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材料力学的任务
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  1. 研究材料在外力作用下破坏的规律 ;

  2. 为受力构件提供强度,刚度和稳定性计算的理论基础条件;

  3. 解决结构设计安全可靠与经济合理的矛盾。

  材料力学基本假设1 连续性假设——组成固体的物质内毫无空隙地充满了固体的体积。2均匀性假设--在固体内任何部分力学性能完全一样3 各向同性假设——材料沿各个不同方向力学性能均相同4 小变形假设——变形远小于构件尺寸,便于用变形前的尺寸和几何形状进行计算研究内容在人们运用材料进行建筑、工业生产的过程中,需要对材料的实际承受能力和内部变化进行研究,这就催生了材料力学。运用材料力学知识可以分析材料的强度、刚度和稳定性。材料力学还用于机械设计使材料在相同的强度下可以减少材料用量,优化机构设计,以达到降低成本、减轻重量等目的。在材料力学中,将研究对象被看作均匀、连续且具有各向同性的线性弹性物体。但在实际研究中不可能会有符合这些条件的材料,所以须要各种理论与实际方法对材料进行实验比较。材料在机构中会受到拉伸、压缩、弯曲、扭转及其组合等变形。根据胡克定律(Hooke's law),在弹性限度内,物体的应力与应变成线性关系。

大事记
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  1 独立学科的标志及杆件的拉伸问题

  通常认为,意大利科学家伽利略(Galileo)《关于力学和局部运动的两门新科学的对话和数学证明》—书的发表(1638年)是材料力学开始形成一门独立学科的标志。在该书中这位科学巨匠尝试用科学的解析方法确定构件的尺寸,讨论的第—问题是直杆轴向拉伸问题,得到承载能力与横截面积成正比而与长度无关的正确结论。

  2 梁的弯曲问题

  在《关于力学和局部运动的两门新科学的对话和数学证明》一书中,伽利略讨论的第二个问题是梁的弯曲强度问题。按今天的科学结论,当时作者所得的弯曲正应力公式并不完全正确,但该公式已反映了矩形截面梁的承载能力和bh2(b、h分别为截面的宽度和高度)成正比,圆截面梁承载能力和d3(d为横截面直径)成正比的正确结论。对于空心梁承载能力的叙述则更为精彩,他说,空心梁“能大大提高强度而无需增加重量,所以在技术上得到广泛的应用。在自然界就更为普遍了。这样的例子在鸟类的骨骼和各种芦苇中可以看到,它们既轻巧,而又对弯曲和断裂具有相当高的抵抗能力”。

  梁在弯曲变形时,沿长度方向的纤维中有一层既不伸长也不缩短者,称为中性层。早在1620年荷兰物理学家和力学家比克门(Beeckman I)发现,梁弯曲时一侧纤维伸长、另一侧纤维缩短,必然存在既不伸长也不缩短的中性层。英国科学家胡克(Hooke R)于1678年也阐述了同样的现象,但他们都没有述及中性层位置问题。首先论及中性层位置的是法国科学家马略特(Mariotte E, 1680年)。其后莱布尼兹(Leibniz G W)、雅科布•伯努利(Jakob Bernoulli,1694)、伐里农(Varignon D, 1702年)等人及其他学者的研究工作尽管都涉及了这一问题,但都没有得出正确的结论。18世纪初,法国学者帕伦(Parent A)对这一问题的研究取得了突破性的进展。直到1826年纳维(Navier,C. -L. -M. -H)

  才在他的材料力学讲义中给出正确的结论:中性层过横截面的形心。

  平截面假设是材料力学计算理论的重要基础之一。雅科布•伯努利于1695年提出了梁弯曲的平截面假设,由此可以证明梁(中性层)的曲率和弯矩成正比。此外他还得到了梁的挠曲线微分方程。但由于没有采用曲率的简化式,且当时尚无弹性模量的定量结果,致使该理论并没有得到广泛的应用。

