來源：天氏庫力 發(fā)布日期
2022-08-05 瀏覽：除此之外，還有流體力學(xué)和土力學(xué)性能，相對來說，流體力學(xué)用的不是很多，土力學(xué)經(jīng)驗公式太多了強化意識，在實踐中非常依賴于經(jīng)驗和資料的積累聽得進。今天我們來聊一聊材料力學(xué)，有不對的地方覆蓋，歡迎大家指正服務體系！
理論力學(xué)，研究剛體重要的作用，研究力與運動的關(guān)系特點；材料力學(xué)，研究變形體搶抓機遇，研究力與變形的關(guān)系綠色化發展。
材料力學(xué) (strength of materials) 主要研究對象是彈性體。對于彈性體結論，除了平衡問題外應用創新，還將涉及到變形以及力和變形之間的關(guān)系。此外足夠的實力，由于變形和諧共生，在材料力學(xué)中還將涉及到彈性體的失效以及與失效有關(guān)的設(shè)計準則。
將材料力學(xué)理論和方法應(yīng)用于工程全面闡釋，即可對桿類構(gòu)件或零件進行常規(guī)的靜力學(xué)設(shè)計用上了，包括強度結構、剛度和穩(wěn)定性設(shè)計。
材料力學(xué)的基本概念
在工程靜力學(xué)中的特性，忽略了物體的變形競爭力所在，將所研究的對象抽象為剛體。實際上高效，任何固體受力后其內(nèi)部質(zhì)點之間均將產(chǎn)生相對運動情況，使其初始位置發(fā)生改變，稱之為位移 (displacement)大大縮短，從而導(dǎo)致物體發(fā)生變形堅持好。
工程上，絕大多數(shù)物體的變形均被限制在彈性范圍內(nèi)高質量，即當(dāng)外加載荷消除后全過程，物體的變形隨之消失，這時的變形稱為彈性變形 (elastic deformation)積極參與，相應(yīng)的物體稱為彈性體 (elastic body)。
材料力學(xué)所涉及的內(nèi)容分屬于兩個學(xué)科：
固體力學(xué) (solid mechanics)經驗分享，即研究物體在外力作用下的應(yīng)力探討、變形和能量，統(tǒng)稱為應(yīng)力分析 (stress analysis)培養。但是共創美好，材料力學(xué)又不同于固體力學(xué)，材料力學(xué)所研究的僅限于桿類物體高效流通，例如桿預判、軸、梁等有力扭轉。
材料科學(xué) (materials science) 中的材料的力學(xué)行為 (behaviors of materials)調解製度，即研究材料在外力和溫度作用下所表現(xiàn)出的力學(xué)性能 (mechanical properties) 和失效 (failures) 行為。但是形式，材料力學(xué)所研究的僅限于材料的宏觀力學(xué)行為覆蓋範圍，不涉及材料的微觀機理。
力學(xué)特性是指在外力作用下材料變形與所受外力之間的關(guān)系功能，以及材料抵抗變形和破壞的能力前沿技術，這些力學(xué)特性均需通過材料試驗確定。
以上兩方面的結(jié)合積極性，使材料力學(xué)成為工程設(shè)計 (engineering design) 的重要組成部分深入交流，即設(shè)計出桿狀構(gòu)件或零部件的合理形狀和尺寸，以保證它們具有足夠的強度性能、剛度和穩(wěn)定性動力。
材料力學(xué)與工程應(yīng)用
左：傳統(tǒng)具有柱不斷豐富、梁的木質(zhì)房屋結(jié)構(gòu)；右：趙州橋充足。
01
構(gòu)件
工程結(jié)構(gòu)或機械的每一組成部分（如行車結(jié)構(gòu)中的橫梁適應能力、吊索等）。
橋式起重機
02
變形
在外力作用下應用前景，固體內(nèi)各點相對位置的改變（宏觀上看就是物體尺寸和形狀的改變）更為一致。彈性變形，隨外力解除而消失更多可能性；塑性變形（殘余變形）深刻變革，外力解除后不能消失。
彈性變形與塑形變形示例
03
剛度
在載荷作用下分析，構(gòu)件抵抗變形的能力至關重要。
04
內(nèi)力
構(gòu)件內(nèi)由于發(fā)生變形而產(chǎn)生的相互作用力（內(nèi)力隨外力的增大而增大）。
05
強度
在載荷作用下，構(gòu)件抵抗破壞的能力表示。
06
穩(wěn)定性
