第一章绪论
1.1工程力学研究内容概述
工程力学研究物体平衡规律和物体承载能力
静力学：研究物体平衡规律
（1）工程力学强度
材料力学:研究物体承载能力刚度
稳度
（2）以变形固体为研究对象的力学分支称为固体力学，起主要研究固体和结构（或构件）受力而发生变形、流动和破坏的规律。材料力学是固体力学的入门课程。
（3）
（4）物体承载能力：物体受力所能维持正常的、稳定的、平衡状态，不发生破坏或过大变形的能力，须从强度、刚度、稳度定性三方面分析。
1.2 工程力学的研究方法
1.2静力学
（1）静力学中研究的物体只限于刚体
（2）刚体之间的机械作用大致可以分为两类：
一类是接触作用；一类是“场”的作用
（3）刚体上力的三要素是：力的大小、方向、作用线
（4）钢化原理：
力物体，物体平衡，若将此变形物体钢化为刚体，其平衡状态不变。
（5）约束反力：约束对物体的作用力。
1.3 材料力学基础
1.3.1材料力学的研究对象
（1）构件：组成结构的原件或机器的零件。
（2）在研究构件的承载能力时，一律将构件视为变形体。
（3）杆件：长度方向尺寸远比横向尺寸大得多的构件。
（4）描述构件的几何要素是横截面和轴线，轴线是指各横截面形心的连线。
（5）杆件，去干，等截面杆，变截面杆，等截面直杆。
1.3.2材料力学的任务
（1）描述物体的承载能力的三方面：
A 强度：构件在承受荷载时抵抗破坏的能力
B 刚度：构件在承受荷载时抵抗变形的能力
C 稳定性：构件在承受荷载时，能在原有的几何情况下保持平衡状态的能力
（2）失效：由于材料的力学行为改变而是构件丧失正常工作能里<承载能力>的现象称为失效。
实践理论实践
物体
运动效应
转动
移动
变形效应
力
升华
A 强度失效B刚度失效C稳定性失效
1.3.3构件分类
梁的分类：
简支梁：梁的一端未固定铰支座，另一端为滑动铰支座。
外伸梁：同样为简支，但梁的一端或两端伸出支座外。
悬臂梁：梁的一端为固定端，另一端自由。
1.3.4材料力学的基本假设
A 均匀连续性：各处的力学性质一样，毫无空隙的充满整个体积
B 各向同性：各个方向具有相同的力学性能<金属、陶瓷、玻璃>
C 小变形假设：变形与固体尺寸比较起来很是微小<弹性变形、塑性变形，材料力学研究弹性变形> 。
第二章杆件的内力
2.1内力
2.1.1钢化原理
变形体在某一力系作用下处于平衡状态，若将其视为刚体，其平衡状态不受影响。
2.1.2 内力
剪力：垂直于轴线方向的主失分量
轴力：平行于轴线方向的主失分量
扭矩：平行于轴线方向的主矩分量
弯矩：垂直于轴线方向的主矩分量
截面上的内力（连续分
布关系）内力主矢
剪力（Fs ）
轴力（Fn）内力主距
扭矩（T）
弯矩（M）工程
构件
块体构件
干构件
版构件
壳构件
扭矩图
弯矩图
轴力图
剪力图
总结：同一截面两侧的轴力正负号、扭矩正负号（对于等截面轴，最大扭矩界面处的材料处于危险状态，称为危险面）、弯矩的正负号、剪力的正负号相同。
2.2内力方程与内力图
2.2.1内力方程： Fs =横截面的左端（脱离体取左端）或者右端（脱离体取右端）所有横向力的代数和。（Fs
总是假设为正，横向力与Fs 方向相同为正，方向相反为负）
求轴力、弯矩、扭矩（ F N 、M 、T ）的方法与剪力一致。 2.2.2内力图（略）
2.3平衡微分方程 ● q= F s= ● Fs(B)=F
荷载 Fs 图线
M 图线
q=0 q>0↑ q<0↓
●
集中力和集中力偶对剪力、弯矩的影响
集中力或力偶 剪力图Fs 弯矩图 公式 Y
0 X
↑ =+F
↓ ↑↓ 不影响 = ↓↑ 不影响
● 若荷载关于中线轴对称，剪力图关于中点中心对称，弯矩图关于中线轴对称
若荷载关于中点中心对称，剪力图关于中线轴对称，弯矩图关于中点中心对称
●
剪力的极值出现在集中力偶作用处或分布荷载突变处；而弯矩的极值出现在集中力偶作
用处和集中力处或剪力为零处。
2.4简单钢架的内力图<不考>
? 简单钢架的内力图包括轴力图、剪力图、弯矩图 ? 正负号规定：钢架外为正，内为负
?