  梁的变形计算问题,早在13世纪纳莫尔(Nemore J de)已经提出,此后雅科布•伯努利、丹尼尔•伯努利(Daniel Bernoulli)、欧拉(Euler L)等人都曾经研究过这一问题。1826年纳维在他材料力学讲义中得出了正确的挠曲线微分方程式及梁的弯曲强度的正确公式,为梁的变形与强度计算问题奠定了正确的理论基础。

  俄罗斯铁路工程师儒拉夫斯基(ЖуравскийДИ)于1855年得到横力弯曲时的切应力公式。30年后,他的同胞别斯帕罗夫(ВеспаловД)开始使用弯矩图,被认为是历史上第一个使用弯矩图的人。

  3 关于杆件扭转问题

  对于圆轴扭转问题,可以认为法国科学家库仑(Coulomb C A de)分别于1777年和1784年发表的两篇论文是具有开创意义的工作。其后英国科学家杨(Young T)在1807年得到了横截面上切应力与到轴心距离成正比的正确结论。此后,法国力学家圣维南(Saint-Venant B de)于19世纪中叶运用弹性力学方法奠定了柱体扭转理论研究的基础,因而学术界习惯将柱体扭转问题称为圣维南问题。闭口薄壁杆件的切应力公式是布莱特(Bredt R)于1896年得到的;而铁摩辛柯(Timoshenko S P,1922)、符拉索夫(ВласовВЗ,1939)和乌曼斯基(Уманский А А,1940)则对求解开口薄壁杆件扭转问题做出了杰出的贡献。

  4 关于压杆稳定问题

  

材料力学

压杆在工程实际中到处可见,第11章已经述及压杆的失稳现象。早在文艺复兴时期,伟大的艺术家、科学家和工程师达•芬奇对压杆做了一些开拓性的研究工作。荷兰物理学教授穆申布罗克(Musschenbroek P van)于1729年通过对于木杆的受压实验,得出“压曲载荷与杆长的平方成反比的重要结论”。众所周知,细长杆压曲载荷公式是数学家欧拉首先导出的。他在1744年出版的变分法专著中,曾得到细长压杆失稳后弹性曲线的精确描述及压曲载荷的计算公式。1757年他又出版了《关于柱的承载能力》的论著(工程中习惯将压杆称为柱),纠正了在1744年专著中关于矩形截面抗弯刚度计算中的错误。而大家熟知的两端铰支压杆压曲载荷公式是拉格朗日(Lagrange J L)在欧拉近似微分方程的基础上于1770年左右得到的。1807年英国自然哲学教授杨(Young T)、1826年纳维先后指出欧拉公式只适用于细长压杆。1846年拉马尔(Lamarle E)具体讨论了欧拉公式的适用范围,并提出超出此范围的压杆要依*实验研究方可解决问题的正确见解。关于大家熟知的非细长杆压曲载荷经验公式的提出者,则众说纷云,难于考证。一种说法是瑞士的台特迈尔(Tetmajer L)和俄罗斯的雅辛斯基(Ясинский Φ С)都曾提出过有关压杆临界力与柔度关系的经验公式,雅辛斯基还用过许可应力折减系数计算稳定许可应力。

  5 疲劳强度问题

  随时间作周期性变化的应力,称为交变应力。构件在交变应力作用下,经一定循环次数发生的破坏,称为疲劳破坏。1839年巴黎大学教授庞赛洛特(Pancelet J U)在讲课中首先使用了金属疲劳的概念。19世纪中期,随着铁路运输的发展,断轴的事故常有发生,引起人们对疲劳破坏现象的研究兴趣。当时沃勒(Wohler A)首先在旋转弯曲疲劳试验机上进行开创性的试验研究,提出了应力一寿命图和疲劳极限的概念。为纪念他对疲劳强度研究工作所做的杰出贡献,人们将应力与疲劳破坏循环次数的关系曲线(即s—N曲线)称为沃勒曲线,尽管在他当时的研究工作中并没有使用这种曲线。

