顯著塑性變形。 （2）具備足夠的剛度（即抵抗變形的能力），以保證在設(shè)計(jì)的使用條件下不發(fā)生過分的變形。 （3）具備足夠的穩(wěn)定性（即保持原有平衡形式的能力），以保證在設(shè)計(jì)的使用條件下不發(fā)生失穩(wěn)。 構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性與構(gòu)件的尺寸、形狀以及材料的力學(xué)性能有關(guān)。同時(shí)，不同的受力方式，構(gòu)件變形形式不同，破壞方式也不同。因此，設(shè)計(jì)時(shí)需要首先分析構(gòu)件的受力狀態(tài)和可能的破壞方式，然后有針對(duì)性地合理選擇材料、設(shè)計(jì)形狀和尺寸，這樣才能保證安全性和經(jīng)濟(jì)性之間的平衡。材料力學(xué)為工程師完成上述工作提供了最基本的理論和方法。 構(gòu)件在各種載荷下的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性問題是材料力學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容。 1.1.4  材料力學(xué)的研究方法 材料力學(xué)具有獨(dú)特的研究方法，可以歸納為“一個(gè)基礎(chǔ)、三大關(guān)系”。 1）“一個(gè)基礎(chǔ)”：以實(shí)驗(yàn)觀察為基礎(chǔ) 材料力學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科。材料的主要力學(xué)性能參數(shù)是通過實(shí)驗(yàn)手段得到，這些參數(shù)是構(gòu)件強(qiáng)度和變形計(jì)算的基礎(chǔ)；通過實(shí)驗(yàn)觀察材料的破壞方式特點(diǎn)，提出了適用于不同材料的強(qiáng)度理論；材料力學(xué)對(duì)桿件的軸向拉壓變形、扭轉(zhuǎn)變形和彎曲變形問題研究中，均是通過實(shí)驗(yàn)觀察變形特點(diǎn)進(jìn)而提出變形假設(shè)，然后建立強(qiáng)度和剛度計(jì)算的基本公式。 2）“三大關(guān)系”之一：靜力平衡關(guān)系 在外力作用下，處于平衡狀態(tài)的構(gòu)件，其整體、其任意部分必然也是靜力平衡的，均可以建立相應(yīng)的靜力平衡方程。例如，一個(gè)處于平衡狀態(tài)的桁架，不僅可以列出整個(gè)桁架的靜力平衡方程，而且可以列出每個(gè)節(jié)點(diǎn)的靜力平衡方程。 靜力平衡關(guān)系適用于剛體和變形體。 3）“三大關(guān)系”之二：變形協(xié)調(diào)關(guān)系 構(gòu)件的變形是協(xié)調(diào)的。協(xié)調(diào)是指構(gòu)件上所有的點(diǎn)在變形過程中不發(fā)生分離和重疊，原來相鄰的點(diǎn)在變形過程中始終保持相鄰，而且各點(diǎn)的變形量之間滿足一定的數(shù)量關(guān)系。如圖1-4所示的構(gòu)件，變形前在其表面畫兩條相鄰的線AB、CD（圖1-4（a）），變形后線段AB、CD分別為A′B′、C′D′。圖1-4（b）所示的變形是滿足變形協(xié)調(diào)關(guān)系的；而在圖1-4（c）和 圖1-4（d）中，兩個(gè)線段分別發(fā)生了重疊和分離，不滿足變形協(xié)調(diào)關(guān)系。 圖1-5中，拉桿A、B、C、D用于懸掛剛性重物W。在W作用下，拉桿伸長(zhǎng)，設(shè)它們伸長(zhǎng)量分別為ΔlA、ΔlB、ΔlC和ΔlD，顯然它們之間滿足一定比例關(guān)系。 真實(shí)的變形必然滿足變形協(xié)調(diào)關(guān)系。變形協(xié)調(diào)關(guān)系是變形體力學(xué)獨(dú)有的重要關(guān)系。