总结：在直角钢节点处若没有集中力，一侧的轴力与另一侧的剪力平衡；若钢节点没有
集中力偶作用，钢节点两边的弯矩大小相等符号相同。
第三章固体力学中的基本概念
3.1应力的基本概念
●应力矢量:P= =；法向应力<正应力>：切向应力<切应力>：
●=；；
●应力互等定理
3.2应变的基本概念
●在K点沿线段方向上的线应变<正应变>：<拉为正，压为负>
●角应变<切应变，剪应变.不同点应变不同，同一点不同方向应力不同>
直角的变化量= A a
K(k) b
B
3.3材料的力学性能
●方向性E
●变形能力 C K D P F
1） AB：线弹性区 B点的应力称为比例极限 B
BC：非线弹性区
CD：塑性区，应力不再增加，应变继续增长，这一现象
称为屈服，也称塑性流动。AG为残余应变，
除去塑性区开始时明显的波动外，塑性区中最低A G Q
的应力称为屈服极限。试件在拉伸并进入塑性阶段时，表面会出现与试件轴线成45度的纹
路，这种纹路称为滑移线。
DF：强化区，卸载路径和CD相似。过了E试件的某个部位就会颈缩，强化区中名义应力最大值称
为强度极限。
断后延长率: <伸长率>5%就认为是塑性材料>
截面收缩率：
2）像铸铁一样么有明显延伸特性的材料称之为脆性材料，其断裂时的应力称为强度极限
3）铸铁压缩破坏的断裂面与轴线成50-55度的角度；脆性材料抗压比抗拉要强的多
●材料力学性能中的时间效应
弹塑性：应力和应变之间的关系和时间有关，则称材料呈现粘弹性
粘弹性材料最典型的现象是蠕变和松弛
蠕变：若保持应力不变，粘弹性体的应变会随着时间的推进而逐渐增大
松弛：若保持应变不变，粘弹性体的应力会逐渐减小
3.4材料的简单本构模型
在材料的力学性能的实验上基础上，抽象出一些模型，这些模型称为本构模型。描述本构模型的方程称为本构方程。在固体力学领域中，本构方程通常指应力和应变的关系。
●线弹性体
单向拉伸或压缩的胡克定律：
剪切胡克定律：
泊松效应:在线弹性范围内，轴向拉杆横向的收缩应变与纵向伸长应变成正比。
弹性模量、剪切模量和泊松比之间满足一下关系：
●弹塑性体
刚塑性模型：
理想弹塑性模型：
线性强化弹性模型：
3.5材料的破坏及构件的失效
●构件的强度强度条件
极限应力<又称破坏应力>：材料破坏前能承受的最大应力，用表示<对塑性材料，其屈服极限为破坏应力；对脆性材料，取其强度极限为破坏应力>
许用应力：破坏应力除以安全因数n得到许用应力。法向许用应力[]；切向许用应力[]
构件的强度条件:[]；[]
●构件的刚度条件：；
●构件的稳定性条件：F≤[F]=<>
附录I截面图形的几何性质
I.1几何图形的一次矩y
在图形内坐标为（x，y）的任意一点处取一个微元面积dA，dA
定义分别为图形关于y轴和 C
x轴的静矩，也称面积矩。y
总结：1）把截面看着很薄的匀质平板，则形心（）可x
表示为,
2）当形心很好求时可以用上式算静矩X
3）若坐标轴中的某一轴通过形心，则图形关于该轴的静矩为零，反之也成立。
4）可以用叠加法和负面姐法算静矩。
5）用极坐标计算二重积分
6）可以用累加法和负面积法算静矩
7）宽为b高为h的矩形关于x轴和y轴的静矩分别为：
， y
8）如右图，则： R
， r dA
X
I.2几何图形的二次矩
