第1章 材料力学基本概念
1.1 材料力学的任务
材料力学(mechanics of materials)是在不断地解决工程问题的过程中产生和发展起来的,因此材料力学的一个主要作用是解决工程问题。材料力学又是变形体固体力学(Solidmechanics)的入门课程,因此材料力学的又一个主要作用是奠定学习变形体固体力学课程的基础。应用性和基础性构成了材料力学课程的特点。
工程结构和机械是由若干单个部分或零部件组成的,这些单个组成部分或零部件统称构件(member)。只有每一个构件都正常工作,才能保证整个结构正常工作。材料力学课程着重研究单个构件正常工作的基本力学条件。
工程结构和机械设计的基本要求是**可靠,经济合理。其中材料力学解决的问题主要是建立强度条件、刚度条件和稳定性条件。
强度(strength)是指构件抵抗破坏的能力。构件在外力的作用下可能断裂,也可能发生显著不可消失的变形,这两种情况都属于破坏。容易发生破坏的构件,我们说它的强度低;不容易发生破坏的构件,则说它的强度高.构件正常工作需具备足够的强度,这类条件称为强度条件。
刚度(stiffness)是指构件抵抗变形的能力。构件在外力作用下会发生尺寸改变和形状改变,这两种改变统称变形。构件容易发生变形,我们说它的刚度低;不容易发生变形,则说它的刚度高。
变形是构件的一种重要力学响应,解决力学问题经常需要计算变形,因此材料力学研究构件时将其视为变形体,不再看作刚体。那些在刚体上建立起来的原理和定理,例如力线平移定理,不可任意地用到变形体上。
构件受力发生变形,外力卸除后消失的那部分变形称为弹性变形,不能消失的那部分变形称为塑性变形或残余变形。多数构件在正常工作时只允许发生弹性变形。
很多构件工作时对变形有一定要求,如机床主轴变形过大会降低加工精度,桥面受载变形过大会影响车辆正常行驶,车辆弹簧变形过小起不到缓冲作用等。这类构件除了应满足强度条件外,还应具有适当的刚度,把变形控制在设计范围以内,这类条件称为刚度条件。
稳定性(stability)是指构件维持原有平衡形式的能力。材料力学研究的构件一般都处于平衡状态,但平衡状态是各不相同的,有些构件平衡状态比较好,抗干扰能力强,不会被破坏,称为稳定的平衡状态。有些构件平衡状态则不好,如某些受到较大轴向压力的直杆,抗干扰性差,微小的干扰就会破坏它的平衡状态,这类平衡状态称为不稳定平衡。不稳定平衡在工程中是不允许的。确定稳定平衡需要满足的条件,称为稳定性条件。
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