材料力學的任務-wenkub
2022-08-31 04:51:17 本頁面
【正文】 ，一方面可以測定各種材料的基本力學性質；另一方面，對于現有理論不足以解決的某些形式復雜的桿件設計問題，有時也可根據試驗的方法得到解決。根據材料力學的知識，就能知道怎樣在保證安全的條件下盡量地使桿件消耗最少的材料。當設計的桿件能滿足上述三方面的要求時，就可認為設計是安全的，桿件能夠正常工作。（2） 不產生過大變形，發(fā)生的變形能限制在正常工作許可的范圍以內，即桿件必須具有足夠的剛度。例如，受壓柱如果是細長的，則在壓力超過一定限度后，就有可能明顯地受彎。不破壞并不一定能正常工作，若桿件在外力作用下發(fā)生過大的變形，也不能正常工作。工程中的梁、軸、柱均屬于桿件。桿件的幾何特征是長度l遠大于橫向尺寸（高h，寬b或直徑d）。第一章 緒論第一節(jié) 材料力學的任務人們在改善生活和征服自然、改造自然的活動中，經常要建筑各種各樣的建筑物。其軸線（橫截面形心的連線）為直線的稱為直桿；軸線為曲線的稱為曲桿。當建筑物承受到外力的作用（或其它外在因素的影響）時，組成該建筑物的各桿件都必須能夠正常地工作，這樣才能保證整個建筑物的正常工作。如吊車梁若因荷載過大而發(fā)生過度的變形，吊車也就不能正常行駛。直柱受壓突然變彎的現象稱為喪失了穩(wěn)定性。（3） 不失穩(wěn)，桿件在其原有形狀下的平衡應保持為穩(wěn)定的平衡，即桿件必須具有足夠的穩(wěn)定性。一般說來，只要為桿件選用較好的材料和較大的幾何尺寸，安全總是可以保證的，但這樣又可能造成財力、人力和物力上的浪費，不符合經濟原則。也正是由于這種矛盾的不斷出現和不斷解決，才促使材料力學不斷地向前發(fā)展。故試驗工作在材料力學中也占有重要的地位。這就不能不使用各種材料，從最初使用的天然材料：石、竹、木材等到后來使用的磚、銅、鐵、水泥、塑料及各種合金等，并在長期使用過程中逐漸認識了材料的性能，并能結合構件受力特點正確使用材料。特別是至今尚完整保存的河北趙州單跨石拱橋（圖12）是由隨代杰出工匠李春設計制造的。如四川灌縣都江堰上跨越岷江的長江三百二十米的竹索橋就是曲型例子。至十四世紀以后，隨著資本主義興起和發(fā)展，在歐洲各國，海外貿易活躍，采礦冶金工業(yè)萌芽和發(fā)展等新經濟情況，提出了一系列新的復雜的技術問題。作為材料力學物理基礎的力與變形關系是由英國科學家胡克（，1635~1703）通過一系列實驗資料的總結于一六七八年提出的，即著名的胡克定律。近年來由于人造衛(wèi)星和宇宙飛船等的發(fā)展，又促使材料在高溫下強度問題的進一步研究、動荷載問題、光彈性力學及電測技術等實驗方法的研究，并隨著高強度材料的運用，出現構件由于存在初始裂紋而發(fā)生低應力脆斷事故，又促進了對帶裂紋材料和結構的強度及裂紋擴展規(guī)律的研究等。我國也于2005年相繼兩次發(fā)射了載人航天飛船。例如，在土建、水利工程中，組成水閘閘門或橋梁的個別桿件的變形會影響到整個閘門或橋梁的穩(wěn)固，基礎的剛度會影響到大型壩體內的應力分布；在機電設備中，機床主軸的變形過大就不能保證機床對工作的加工精度，電機軸的變形過大就會使電機的轉子與定子相撞，使電機不能正常運轉，甚至損壞等等。大多數變形固體具有在外力作用下發(fā)生變形，但在外力除去后又能立刻恢復其原有形狀和尺寸大小的特性，我們把變形固體的這種基本性質稱為彈性，把具有這種彈性性質的變形固體稱為完全彈性體。不過，實驗指出，像金屬、木材等常用建筑材料，當所受的外力不超過某一限度時，可看成是完全彈性體。為此提出如下有關變形固體的基本假定。故在這些試件之間，由于個別晶粒性質不同所引起的差別，就忽略不計了。根據這一假定，我們就可從物體中的任何部分取出微小的立方體來研究物體的性質，同時也可把那些大尺寸試件在試驗中所獲得的材料性質，應用到微小的立方體上。但如上所述，一般物體的體積遠大于單個晶粒的體積，無數晶粒在物體內錯綜交疊地排列著，材料在各個方向的力學性質必然趨向一致。但應注意，有些材料只在某一方向上才有相同的性質，稱之為單向同性材料，例如各種軋制鋼筋、冷拉的鋼絲以及纖維整齊的木材等都是單向同性材料。物體發(fā)生變形后，在物體上的各點、各條線和各個面都可能發(fā)生空間位置的改變，稱為位移（或變位）。 若在物體變形以前，先在物體沿某一方向描繪一長為s的線段AB（如圖15），則在物體受力變形以后，該線段的長度將有所改變，通常把其改變量稱為線段AB的線變形。例如，沿、各軸方向的線應變可分別用、和表示。物體的變形是幾何性質的問題。注意，線應變和角應變都是沒有量綱的量。但要注意，在工程實際中，也會遇到一些柔性桿件，它們在外力作用下所發(fā)生的變形常常很大（如圖18（b）），在這種情況下，小變形假設就不能采
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