?惯性矩：= , < >恒为正
?惯性积：可正可负
?极惯性矩：恒为正
总结：
?宽为b高为h的矩形关于水平对称轴和竖直对称轴的惯性矩分别为：，
?直径为D的实心圆关于过圆心的x轴的惯性矩和关于圆心的极惯性矩分别为：
，
?外径为D，内径为d的空心圆关于过圆心的x轴的惯性矩和关于圆心的极惯性矩分别为：
,
?只要有一个坐标轴是图形的对称轴，则其惯性积为零
惯性主轴<主轴>、主惯性矩、形心惯性主轴、形心主轴、形心主惯性矩的概念I.3平行移轴定理 y dA
b
只与平移的距离有关 C
a
与形心坐标（a，b）有关 0
X 总结：以上公式可以反用，但是必须注意附加项前面的符号
第六章梁的弯曲应力
纯弯曲：当梁或梁的一部分只有弯矩而没有剪力作用，称其处于纯弯矩
恒力弯矩：存在剪力的弯矩称为纯弯矩
梁的纯弯矩的两个假定：一个是平截面假定；一个是单向受力假定
中性面：在梁弯曲时既不伸长也不缩短的纵向面
中性轴：中性面与横截面的交线
6.1梁的弯曲正应力
弯矩是截面上全部正应力作用的整体性体现
6.1.1梁横截面上的正应力公式（左右对称的梁）
几何条件：，—梁轴线方向上的线应变
y---截面上到中性轴的距离
---该点的曲率半径
物理条件：
力学条件：,
---对中性轴的弯矩
---截面对中性轴的惯性矩
<中性轴必定通过截面的形心，中性轴上正应力为零>
几种典型截面的正应力分布：
6.1.2梁的最大弯曲正应力
1 横截面中性轴是对称轴
出现最大正应力的截面在弯矩绝对值最大的截面
，--弯曲截面系数--拉应力--压应力
2中性轴不是对称轴
1）最大拉应力和最大压应力可能不在同一个平面上，因此要分别计算进行比较。
2）当出现运动荷载时，找出荷载运动过程中最危险的位置，求出最大正应力，使得其最小，此时杆件强度最大。
6.2梁的弯曲切应力
梁在纯弯曲区段只有弯矩而没有剪力，此时只有正应力而没有切应力；梁处于横力弯曲时既有剪力也有弯矩。弯矩是正应力作用的整体体现；剪力是切应力的整体体现。
6.2.1切应力公式
切应力流公式：①--区域ABnm关于中性轴的静矩
--整个截面上的剪力
--整个截面关于中性轴的惯性矩
切应力公式：
把带入到上式得，②b—是横截面的有效宽度
<式①②使用于其他类型的截面，利用这两个是指可以计算截面上某一任意指定位置的切应力流或切应力。当与中性轴平行的线上的切应力不相等时，式②不成立，但式②仍然成立>
常见截面的最大切应力公式：
矩形截面：
圆形截面：
薄壁圆环横截面：
工字型截面：
当翼缘宽度比腹板厚度大许多的情况下，可近似认为腹板上的切应力均匀分布，即
6.3梁的强度设计
在细长梁的弯曲问题中，影响强度的主要因素是正应力；在粗短梁、薄壁杆件、层合梁、抗剪能力较弱的复合材料中，切应力是引起破坏的值得重视的因素。
1荷载设计2支承设计3截面设计4等强度设计
6.6组合变形的应力分析
组合变形的应力计算的基本出发点是：认为应力关于荷载满足叠加原理。
6.6.1拉（压）弯组合
6.6.2弯扭组合
第七章梁的弯曲变形
7.1挠度曲线微分方程
1概念
挠度、挠度曲线、挠度函数W(X)、转角()
转角的正负号规定：逆时针转向为正，顺时针转向为负。
挠度的正负号规定：向上为正，向下为负
2公式