4）“三大關(guān)系”之三：物性關(guān)系靜力平衡關(guān)系和變形協(xié)調(diào)關(guān)系均不涉及構(gòu)件的材料性質(zhì)，而構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性與 構(gòu)件的材料性能又是密切相關(guān)的，因此，必須在分析過程引入描述材料力學(xué)性能的關(guān)系式，即材料的物性關(guān)系（物理關(guān)系）或應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。上述四方面構(gòu)成了材料力學(xué)研究問題的獨(dú)特方法，在對(duì)構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度問題的研究中離不開這四方面；在學(xué)習(xí)材料力學(xué)過程中，重點(diǎn)關(guān)注這四方面能收到事半功倍的效果。 1.2  材料力學(xué)的基本假設(shè) 科學(xué)離不開假設(shè)，材料力學(xué)也一樣?？茖W(xué)里的假設(shè)不是隨意的，而是基于實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果對(duì)真實(shí)世界的概念性升華和對(duì)復(fù)雜事物的合理簡(jiǎn)化，而且這種合理性是經(jīng)過工程實(shí)踐檢驗(yàn)的。材料力學(xué)的基本假設(shè)包括連續(xù)性假設(shè)、均勻性假設(shè)和各向同性假設(shè)。 1.2.1  連續(xù)性假設(shè) 連續(xù)性假設(shè)認(rèn)為構(gòu)件所占居的空間被物質(zhì)連續(xù)無間隙地充滿，即認(rèn)為構(gòu)件是密實(shí)的。雖然真實(shí)材料的微觀結(jié)構(gòu)并非密實(shí)無空隙，但考慮到工程結(jié)構(gòu)的構(gòu)件都具有宏觀尺寸，這些微觀空隙的大小與構(gòu)件尺寸相比極其微小，忽略其影響是合理的?；谶B續(xù)性假設(shè)，構(gòu)件內(nèi)部的物理量如位移、應(yīng)力、變形等均可以采用可微的連續(xù)函數(shù)表示，從而簡(jiǎn)化了對(duì)構(gòu)件進(jìn)行力學(xué)分析時(shí)所采用的數(shù)學(xué)描述方法。 連續(xù)性假設(shè)適用于構(gòu)件變形前和變形后，是構(gòu)件滿足變形協(xié)調(diào)關(guān)系的前提條件。 1.2.2  均勻性假設(shè) 材料在外力作用下所表現(xiàn)的性能，稱為材料的力學(xué)性能。均勻性假設(shè)認(rèn)為材料的力學(xué)性能與其在構(gòu)件中的位置無關(guān)。根據(jù)均勻性假設(shè)，從構(gòu)件內(nèi)任意位置取出的微小體積單元（簡(jiǎn)稱單元體），其力學(xué)性能都能代表構(gòu)件材料的力學(xué)性能。 從微觀上看，實(shí)際的材料在不同位置的力學(xué)性能有所差異，但在研究具有宏觀尺寸的構(gòu)件時(shí)，均勻性假設(shè)是合理的。例如，多數(shù)金屬材料為多晶材料，即由眾多微觀尺度的晶粒組成，各個(gè)晶粒之間的力學(xué)性能雖有差異，但整體平均后在宏觀尺度上其力學(xué)性能仍然是均勻的。 1.2.3  各向同性假設(shè) 任意方向上的力學(xué)性能都相同的材料稱為各向同性材料。不同方向上力學(xué)性能也不同的材料稱為各向異性材料。嚴(yán)格地講，所有真實(shí)材料均表現(xiàn)出不同程度的各向異性。例如，組成金屬材料的各個(gè)晶粒，其力學(xué)性能是有方向性的，但由于宏觀尺寸的構(gòu)件包含數(shù)量巨大的、無規(guī)則排列的晶粒，整體平均后宏觀上表現(xiàn)為各向同性。針對(duì)類似于金屬材料的情況，提出了各向同性假設(shè)，即認(rèn)為各個(gè)方向上的力學(xué)性能均相同，這樣就可以把大多數(shù)金屬歸為各向同性材料。對(duì)于木材、復(fù)合材料等具有明顯各向異性的材料，不適用各向同性假設(shè)。 材料力學(xué)主要研究各向同性材料。 1.3  外力和內(nèi)力 1.3.1  外力 外力主要指作用在桿件上的載荷和約束反力。載荷包括機(jī)械載荷如力、力偶矩等，還包括溫度載荷、電磁力等，材料力學(xué)主要考慮機(jī)械載荷。