  其后,盖帕尔(Gerber)和古德曼(Goodman)分别研究了平均应力对寿命的影响,后者还提出了考虑平均应力影响的简单理论。此后,高夫(Cough)对多轴应力状态疲劳现象进行研究,将静应力强度理论引入多轴应力疲劳问题,并和波拉德(Pollard)共同提出解决多轴应力疲劳设计的Gough-Pollard公式,出版了第一本关于金属材料疲劳的专著

研究方法
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  主要有:①简化计算方法。材料力学处理一维问题的基本方法。包括载荷简化、物性关系简化以及结构形状简化等。②平衡方法。杆件整体若是平衡的,则其上任何局部都一定是平衡的,这是分析材料力学中各类平衡问题的基础。确定内力分量及其相互关系、确定梁的剪应力、分析一点的应力状态等均以此为依据。③变形协调分析方法。对结构而言,各构件变形间必须满足协调条件。据此,并利用物性关系即可建立求解静不定(仅用静力平衡方程不能确定结构全部内力和支座反力)问题的补充方程。对于弹性构件,其各部分变形之间也必须满足协调条件。据此,分析杆件横截面上的应力时,通过“平面假设”,并借助于物性关系,即可得到横截面上的应力分布规律。④能量方法。将能量守恒定律、虚位移原理、虚力原理、最小势能原理与最小余能原理应用于杆件或杆件系统,得到若干分析与计算方法,包括导出平衡或协调方程、确定指定点位移或杆件位移函数的近似方法、判别杆件平衡稳定性并计算临界载荷、动载荷作用效应的近似分析等。⑤叠加方法。在线弹性和小变形的条件下,且当变形不影响外力作用时,作用在杆件或杆件系统上的载荷所产生的某些效应是载荷的线性函数,因而力的独立作用原理成立。据此,可将复杂载荷分解为若干基本或简单的情形,分别计算它们所产生的效果,再将这些效果叠加便得到复杂载荷的作用效果。可用于确定复杂载荷下的位移、组合载荷作用下的应力、确定应力强度因子等。正确而巧妙地应用结构与载荷的对称性与反对称性,则是叠加法的特殊情形。⑥类比法。表示一些量之间关系的方程与另一些量之间的关系或相似时,通过其中之简单者较容易确定与之相似的那些量,称为类比法或比拟法。由此派生出图解解析法和图解法。如:应力圆法、共轭梁法、确定弹性位移和薄壁截面扇性面积几何性质的图乘法等。

1.图书信息
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书 名: 材料力学

  作 者:闵行 诸文俊

  出版社: 西安交通大学出版社

  出版时间: 2009年12月

  ISBN: 9787560532417

  开本: 16开

  定价: 22.00 元

内容简介
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  《材料力学》内容简介:全书共分11章:绪论、轴向拉伸与压缩、扭转、弯曲内力、弯曲应力、弯曲变形、应力状态分析和强度理论、组合变形的强度、压杆的稳定、动载荷、联接件的强度。附录包括截面图形的几何性质和型钢表。各章均附有复习思考题和习题。

  《材料力学》结构紧凑,语句简明,由浅入深,注意联系工程实际,便于教学和自学。

  《材料力学》为普通高等学校60~70学时材料力学教学用书,也可供高等职业学校和成人教育学院师生及有关工程技术人员参考。

图书目录
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  前言

  本书主要符号表

  第1章 绪论

  第2章 轴向拉伸与压缩

  第3章 扭转

  第4章 弯曲内力

  第5章 弯曲应力

  第6章 弯曲变形

  第7章 应力状态分析和强度理论

  第8章 组合变形的强度

  第9章 压杆的稳定

  第10章 动载荷

  第11章 联接件的强度

  附录

  参考文献

  ……

2.图书信息
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作 者: 刘鸿文 主编

  出 版 社: 高等教育出版社

  出版时间: 2004-1-1

  字 数: 510000

  页 数: 426

  定价:31.10

  I S B N : 9787040127591

内容简介
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  本教材是普通高等教育“十五”国家级规划教材。是在获国家科技进步二等奖及国家级教学成果一等奖的第三版的基础上,在保持原书风格和特点的基础上,作了少部分的修订。