在載荷作用下，構(gòu)件保持原有平衡狀態(tài)的能力緊迫性。
強度質生產力、剛度、穩(wěn)定性是衡量構(gòu)件承載能力的三個方面非常激烈，材料力學(xué)就是研究構(gòu)件承載能力的一門科學(xué)提升行動。對構(gòu)件在荷載作用下正常工作的要求：
具有足夠的強度：荷載作用下不斷裂，荷載去除后不產(chǎn)生過大的永久變形（塑性變形）技術交流；
具有足夠的剛度：荷載作用下的彈性變形不超過工程允許范圍交流；
滿足穩(wěn)定性要求：對于理想中心壓桿是指，荷載作用下桿件能保持原有形態(tài)的平衡關註。
材料力學(xué)的任務(wù)就是在滿足強度溝通協調、剛度和穩(wěn)定性的要求下，為設(shè)計既經(jīng)濟又安全的構(gòu)件提供必要的理論基礎(chǔ)和計算方法提供堅實支撐。
材料力學(xué)的研究對象
構(gòu)件的分類：桿件發展、板殼、塊體在此基礎上。
材料力學(xué)主要研究的構(gòu)件從幾何上多抽象為桿件推進一步，而且大多數(shù)抽象為直桿。
桿開展，縱向尺寸>>橫向尺寸帶動擴大，如柱、軸解決方案、梁不負眾望；直桿共同學習，軸線為直線，橫截面與軸線垂直推動並實現。
直桿，軸線為直線的桿；曲桿更加完善，軸線為曲線的桿薄弱點。等截面桿，橫截面大小形狀不變的桿精準調控；變截面桿效高，橫截面大小或形狀變化的桿。材料力學(xué)中的主要研究對象是等截面桿優化程度。
01
關(guān)于材料的基本假定
組成構(gòu)件的材料廣度和深度，其微觀結(jié)構(gòu)和性能一般都比較復(fù)雜。研究構(gòu)件的應(yīng)力和變形時基礎，如果考慮這些微觀結(jié)構(gòu)上的差異日漸深入，不僅在理論分析中會遇到極其復(fù)雜的數(shù)學(xué)和物理問題，而且在將理論應(yīng)用于工程實際時也會帶來極大的不便引領作用。為簡單起見廣泛關註，在材料力學(xué)中需要對材料作了一些合理的假定。
(1) 均勻連續(xù)性假定
均勻連續(xù)性假定 (homogenization and continuity assumption) ，假定材料無空隙、均勻地分布于物體所占的整個空間善於監督。從微觀結(jié)構(gòu)看大局，材料的粒子當(dāng)然不是處處連續(xù)分布的，但從統(tǒng)計學(xué)的角度看數據，只要所考察的物體幾何尺寸足夠大效率和安，而且所考察的物體中的每一“點”都是宏觀上的點，則可以認為物體的全部體積內(nèi)材料是均勻邁出了重要的一步、連續(xù)分布的產能提升。根據(jù)這一假定，物體內(nèi)的受力品牌、變形等力學(xué)量適應能力，可以表示為各點坐標(biāo)的連續(xù)函數(shù)，從而有利于建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型和諧共生。
均勻連續(xù)問題：微觀不連續(xù)提高，宏觀連續(xù)。
連續(xù)性假設(shè)：從受力構(gòu)件內(nèi)任意取出的體積單元內(nèi)均不含空隙用上了，變形必須滿足幾何相容條件結構，變形后的固體內(nèi)既無“空隙”適應性強，亦不產(chǎn)生“擠入”現(xiàn)象。
均勻性假設(shè)：各點處材料的力學(xué)性能相同競爭力所在。對常用工程材料能力建設，尚有各向同性假設(shè)。
(2) 各向同性假定
各向同性與各向異性：
微觀各向異性先進的解決方案，宏觀各向同性基礎；
微觀各向異性，宏觀各向異性自然條件。
各向同性假定 (isotropyassumption)擴大公共數據，假定彈性體在所有方向上均具有相同的物理和力學(xué)性能。根據(jù)這一假定體系流動性，可以用一個參數(shù)描寫各點在各個方向上的某種力學(xué)性能（沿不同方向力學(xué)性能不同的材料稱為各向異性材料設計標準，如木材、膠合板助力各行、纖維增強材料等）經過。
大多數(shù)工程材料雖然微觀上不是各向同性的，例如金屬材料互動互補，其單個晶粒呈結(jié)晶各向異性 (anisotropyofcrystallographic)核心技術體系，但當(dāng)它們形成多晶聚集體的金屬時，呈隨機取向力度，因而在宏觀上表現(xiàn)為各向同性新產品。
(3) 小變形假定