（近似的转角方程）①
（挠度曲线的近似微分方程）②
③
④
近似方程
W—为挠度函数—为弯曲刚度--为转角函数
3结论
内力情况相同的梁，挠度曲线不一定相同；弯度和约束共同决定了挠度曲线从左到右的发展趋势；
对细长梁而言，剪力产生的挠度远小于弯矩产生的挠度。
7.2 积分法求梁的变形
7.2.1 原理和方法
对②式积分一次得：
再次积分得：
上式中的C和D需要由补充条件来确定：
?若全梁的弯矩方程可用一个式子来表达，则C和D将由支承处的几何约束条件（）来确定，也称之为边界条件
?若全梁的弯矩方程只能用分段形式表达时，除了梁的边界条件要参与确定C和D的确定，挠度曲线的连续条件<>和光滑条件<>都应参与确定C和D中去。
7.3叠加法计算量的挠度与转角
第一章：绪论 1. 材料力学的研究方法与理论力学的研究方法完全相同。（X ） 2.内力只作用在杆件截面的形心处。（X ） 3.杆件某截面上的内力是该截面上应力的代数和。（X ） 4.确定截面内力的截面法，适用于不论等截面或变截面、直杆或曲杆、基本变形或组合变形、横截面或任意截面的普遍情况。（√） 5.根据各向同性假设，可以认为材料的弹性常数在各方向都相同。（√） 6.根据均匀性假设，可以认为构件的弹性常数在各点处都相同。（√） 7.同一截面上正应力ζ与切应力η必互相垂直。（√） 8.同一截面上各点的正应力ζ必定大小相等，方向相同。（X ） 9.同一截面上各点的切应力η必互相平行。（X ） 10.应变分为正应变ε和切应变γ。（√） 11.应变为无量量纲。（√） 12.若物体各部分均无变形。则物体内各点的应变均为零。（√） 13.若物体内各点的应变均为零，则物体无位移。（X ） 14.平衡状态弹性体的任意部分的内力都与外力保持平衡。（√） 15.如图所示的结构中，AD杆发生的变形为弯曲与压缩的组合变形。（√） 16.如图所示的结构中，AB杆将发生弯曲与压缩的组合变形。（X ） 第二章：拉伸、压缩与剪切 1.因为轴力要按平衡条件求出，所以轴力的正负与坐标轴的指向一致。（X ） 2.轴向拉压杆的任意截面上都只有均匀分布的正应力。（X ） 3.强度条件是针对杆的危险截面而建立的。（√） 4.位移是变形的量度。（X ） 5.甲、乙两杆几何尺寸相同，轴向拉力相同，材料不同，则他们的应力和变形均相同。（X ） 6.空心圆杆受轴向拉伸时，在弹性范围内，其外径与壁厚的变形关系是外径增大且壁厚也同时增大。( X ) 7.已知低碳钢的ζp=200MPa，E=200GPa，现测得试件上的应变ε=0.002，则其应力能用胡克定律计 算为：ζ= Eε=200×103×0.002=400MPa。（X ）
材料力学常用公式 1.外力偶矩计算公式（P功率，n转速） 2.弯矩、剪力和荷载集度之间的关系式 3.轴向拉压杆横截面上正应力的计算公式（杆件横截面 轴力F N，横截面面积A，拉应力为正） 4.轴向拉压杆斜截面上的正应力与切应力计算公式（夹角a 从x 轴正方向逆时针转至外法线的方位角为正） 5.纵向变形和横向变形（拉伸前试样标距l，拉伸后试样标距l1； 拉伸前试样直径d，拉伸后试样直径d1） 6.纵向线应变和横向线应变 7.泊松比 8.胡克定律 9.受多个力作用的杆件纵向变形计算公式?