  全书分I、Ⅱ两册,共分18章。第1册包含了材料力学课程中的基本内容,内容包括:绪论,拉伸、压缩与剪切,扭转,弯曲内力,弯曲应力,弯曲变形,应力和应变分析,强度理论,组合变形,压杆稳定,动载荷,交变应力,平面图形的几何性质等。第Ⅱ册包含了材料力学课程较深入的内容,内容包括:弯曲的几个补充问题,能量方法,超静定结构,平面曲杆,厚壁圆筒和旋转圆盘,矩阵位移法,杆件的塑性变形等。

  本教材可作为高等学校工科本科各专业的教材。

  刘鸿文主编的《材料力学实验》(第二版)可与本教材配套使用。

  与本书同时出版的《材料力学学习指导书》,可供学生复习、解题及教师备课时使用。

作者简介
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  刘鸿文 浙江大学教授。长期从事固体力学教学工作。曾任教育部教材编审委员会委员,国家教委(教育部)工科力学课程教学指导委员会主任委员兼材料力学课程教学指导组组长。1989年被授予全国优秀教师。1991年起享受政府特殊津贴。杭州市第六届人大代表,浙江省第四届政协常委,全国政协第六、七、八届委员。

  著作有:《材料力学》,《高等材料力学》,《板壳理论》,《材料力学教程》,《材料力学实验》,《简明材料力学》等。以上诸书先后分别在高等教育出版社、浙江大学出版社和机械工业出版社出版。《材料力学》第二版并于1990年由台湾高等教育出版社以繁体字再版。

  《材料力学》第二版于1987年被评为全国高等学校优秀教材获国优奖。《材料力学》第三版于1997年获国家级教学成果一等奖,并获国家科技进步二等奖。

目录
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  绪论

  第1章 轴向拉伸、压缩与剪切

  第2章 扭转

  第3章 弯曲内力

  第4章 弯曲应力

  第5章 弯曲变形

  第6章 应力状态与强度理论

  第7章 压杆稳定

  第8章 疲劳强度

  第9章 能量方法

  第10章 材料与构件的非线性力学行为

  附录A 截面设计的几何学基础

  附录B 型钢规格表

  附录C 习题答案

  参考文献

3.图书信息
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书 名: 材料力学

  作 者:任德斌

  出版社: 大连理工大学出版社

  出版时间: 2009-11-1

  ISBN: 9787561152065

  开本: 16开

  定价: 24.00元

内容简介
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  《材料力学》是新世纪应用型高等教育教材编审委员会组编的机械类课程规划教材之一。

  本教材是根据应用型本科机械类专业的教学改革需要而编写的。全书以材料力学教学大纲的基本要求和近年来应用型本科院校的机械类专业教学计划为依据,结合作者多年的教学实践与改革的经验编写而成。

  本教材在编写过程中力求突出以下特色:

  1.在内容安排上体现机械类专业的常用材料和常用结构,以讲清概念、强化应用为重点。

  2.循序渐进,由浅入深,突出培养学生分析问题和解决问题的能力,将理论知识融入到实践训练之中,将知识点和能力要求贯穿于教材之中,从实际出发,使学生在应用中学习。

  3.注意与后续课程的衔接,有意识地培养学生学习和深入研究问题的积极性。

  本教材包括11章和一个附录:分别为绪论;轴向拉伸与压缩;剪切与挤压;扭转;平面图形的几何性质;梁的内力;梁的弯曲应力与强度计算;弯曲变形;应力状态;强度理论;组合变形;压杆稳定;动荷载。

