机械基础 - 材料力学

刚度

  • 抵抗弹性变形的能力

强度

  • 在荷载作用下,构件应不至千破坏(断裂或失效),即应具有足够的强度,即抵抗塑性变形的能力

可变行固体的三大假设

连续性假设

  • 认为物体在其整个体积内连续地充满了物质而毫无空隙

均匀性假设

  • 认为从物体内任意一点处取出的体积单元,其力学性能都能代表整个物体的力学性能

各项同性假设

  • 认为材料沿各个方向的力学性能是相同的

杆件的变形形式

杆件的变形形式

内力

  • 由外力作用而引起的质点间相互作用力的改变量

轴力

  • 垂直于横截面并通过其形心

    轴力Fn

轴力图

  • 可用平行于杆轴线的坐标表示横截面的位置,用垂直于杆轴线的坐标表示横截面上轴力的数值,从而绘出表示轴力与截面位置关系的图线,称为轴力图

轴力图

应力

  • 杆件截面上内力的分布集度
  • 法向分址o称为正应力,切向分点T 称为切应力(也可称为剪应力)

应力集中

  • 指受力构件由于外界因素或自身几何形状、外形尺寸发生突变而引起的局部范围内应力显著增大的现象
  • 多出现于尖叫、空洞、缺口、沟槽以及又刚性约束处及其邻域

圣维南原理

  • 内容:分布于弹性体上一小块面积(或体积)内的荷载所引起的物体中的应力,在离荷载作用区稍远的地方,基本上只同荷载的合力和合力矩有关;荷载的具体分布只影响荷载作用区附近的应力分布

    只在虚线区域内受影响,其余部分不受影响

  • 还有一种等价的提法:如果作用在弹性体某一小块面积(或体积)上的荷载的合力和合力矩都等于零,则在远离荷载作用区的地方,应力就小得几乎等于零

只在虚线区域内受影响,其余部分不受影响

  • 作用:处理复杂的力学边界条件

1、圣维南原理是反应局部效应的原理

2、圣维南原理应用的两个前提条件:

​ (1)简化前后的合力矩和合力基本保持不变

​ (2)距离满足条件

3、圣维南原理仅仅证明载荷分步对应力的影响

4、圣维南原理里的“载荷”并不仅仅指施加的外力,包括接触力、约束反力等

泊松比

  • 是指材料在单向受拉或受压时,横向正应变与轴向正应变的绝对值的比值,也叫横向变形系数
  • 它是反映材料横向变形的弹性常数
  • 一般的金属材质的泊松比基本在0.23~0.33之间
  • G=E/2(1+V)

材料参数

自由度

  • Degree of freedom, DOF

  • 用于描述物理场的响应特性

  • 单一物理场对应的自由度
物理场 自由度
结构 位移、转动
温度
电位
流体 压力
磁场 磁位
  • 磁位:是把单位强度的磁极从参考点(通常是无穷远)移至所考虑的一点时为反抗磁场而必须做的功

四大强度理论

第一强度理论:最大拉应力准则

  • 基本观点:材料中的最大拉应力到达材料的正断拉力时,即产生脆性断裂
  • 适用范围:铸铁,工具钢,工业陶瓷等多数脆性材料

第三强度理论:最大剪应力准则

  • 基本观点:材料中的最大剪应力到达该材料的剪切抗力时,即产生塑性屈服
  • 适用范围:低碳钢、铜、软铝等塑性较好材料

第四强度理论:形状改变比能准则

  • 基本观点:材料中形状改变比能达到改材料的临界值时,即产生塑性屈服
  • 适用范围:它既突出了最大应力对塑性屈服的作用,又考虑了其它两个主应力的影响,它与塑性较好的材料试验结果比第三强度理论符合更好