小變形假定 (assumptionofsmalldeformation)，假定物體在外力作用下所產(chǎn)生的變形與物體本身的幾何尺寸相比是很小的持續發展，甚至可以略去不計更加廣闊。根據(jù)這一假定，當(dāng)考察變形固體的平衡問題時合作，一般可以略去變形的影響，因而可以直接應(yīng)用工程靜力學(xué)方法。
不難發(fā)現(xiàn)勇探新路，在工程靜力學(xué)中功能，實際上已經(jīng)采用了上述關(guān)于小變形的假定。因為實際物體都是可變形物體支撐作用，所謂剛體便是實際物體在變形很小時的理想化積極性，即忽略了變形對平衡和運動規(guī)律的影響。從這個意義上講解決，在材料力學(xué)中高效節能，當(dāng)討論絕大部分平衡問題時，仍將沿用剛體概念，而在其它場合基地，必須代之以變形體的概念影響力範圍。此外，以后的分析中還會發(fā)現(xiàn)約定管轄，小變形假定在分析變形幾何關(guān)系等問題時雙向互動，將使問題大力簡化。
如圖新創新即將到來，δ 遠小于構(gòu)件的最小尺寸生產效率，所以通過節(jié)點平衡求各桿內(nèi)力時，把支架的變形略去不計設計能力。計算得到很大的簡化更合理。概括起來講，在材料力學(xué)中是把實際材料看作均勻適應性、連續(xù)顯著、各項同性的可變形固體，且在大多數(shù)場合下局限在彈性變形范圍內(nèi)和小變形條件下進行研究更優美。
02
彈性桿件的外力與內(nèi)力
(1) 外力
作用在結(jié)構(gòu)構(gòu)件上的外力包括外加載荷和約束力需求，二者組成平衡力系。外力分為體積力和表面力更為一致，簡稱體力和面力各方面。體力分布于整個物體內(nèi)，并作用在物體的每一個質(zhì)點上落地生根。重力占、磁力以及由于運動加速度在質(zhì)點上產(chǎn)生的慣性力都是體力；面力是研究對象周圍物體直接作用在其表面上的力成效與經驗。
外力是來自構(gòu)件外部的力（載荷更讓我明白了、約束反力），按外力作用的方式分類：
體積力：連續(xù)分布于物體內(nèi)部各點的力建設，如重力和慣性力；
分布力：連續(xù)分布于物體表面上的力發展。如油缸內(nèi)壁的壓力，水壩受到的水壓力等均為分布力。
集中力：若外力作用面積遠小于物體表面的尺寸推進一步，可作為作用于一點的集中力探索創新。如火車輪對鋼軌的壓力等。
按外力與時間的關(guān)系分類：
靜載：載荷緩慢地由零增加到某一定值后帶動擴大，就保持不變或變動很不顯著前來體驗，稱為靜載；
動載：載荷隨時間而變化實現了超越，如交變載荷和沖擊載荷發揮重要帶動作用。
左：交變載荷開拓創新；右沖擊載荷
03
內(nèi)力與內(nèi)力分量
考察兩根材料和尺寸都完全相同的直桿，所受的載荷 (FP) 大小亦相同明確了方向，但方向不同去完善。那么，哪一個容易發(fā)生破壞呢必然趨勢？
梁將遠先于拉桿發(fā)生破壞設備，而且二者的變形形式也是完全不同的∥幕瘍r值？梢姶龠M善治，在材料力學(xué)中不僅要分析外力，而且要分析內(nèi)力單產提升。
材料力學(xué)中的內(nèi)力不同于工程靜力學(xué)中物體系統(tǒng)中各個部分之間的相互作用力求索，也不同于物理學(xué)中基本粒子之間的相互作用力，而是指構(gòu)件受力后發(fā)生變形的方法，其內(nèi)部各點（宏觀上的點）的相對位置發(fā)生變化積極影響，由此而產(chǎn)生的附加內(nèi)力，即變形體因變形而產(chǎn)生的內(nèi)力生產創效。這種內(nèi)力確實存在進一步提升，例如受拉的彈簧，其內(nèi)力使彈簧恢復(fù)原狀緊密協作；人用手提起重物時提供有力支撐，手臂肌肉內(nèi)便產(chǎn)生內(nèi)力等等。
04
截面法
為了揭示承載物體內(nèi)的內(nèi)力豐富內涵，通常采用截面法 (section method)數據。這種方法是用一假想截面，將處于平衡狀態(tài)下的承載物體截為A就能壓製、B兩部分邁出了重要的一步。為了使其中任意一部分保持平衡，必須在所截的截面上作用某個力系發揮，這就是A品牌、B兩部分相互作用的內(nèi)力。根據(jù)牛頓第三定律設施，作用在A部分截面上的內(nèi)力與作用在B部分同一截面上的內(nèi)力在對應(yīng)的點上節點，大小相等、方向相反要求。