  本教材既可作为机械类应用型本科专业的教材和参考书,也可供相关的工程技术人员使用。

图书目录
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  第1章 绪论材料力学的基本任务与地位

  第2章 轴向拉伸与压缩

  第3章 剪切与挤压

  第4章 扭转

  第5章 平面图形的几何性质

  第6章 梁的内力

  第7章 梁的弯曲应力与强度计算

  第8章 弯曲变形

  第9章 应力状态

  第10章 强度理论

  第11章 组合变形

  第12章 压杆稳定

  第13章 动荷载

  附录

  参考文献

  图书信息

  作者:(美)希伯莱(Hibbeler,R.C.) 著,武建华 缩编

  ISBN:10位[7562441413]13位[9787562441410]

  出版社:重庆大学出版社

  出版日期:2007-8-1

  定价:¥46.00元

  内容提要 原书是当今最畅销的材料力学教材之一,具有鲜明的特色,强调基础,强调应用,注重培养学生对基本概念、基本理论和基本方法的理解和掌握,同时强调理论与实际、理论与工程的结合,逐步引导学生增强发现问题、分析问题和解决问题的能力。缩编后的教材仍然保留了原书的风貌和特色,而且内容上更接近我国教学的要求,是力学、土木、机械、动力、航空及材料等专业“材料力学”课程双语教学教材的最佳选择。