10.承受轴向分布力或变截面的杆件，纵向变形计算公式 11.轴向拉压杆的强度计算公式 12.许用应力，脆性材料，塑性材料 13.延伸率 14.截面收缩率 15.剪切胡克定律（切变模量G，切应变g ） 16.拉压弹性模量E、泊松比和切变模量G之间关系式 17.圆截面对圆心的极惯性矩（a）实心圆 （b）空心圆 18.圆轴扭转时横截面上任一点切应力计算公式（扭矩T，所求点 到圆心距离r） 19.圆截面周边各点处最大切应力计算公式
20.扭转截面系数，（a）实心圆 （b）空心圆 21.薄壁圆管（壁厚δ≤ R0 /10 ，R0为圆管的平均半径）扭转 切应力计算公式 22.圆轴扭转角与扭矩T、杆长l、扭转刚度GH p的关系式 23.同一材料制成的圆轴各段内的扭矩不同或各段的直径不同（如 阶梯轴）时或 24.等直圆轴强度条件 25.塑性材料；脆性材料 26.扭转圆轴的刚度条件? 或 27.受内压圆筒形薄壁容器横截面和纵截面上的应力计算公式 , 28.平面应力状态下斜截面应力的一般公式 ,
材料力学重点及其公式 材料力学的任务 （1）强度要求；（2）刚度要求；（3）稳定性要求。 变形固体的基本假设 （1）连续性假设；（2）均匀性假设；（3）各向同性假设；（4）小变形假设。 外力分类： 表面力、体积力；静载荷、动载荷。 内力：构件在外力的作用下，内部相互作用力的变化量，即构件内部各部分之间的因外力作用而引起的附加相互作用力 截面法：（1）欲求构件某一截面上的内力时，可沿该截面把构件切开成两部分，弃去任一部分，保留另一部分研究（2）在保留部分的截面上加上内力，以代替弃去部分对保留部分的作用。（3）根据平衡条件，列平衡方程，求解截面上和内力。 应力： dA dP A P p A = ??=→?lim 0正应力、切应力。 变形与应变：线应变、切应变。 杆件变形的基本形式 （1）拉伸或压缩；（2）剪切；（3）扭转；（4）弯曲；（5）组合变形。 静载荷：载荷从零开始平缓地增加到最终值，然后不在变化的载荷动载荷：载荷和速度随时间急剧变化的载荷为动载荷。 失效原因：脆性材料在其强度极限 b σ破坏，塑性材料在其屈服极限s σ时失效。二者统称为极限应 力理想情形。塑性材料、脆性材料的许用应力分别为： []3 n s σσ=， []b b n σσ=，强度条件： []σσ≤??? ??=m a x m a x A N ，等截面杆 []σ≤A N max 轴向拉伸或压缩时的变形：杆件在轴向方向的伸长为：l l l -=?1，沿轴线方向的应变和横截面上的应力分别为：l l ?= ε，A P A N ==σ。横向应变为：b b b b b -=?=1'ε，横向应变与轴向应变的关系为：μεε-=' 。 胡克定律：当应力低于材料的比例极限时，应力与应变成正比，即 εσE =，这就是胡克定律。E 为弹性模量。将应力与应变的表达式带入得：EA Nl l = ? 静不定：对于杆件的轴力，当未知力数目多于平衡方程的数目，仅利用静力平衡方程无法解出全部未知力。 圆轴扭转时的应力 变形几何关系—圆轴扭转的平面假设dx d φ ρ γρ=。物理关系——胡克定律dx d G G φρ γτρρ==。力学关系dA dx d G dx d G dA T A A A ???===2 2ρφφρρτρ 圆轴扭转时的应力：t p W T R I T == max τ；圆轴扭转的强度条件： ][max ττ≤=t W T ，可以进行强度校核、截面设计和确