(1) 內(nèi)力主矢與主矩
根據(jù)材料的連續(xù)性假定，作用在截面上的內(nèi)力應(yīng)是一個連續(xù)分布的力系。在截面上內(nèi)力分布規(guī)律未知的情形下，不能確定截面上各點的內(nèi)力等形式。但應(yīng)用力系簡化的基本方法防控，這一連續(xù)分布的內(nèi)力系可以向截面形心簡化為一主矢FR 和主矩M，再將其沿三個特定的坐標(biāo)軸分解支撐作用，便得到該截面上的6個內(nèi)力分量穩步前行。
(2) 內(nèi)力分量
FN 為軸力，產(chǎn)生軸向的伸長或縮短變形著力提升；FQ 為剪力指導，產(chǎn)生剪切變形；Mx 為扭矩動手能力，產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形服務品質；MB（My 或Mz）為彎矩，產(chǎn)生彎曲變形充分。
(3) 疊加原理
在一定條件下過程，桿件所有內(nèi)力分量作用的效果，可以視為各個內(nèi)力分量單獨作用效果的疊加融合。通尺M一步完善？蓺w結(jié)為三組平面內(nèi)內(nèi)力分量與外力：
應(yīng)用平衡方法，考察所截取的任意一部分的平衡提升，即可求得桿件橫截面上各個內(nèi)力分量的大小和方向力度。以梁為例，梁上作用一鉛垂方向的集中力FP意向，A持續發展、B二處的約束力分別為FAy、FB系統性。為求橫截面m-m 上的內(nèi)力分量合作，用假想截面將梁從任意截面m-m 處截開，分成左損耗、右兩段勇探新路，任取其中一段作為研究對象，例如左段形式。
此時擴大，左段上作用有外力FAy，為保持平衡便利性，截面m-m 上一定作用有與之平衡的內(nèi)力拓展應用，將左段上的所有外力向截面m-m 的形心平移非常重要，得到垂直于梁軸線的外力Fˊ及作用在梁對稱面內(nèi)的外力偶矩Mˊ實事求是，根據(jù)平衡要求，截面m-m 上必然有剪力FQ和彎矩M 存在，二者分別與Fˊ與Mˊ大小相等結構、方向相反空間廣闊。
若取右段為研究對象，同樣可以確定截面m-m 上的剪力與彎矩效果，所得的剪力與彎矩數(shù)值大小是相同的，但由于與左段截面m-m 上的剪力、彎矩互為作用與反作用服務水平，故方向相反線上線下。截開面上的內(nèi)力對留下部分而言已屬于外力。
確定桿件橫截面上的內(nèi)力分量的基本方法是截面法能力建設，一般包含下列步驟：
首先應(yīng)用工程靜力學(xué)方法知識和技能，確定作用在桿件上的所有未知的外力。
在所要考察的橫截面處醒悟，用假想截面將桿件截開進行部署，分為兩部分。
考察其中任意一部分的平衡新模式，在截面形心處建立合適的直角坐標(biāo)系，由平衡方程計算出各個內(nèi)力分量的大小與方向。
考察另一部分的平衡各方面，以驗證所得結(jié)果的正確性堅定不移。
需要注意的是：
當(dāng)用假想截面將桿件截開，考察其中任意一部分平衡時今年，實際上已經(jīng)將這一部分當(dāng)作剛體空間廣闊，所以所用的平衡方法與在工程靜力學(xué)中的剛體平衡方法完全相同。
注意區(qū)別于理論力學(xué)中的內(nèi)力真諦所在。
05
彈性體受力與變形特征
由于整體平衡的要求研學體驗，對于截開的每一部分也必須是平衡的。因此提供深度撮合服務，作用在每一部分上的外力必須與截面上分布內(nèi)力相平衡深刻內涵，組成平衡力系。這是彈性體受力最為突出、變形的第一個特征逐步改善。彈性體受力后發(fā)生的變形也不是任意的，必須滿足協(xié)調(diào) (compatibility) 一致的要求。這是彈性體受力落實落細、變形的第二個特征。
彈性體的內(nèi)力分量與變形有關(guān)組成部分，不同的變形形式對應(yīng)著不同的內(nèi)力分量深入闡釋。
(1) 桿件橫截面上的應(yīng)力
一般情形下的橫截面上的附加分布內(nèi)力集聚，總可以分解為兩種：作用線垂直于截面的和作用線位于橫截面內(nèi)的。
分布內(nèi)力在一點的集度大大提高，稱為應(yīng)力 (stresses)新的動力。作用線垂直于截面的應(yīng)力稱為正應(yīng)力 (normalstress)，作用線位于截面內(nèi)的應(yīng)力稱為切應(yīng)力或剪應(yīng)力(shrearingstress)調整推進。應(yīng)力的單位記號為Pa或MPa為產業發展，工程上多用MPa。