  目录 Chapter1 Stress 应力

  1.1Introduction 引言

  1.2EquilibriumofaDeformableBody 变形体的平衡

  1.3Stress 应力

  1.4AverageNormalStressinallAxiallyLoadedBar 轴向加载杆的平均正应力

  1.5AverageShearStress 平均剪应力

  1.6AllowableStrss 容许应力

  Chapter2 Strain 应变

  2.1Deformation 变形

  2.2Strain 应变

  Chapter3 MechanicalPropertiesofMaterials 材料的力学性质

  3.1TheTensionandCompressionTest 拉伸和压缩试验

  3.2TheStress—StrainDiagram 应力一应变图

  3.3Stress—StrainBehaviorofDuctileandBrittleMaterials 塑性和脆性材料的应力一应变特性

  3.4Hooke’sLaw 虎克定律

  3.5StrainEnergy 应变能

  3.6Poisson’sRatio 泊松比

  3.7TheShearStress—StrainDiagram 剪切应力一应变图

  Chapter4 AxialLoad 轴向荷载

  4.1Saint—Venant’sPrinciple 圣文南原理

  4.2ElasticDeformationofanAxiallyLoadedMember 轴向加载杆件的弹性变形

  4.3PrincipleofSuperposition 叠加原理

  4.4StaticallyIndeterminateAxiallyLoadedMember 静不定轴向加载杆件

  4.5TheForceMethodofAnalysisforAxiallyLoadedMembers 分析轴向加载杆件的力法

  4.6ThermalStress 热应力

  4.7StressConcentrations 应力集中

  Chaoter5 Torsion 扭转

  5.1TorsionalDeformationofaCircularShaft 圆轴的扭转变形

  5.2TheTorsionFormula 扭转公式

  5.3PowerTransmission 功率传递

  5.4AngleofTwist 扭转角

  5.5StaticallyIndeterminateTorque-LoadedMembers 静不定受扭杆件

  5.6*SolidNoncircularShafts 实非圆截面轴

  Chapter6 Bending 弯曲

  6.1ShearandMomentDiagrams 剪力和弯矩图

  6.2GraphicalMethodforConstructingShearandMomentDiagrams 绘制剪力和弯矩图的图解法

  6.3BendingDeformationofaStraightMember 直杆的弯曲变形

  6.4TheRexureFormula 弯曲公式

  6.5UnsymmetricBending 非对称弯曲

  Chapter7 TrallsverseShear 横向剪力

  7.1ShearinStraightMembers 直杆中的剪力

  7.2TheShearFormula 剪切公式

  7.3ShearStressesinBearns 梁中的剪应力

  7.4ShearFlowinBuilt-upMembers 组装杆件中的剪力流

  7.5ShearFlowinThin-WalledMembers 薄壁杆件中的剪力流

  7.6*ShearCenter 剪切中心

  Chapter8 CombinedLoadings 组合荷载

  8.1Thin-WailedPressureVessels 薄壁压力容器

  8.2StateofStressCausedbyCombinedLoadings 组合荷载引起的应力状态

  Chapter9 StressTransformation 应力转换

  9.IPlane-StressTransfotination 平面应力转换

  9.2GeneralEquationsofPlane-StressTransformation 平面应力转换的一般公式

  9.3PrincipalStressesandMaximumIn—PlaneShearStress 主应力和平面内最大剪应力

  9.4Mohr’sCircle--PlaneStress 莫尔圆一平面应力

  9.5StressinShaftsDuetoAxialLoadandTorsion 轴向荷载和扭矩引起的轴中应力

  9.6StressVariationsThroughoutaPrismaticBeam 等截面梁内应力变化

  9.7AbsoluteMaximumShearStress 所有方向上最大剪应力

  Chapter10 StrainTransformation 应变转换

  10.1PlaneStrain 平面应变

  10.2GeneralEquationsofPlane-StrainTransformation 平面应变转换的一般公式

  10.3StrainRosettes 应变花

  10.4Material—PropertyRelationships 材料性质关系

  10.5*TheoriesofFailure 失效理论

  Chapter11 DesignofBeamsandShafts 梁和轴的设计

  11.1BasisforBeamDesign 梁设计基础

  11.2PrismaticBeamDesign 等截面梁设计

  11.3*FullyStressedBeams 满应力梁

  11.4*ShaftDesign 轴设计

  Chapter12 DeftectionsofBeamsandShafts 梁和轴的挠度

  12.1TheElasticCurve 弹性曲线

  12.2SlopeandDisplacementbyIntegration 积分求斜率和位移

  12.3MethodofSuperposition 叠加法

  12.4StaticallyIndeterminateBeamsandShafts 静不定梁和轴

  12.5StaticallyIndeterminateBeamsandShafts—MethodofIntegration 静不定梁和轴一积分法

  12.6StaticallyIndeterminateBeamsandShafts--MethodofSuperposition 静不定梁和轴一叠加法

  Chapter13 BucklingofColumns 柱的屈曲

  13.1CriticalLoad 临界荷载

  13.2IdealColumnwithPinSupports 两端铰支的理想柱

  13.3ColumnsHavingVariousTypesofSupports 有各种支承的柱

  13.4*T11eSecantFormula 正割公式

  13.5*InelasticBuckling 非弹性屈曲

  Chapter14 EnergyMethods 能量法

  14.1ExternalWorkandStrainEnergy 外力功和应变能

  14.2ElasticStrainEnergyforVariousTypesofLoading 各种荷载下的弹性应变能

  14.3ConservationofEnergy 能量守恒 

  14.4ImpactLoading 冲击荷载

  14.5*Castigliano’sTheorem 卡氏定理

  14.6*Castigliano’sTheoremAppliedtoTrusses 卡氏定理在桁架上的应用

  14.7*Castigliano’sTheoremAppliedtoBeams 卡氏定理在梁上的应用

  AppendixA GeometricPropertiesofanArea 面积的几何性质

  A.1CentroidofanArea 面积的形心

  A.2MomentofInertiaforanArea 面积的惯性矩

  A.3ProductofInertiaforanArea 面积的惯性积

  A.4MomentsofInertiaforanAreaaboutInclinedAxes 面积对斜轴的惯性矩

  AppendixB GeometricPropertiesofStructuralShapes 结构型钢的几何性质

  AppendixC SIopesandDellectionsofBeams 梁的转角和托度

  Answers 参考答案

  Glossary 术语表

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