外力按其作用的方式可分為體積力和表面力。體積力作用在構(gòu)件內(nèi)部的每一個(gè)點(diǎn)上，一般用單位體積上力的大小來表示，所以其量度單位為N／m3 或kN／m3。重力和慣性力都是體積力。表面力是作用在構(gòu)件表面一個(gè)區(qū)域內(nèi)連續(xù)分布的力，如作用在建筑物外墻上的風(fēng)壓、下雪后作用在屋頂上的雪的重力等。表面力的量度單位是N／m2 或kN／m2。對(duì)于桿件，通常把體積力和表面力換算為沿桿件軸線分布的力，用單位長(zhǎng)度上分布力的大小――載荷集度q來表示，量度單位為N／m或kN／m。 當(dāng)分布力的作用面積與構(gòu)件尺寸相比足夠小時(shí)，可認(rèn)為分布力作用在構(gòu)件的一個(gè)點(diǎn)上，將分布力簡(jiǎn)化為集中力，量度單位為N或kN。 按照是否隨時(shí)間發(fā)生顯著變化，載荷又分為靜載荷和動(dòng)載荷。靜載荷是指緩慢地由零增加到一定數(shù)值后，保持不變或變動(dòng)不明顯的載荷。例如，水庫中的水對(duì)壩體的壓力、重物對(duì)勻速起吊的起重機(jī)繩索的作用力等，都是靜載荷。動(dòng)載荷是指隨著時(shí)間變化使得構(gòu)件受力狀態(tài)發(fā)生明顯變化的載荷。例如，行進(jìn)中的火車作用在車軸上的力，因碰撞作用在汽車上的力等，都是動(dòng)載荷。 1.3.2  內(nèi)力與截面法 在外力作用下，構(gòu)件內(nèi)部各部分之間產(chǎn)生的相互作用力稱為內(nèi)力。構(gòu)件的內(nèi)力隨著外力的作用而產(chǎn)生，也隨著外力的撤除而消失。計(jì)算內(nèi)力的方法是截面法，截面法有三個(gè)步驟。 （1）截開：即用假想平面將構(gòu)件從需要計(jì)算內(nèi)力的截面處截開，將構(gòu)件一分為二，如圖1-6 （a）所示。 （2）代替：從截開的兩部分中任選一部分作為分析對(duì)象，在該部分被截開的截面上用內(nèi)力代替另一部分的作用。如圖1-6（b）所示，選取左半部分為研究對(duì)象，并將右半部分構(gòu)件的作用用合力FR和合力矩MR表示，或者如圖1-6（c）所示，用FR和MR的六個(gè)分量FNx、FSy、FSz、Mx、My、Mz表示。 （3）平衡：列出所選取部分的靜力平衡方程，并求解得到內(nèi)力。空間任意力系的平衡方程 有六個(gè)： ∑ Fx ＝ 0， ∑ Fy ＝ 0， ∑ Fz ＝ 0， ∑ Mx ＝ 0， ∑ My ＝ 0， ∑ Mz ＝0  六個(gè)內(nèi)力分量FNx、FSy、FSz和Mx、My、Mz以不同的方式作用在截面上，并使桿件產(chǎn)生不同的變形。其中，F(xiàn)Nx或FN稱為軸力，它使桿件產(chǎn)生軸向拉壓變形；FSy和FSz稱為剪力，它們使桿件產(chǎn)生剪切變形；Mx稱為扭矩，它使桿件產(chǎn)生繞軸線的扭轉(zhuǎn)變形；My和Mz稱為彎矩，它們使桿件產(chǎn)生彎曲變形。 圖1-6（c）中標(biāo)出了桿件截面上所有可能出現(xiàn)的內(nèi)力分量，是最復(fù)雜的一種情況。一般情況下，材料力學(xué)研究的桿件只有不超過三個(gè)內(nèi)力分量。 例題1-1  如圖1-7（a）所示圓截面桿件，兩端承受大小相等、方向相反、力偶矩矢量沿軸線作用的外力偶矩Me，試求桿件m-n截面上的內(nèi)力。 解：已知作用在桿件上的外力，需要計(jì)算指定截面上的內(nèi)力。采用截面法，首先用假想平面將桿件在截面處截開，把m-n截面暴露出來。取截開后桿件的左半段為研究對(duì)象，如圖1-7 （b）所示，截面m-n上存在來自桿件右半段的作用力，……

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《普通高等教育十二五規(guī)劃教材:材料力學(xué)》可作為普通高等學(xué)校和成人高等教育機(jī)械工程、土木工程和工程力學(xué)等工程類專業(yè)的材料力學(xué)教材，也可作為各類自考人員、研究生入學(xué)備考人員和工程技術(shù)人員的參考書。

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