选择题 1.现有两种说法： ①弹性变形中，σ-ε一定是线性关系 ②弹塑性变形中，σ-ε一定是非线性关系 ；哪种说法正确？ A ：①对②错； B ：①对②对； C ：①错②对； D ：①错②错； 2、进入屈服阶段以后，材料发生 变形。 A ：弹性； B ：非线性； C ：塑性； D ：弹塑性； 3、钢材经过冷作硬化以后， 基本不变。 A ：弹性模量； B ：比例极限； C ：延伸率； D ：断面收缩率； 4、钢材进入屈服阶段后，表面会沿 出现滑移线。 3、设轴向拉伸杆横截面的正应力为σ，则45度斜截面上的正应力和切应力分别 为 。 A ：σ/2、σ； B ：均为σ； C ：σ、σ/2； D ：均为σ/2 4、轴向拉压杆，与其轴线平行的纵向截面上 。 A ：正应力为零、切应力不为零； B ：正应力不为零、切应力为零； C ：正应力、切应力均不为零； D ：正应力和切应力均为零。 答案：1. A ； 2. D ； 3.D ； 4.D ； 判断题 1. 材料的延伸率与试件的尺寸有关 2. 没有明显的屈服极限的塑性材料，可以将产生0.2％应 变时的应力作为屈服极限 3. 构件失效时的极限应力是材料的强度极限 判断题 1、轴向拉压杆件任意斜截面上的内力作用线一定与杆件的轴线重合 2、拉杆内只存在均匀分布的正应力，不存在切应力。 3、杆件在轴向拉压时最大正应力发生在横截面上 4、杆件在轴向拉压时最大切应力发生在与轴线成45度角的斜截面上 选择题 1、杆件的受力和截面如图，下列说法中，正确的是 。 A ：σ1>σ2>σ3； B ：σ2>σ3>σ1 C ：σ3>σ1>σ2 Ｄ：σ2>σ1>σ 3 2、设ｍ－ｍ的面积为Ａ，那么P/Ａ代表 A ：横截面上正应力； B ：斜截面上剪应力； C ：斜截面上正应力； D ：斜截面上应力。
常用材料性质参数 材料的性质与制造工艺、化学成份、内部缺陷、使用温度、受载历史、服役时间、试件尺寸等因素有关。本附录给出的材料性能参数只是典型范围值。用于实际工程分析或工程设计时,请咨询材料制造商或供应商。 除非特别说明,本附录给出的弹性模量、屈服强度均指拉伸时的值。 表 1 材料的弹性模量、泊松比、密度和热膨胀系数 材料名称弹性模量E GPa 泊松比V 密度 kg/m3 热膨胀系数a 1G6/C 铝合金-79 黄铜 青铜 铸铁 混凝土（压 普通增强轻质17-31 2300 2400 1100-1800
7-14 铜及其合金玻璃 镁合金镍合金( 蒙乃尔铜镍 塑料 尼龙聚乙烯 2.1-3.4 0.7-1.4 0.4 0.4 880-1100 960-1400 70-140 140-290 岩石(压 花岗岩、大理石、石英石石灰石、沙石40-100 20-70 0.2-0.3 0.2-0.3 2600-2900 2000-2900 5-9 橡胶130-200 沙、土壤、砂砾钢
高强钢不锈钢结构钢190-210 0.27-0.30 7850 10-18 14 17 12 钛合金钨木材（弯曲 杉木橡木松木11-13 11-12 11-14 480-560 640-720 560-640 1 表 2 材料的力学性能 材料名称/牌号屈服强度s CT MPa 抗拉强度b CT
MPa 伸长率 5 % 备注 铝合金LY12 35-500 274 100-550 412 1-45 19 硬铝 黄铜青铜 铸铁( 拉伸HT150 HT250 120-290 69-480 150 250 0-1 铸铁( 压缩混凝土(压缩铜及其合金 玻璃
材料力学常用公式标准化管理处编码[BBX968T-XBB8968-NNJ668-MM9N]
