材料力学 赵九江 9787560304908

第一章绪论§1-1材料力学的任务

各种机械和工程结构都是由零件或部件组成的。例如，机床是由齿轮、传动轴、床身等零部件组成，房屋是由梁、柱、板等组成。工程实际中的零、部件形状是各式各样的，将其形状适当简化后作为材料力学的研究对象时，统称为构件。按其几何形状可将构件划分为杆、板、壳、块体等四类（图1-1）。作为固体力学的分支——材料力学的研究对象，主要属于杆类的构件。杆的几何形状特征是，轴线(横截面形心的连线）的长度远大于横截面(与轴线垂直的截面）的尺寸(如高、宽、直径等）。轴线为直线的杆称为直杆。轴线为曲线的杆称为曲杆。材料力学以直杆为其主要研究对象。尽管构件的材料是各式各样的，但都为固体。任何固体在外力(包括载荷、支反力）作用下会产生形状和大小的改变，故称之为变形固体或可变形固体。实验表明，当外力不超过某一限度时，外力撤去后，变形将随外力撤去而消失，称这种变形为弹性变形。当外力超过一定限度时，外力撤去后将遗留一部分不能消失的变形，称这部分变形为塑性变形，也称残余变形或永久变形，当外力继续增大到某一限度时，构件将发生断裂破坏。某些构件当外力达到一定程度时，虽然不呈现明显的塑性变形也可能产生断裂破坏。在一般情况下，为了保证构件能正常工作，不允许构件产生塑性变形或断裂破坏。对某些构件来说，即使仅仅产生弹性变形，变形也必须小于给定的限度之内，构件才能正常工作。例如，电机的转子和定子间的空隙（图1-2）一般都很小，必须限制转轴的弯曲变形（虚线所示）以防运转时转子与定子相碰；若转轴变形过大还会导致轴承的不均匀磨损。再如，机床的主轴变形过大时，将影响加工工件的精度。此外，有些细长直杆，如干斤顶的螺杆(图1-3)，在轴向压力作用下，必须始终保持直线形式的平衡状态，才能保证正常工作。实践表明，当沿轴线作用的压力P超过某一限度时，直杆就会从直线的平衡形式突然变弯。这种现象称为丧失稳定，简称失稳。一般不允许构件产生失稳现象。综上所述，构件在外力作用下能正常工作的条件，需满足以下三方面的要求：1.构件应具有足够的强度，以保证构件不会产生断裂破坏或明显的塑性变形。所谓强度是指构件抵抗破坏(断裂或产生明显塑性变形)的能力。2.构件应具有足够的刚度，以保证构件工作时的弹性变形在规定的限度之内，所谓刚度是指构件抵抗变形的能力。3.构件应具有足够的稳定性，以使构件在工作时不产生失稳现象。所谓稳定性是指构件保持其原有平衡形态的能力。上述三项要求是保证构件安全工作的一般要求。对一个具体构件而言，对上述三项要求往往有所侧重，有些构件只需满足一项或二项，有些构件则需满足三项要求。此外，在某些情况下，却可能要求构件具有较低的强度或刚度。例如，为了保证机器不致因超载而造成重大事故，当载荷到达某一限度时，要求安全销立即破坏。又如，用于缓冲设备的弹簧、钟表的发条等，力求这些部件具有较大的弹性变形。构件的强度、刚度和稳定性，显然都与构件材料的机械性质(材料在外力作用下表现出的变形和破坏等方面的特性）有关。材料的机械性质须通过实验来测定。材料力学中的一些理论分析方法，大多是在某些假设条件下得到的，是否可靠，还要由实验验证其正确性。此外，还有些问题尚无理论分析结果，也需借助实验的方法来解决。因此，材料力学是一门理论与实验相结合的学科。在工程实践中，要求所设计的构件安全可靠、经济适用，也就是说，构件不但具有足够的强度、刚度和稳定性，同时还必须尽可能选用适宜的材料、合理的截面形状尺寸，从而降低材料的消耗和造价。为此，在材料力学中将研究构件的外力作用下变形和破坏的规律，以便在保证构件的强度、刚度和稳定性的条件下，为构件选用适宜的材料、确定合理的截面形状和尺寸提供理论基础和计算方法。这就是材料力学的基本任务。

本书共18章，包括绪论；轴向拉伸与压缩；剪切的工程的计算；扭转；截面的几何性质；弯曲内力；弯曲强度等内容。