應(yīng)力就是單位面積上的內(nèi)力發展契機？工程構(gòu)件穩定，大多數(shù)情形下內(nèi)力并非均勻分布，集度的定義不僅準確而且重要齊全，因為“破壞”或“失效”往往從內(nèi)力集度最大處開始廣泛認同。
正應(yīng)力、剪應(yīng)力與內(nèi)力分量之間的關(guān)系：
內(nèi)力分量是截面上分布內(nèi)力系的簡化結(jié)果系統。應(yīng)用積分方法的方法，不難得到正應(yīng)力與軸力、彎矩之間的關(guān)系式方法，剪應(yīng)力與扭矩生產創效、剪力之間的關(guān)系式。
當(dāng)外力已知時進行探討，可由平衡方程求得內(nèi)力分量—靜定問題緊密協作。
當(dāng)內(nèi)力分量已知時，只能確定應(yīng)力與相關(guān)內(nèi)力分量之間的關(guān)系管理，卻無法求得各點應(yīng)力—超靜定問題。
正應(yīng)力與軸力、彎矩之間的關(guān)系
剪應(yīng)力與扭矩切實把製度、剪力之間的關(guān)系
(2) 正應(yīng)變與剪應(yīng)變
如果將彈性體看作由許多微單元體所組成優化上下，這些微單元體簡稱微元體或微元 (element)，彈性體整體的變形則是所有微元變形累加的結(jié)果最新，而微元的變形則與作用在其上的應(yīng)力有關(guān)發揮重要作用。圍繞受力彈性體中的任意點截取微元（通常為正六面體），一般情形下微元的各個面上均有應(yīng)力作用模樣。對應(yīng)于不同的應(yīng)力作用引起的變形不一樣取得顯著成效，因此由其引起的應(yīng)變也不一樣。
取一微正六面體數據顯示，兩種基本變形：
角變形（剪切變形）：線段間夾角的變化責任；
線變形：線段長度的變化。
線變形與剪切變形實現，這兩種變形程度的度量分別稱“正應(yīng)變”(NormalStrain) 和“切應(yīng)變”(ShearingStrain)持續向好。關(guān)于正應(yīng)力和正應(yīng)變的正負號啟用，一般約定：拉應(yīng)變?yōu)檎瑝簯?yīng)變?yōu)樨摴浪?。產(chǎn)生拉應(yīng)變的應(yīng)力（拉應(yīng)力）為正，產(chǎn)生壓應(yīng)變的應(yīng)力（壓應(yīng)力）為負達到。
(3) 線彈性材料的應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系
對于工程中常用材料深入各系統，若在彈性范圍內(nèi)加載（應(yīng)力小于某一個極限值），對于只承受單方向正應(yīng)力或承受切應(yīng)力的微元體的可能性，正應(yīng)力與正應(yīng)變及切應(yīng)力與切應(yīng)變之間存在著線性關(guān)系進一步推進。
E 稱為彈性模量或楊氏模量，G 稱為切變模量服務品質。
(4) 桿件受力與變形的基本形式
拉伸或壓縮：當(dāng)桿件兩端承受沿軸線方向的拉力或壓力載荷時傳遞，桿件將產(chǎn)生軸向伸長或壓縮變形。
剪切：在平行于桿橫截面的兩個相距很近的平面內(nèi)過程，方向相對地作用著兩個橫向力的發生，當(dāng)這兩個力相互錯動并保持二者之間的距離不變時，桿件將產(chǎn)生剪切變形進一步完善。
扭轉(zhuǎn)：當(dāng)作用在桿件上的力組成作用在垂直于桿軸平面內(nèi)的力偶Me 時相結合，桿件將產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，即桿件的橫截面繞其軸相互轉(zhuǎn)動影響。
平面彎曲：當(dāng)外加力偶M 或外力F 作用于桿件的縱向平面內(nèi)時相關性，桿件將發(fā)生彎曲變形，其軸線將變成曲線製高點項目。
組合受力與變形：由基本受力形式中的兩種或兩種以上所共同形成的受力或變形形式的必然要求，即為組合受力與變形。
【本文標(biāo)簽】：材料,力學(xué),基礎(chǔ)知識,理論,力學(xué),分為,靜力學(xué),和,動力學(xué),
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