材料力学常用公式 1.外力偶矩计算公式 （P 功率，n转速） 2.弯矩、剪力和荷载集度之间的关系式 3.轴向拉压杆横截面上正应力的计算公式 （杆件横截面轴力F N，横截面面积A，拉应力为正） 4.轴向拉压杆斜截面上的正应力与切应力计 算公式（夹角a 从x轴正方向逆时针转至外法线的方位角为正） 5. 6.纵向变形和横向变形（拉伸前试样标距 l，拉伸后试样标距l1；拉伸前试样直径 d，拉伸后试样直径d1） 7. 8.纵向线应变和横向线应变 9. 10.泊松比11.胡克定律 12.受多个力作用的杆件纵向变形计算公式 13. 承受轴向分布力或变截面的杆件，纵向变 形计算公式 14.轴向拉压杆的强度计算公式 15.许用应力，脆性材料 ，塑性材料 16.延伸率 17.截面收缩率 18.剪切胡克定律（切变模量G，切应变g ） 19.拉压弹性模量E、泊松比和切变模量G之 间关系式 20.圆截面对圆心的极惯性矩（a）实心圆
21. （b）空心圆 22.圆轴扭转时横截面上任一点切应力计算公 式（扭矩T，所求点到圆心距离r ） 23.圆截面周边各点处最大切应力计算公式 24.扭转截面系数，（a）实心圆 25. （b）空心圆 26.薄壁圆管（壁厚δ≤ R 0 /10 ，R 为圆管 的平均半径）扭转切应力计算公式 27.圆轴扭转角与扭矩T、杆长l、扭转刚 度GH p 的关系式 28.同一材料制成的圆轴各段内的扭矩不同或 各段的直径不同（如阶梯轴）时 或 29. 等直圆轴强度条件 30.塑性材料；脆性材料 31.扭转圆轴的刚度条件 或 32.受内压圆筒形薄壁容器横截面和纵截面上 的应力计算公式 , 33.平面应力状态下斜截面应力的一般公式 , 34.平面应力状态的三个主应力 , ,
材料力学复习总结 Document number：NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT
《材料力学》第五版 刘鸿文 主编 第一章 绪论 一、材料力学中工程构件应满足的3方面要求是：强度要求、刚度要求和稳定 性要求。 二、强度要求是指构件应有足够的抵抗破坏的能力；刚度要求是指构件应有足 够的抵抗变形的能力；稳定性要求是指构件应有足够的保持原有平衡形态的能力。 三、材料力学中对可变形固体进行的3个的基本假设是：连续性假设、均匀性 假设和各向同性假设。 第二章 轴向拉压 一、轴力图：注意要标明轴力的大小、单位和正负号。 二、轴力正负号的规定：拉伸时的轴力为正，压缩时的轴力为负。注意此规定 只适用于轴力，轴力是内力，不适用于外力。 三、轴向拉压时横截面上正应力的计算公式：N F A σ= 注意正应力有正负号，拉伸时的正应力为正，压缩时的正应力为负。 四、斜截面上的正应力及切应力的计算公式：2cos ασσα=，sin 22αστα= 注意角度α是指斜截面与横截面的夹角。 五、轴向拉压时横截面上正应力的强度条件[],max max N F A σσ=≤ 六、利用正应力强度条件可解决的三种问题：1.强度校核[],max max N F A σσ=≤
一定要有结论 2.设计截面[],max N F A σ≥ 3.确定许可荷载[],max N F A σ≤ 七、线应变l l ε?=没有量纲、泊松比'εμε =没有量纲且只与材料有关、 胡克定律的两种表达形式：E σε=，N F l l EA ?= 注意当杆件伸长时l ?为正，缩短时l ?为负。 八、低碳钢的轴向拉伸实验：会画过程的应力－应变曲线，知道四个阶段及相 应的四个极限应力：弹性阶段（比例极限p σ，弹性极限e σ）、屈服阶段（屈服极限s σ）、强化阶段（强度极限b σ）和局部变形阶段。 会画低碳钢轴向压缩、铸铁轴向拉伸和压缩时的应力－应变曲线。 九、衡量材料塑性的两个指标：伸长率1100l l l δ-?=??及断面收缩率1100A A A ?-?=??，工程上把5δ?≥?的材料称为塑性材料。 十、卸载定律及冷作硬化：课本第23页。对没有明显屈服极限的塑性材料，如 何来确定其屈服指标见课本第24页。 十一、 重点内容：1.画轴力图；2.利用强度条件解决的三种问题；3.强 度校核之后一定要写出结论，满足强度要求还是不满足强度要求；4.利用胡克定律N F l l EA ?=求杆的变形量：注意是伸长还是缩短。 典型例题及习题：例 例 习题 第三章 扭转 一、如何根据功率和转速计算作用在轴上的外力偶矩，注意功率、转速和外力偶矩的单位。9549e P M n = 二、扭矩及扭矩图：利用右手螺旋规则（见课本75页倒数第二段）判断的是扭 矩的正负号而不是外力偶矩的正负号，扭矩是内力而外力偶矩是外力 。
材料力学常用公式 1.外力偶矩计算公式 (P功 率,n转速) 2.弯矩、剪力与荷载集度之间的关系式 3.轴向拉压杆横截面上正应力的计算公式(杆件 横截面轴力F N,横截面面积A,拉应力为正) 4.轴向拉压杆斜截面上的正应力与切应力计算公式(夹角a 从x轴正方向逆时针转至外法线的方位角为 正) 5.纵向变形与横向变形(拉伸前试样标距l,拉伸后试样标距 l1;拉伸前试样直径d,拉伸后试样直径d1) 6.纵向线应变与横向线应变 7.泊松比 8.胡克定律9.受多个力作用的杆件纵向变形计算公式 ? 10.承受轴向分布力或变截面的杆件,纵向变形计算公式 11.轴向拉压杆的强度计算公式 12.许用应力, 脆性材料,塑性 材料 13.延伸率 14.截面收缩率 15.剪切胡克定律(切变模量G,切应变g ) 16.拉压弹性模量E 、泊松比与切变模量G之间关系式 17.圆截面对圆心的极惯性矩(a)实心圆 (b)空心圆 18.圆轴扭转时横截面上任一点切应力计算公式(扭矩T,所求 点到圆心距离r )
19.圆截面周边各点处最大切应力计算公式 20.扭转截面系数,(a)实心圆 (b)空心圆 21.薄壁圆管(壁厚δ≤ R0 /10 ,R0为圆管的平均半径)扭转 切应力计算公式 22.圆轴扭转角与扭矩T、杆长l、扭转刚度GH p的关系式 23.同一材料制成的圆轴各段内的扭矩不同或各段的直径不 同(如阶梯轴)时或 24.等直圆轴强度条件 25.塑性材料;脆性材料 26.扭转圆轴的刚度条件? 或27.受内压圆筒形薄壁容器横截面与纵截面上的应力计算公 式, 28.平面应力状态下斜截面应力的一般公式 , 29.平面应力状态的三个主应力 , , 30.主平面方位的计算公式 31.面内最大切应力 32.受扭圆轴表面某点的三个主应力, , 33.三向应力状态最大与最小正应力 , 34.三向应力状态最大切应力
材料力学常用公式 1.外力偶矩 计算公式（P功率，n转速）2.弯矩、剪力和荷载集度之间的关 系式 3.轴向拉压杆横截面上正应力的计 算公式（杆件横截面轴力 F N，横截面面积A，拉应力为正） 4.轴向拉压杆斜截面上的正应力与切应力计算公式（夹角a 从x轴 正方向逆时针转至外法线的方位 角为正） 5. 6.纵向变形和横向变形（拉伸前试 样标距l，拉伸后试样标距l1； 拉伸前试样直径d，拉伸后试样 直径d1） 7. 8.纵向线应变和横向线应变 9.10.泊松比 11.胡克定律 12.受多个力作用的杆件纵向变形计 算公式? 13.承受轴向分布力或变截面的杆 件，纵向变形计算公式 14.轴向拉压杆的强度计算公式 15.许用应力，脆性材 料，塑性材料 16.延伸率 17.截面收缩率 18.剪切胡克定律（切变模量G，切应变g ） 19.拉压弹性模量E、泊松比和切变 模量G之间关系式 20.圆截面对圆心的极惯性矩（a） 实心圆
21.（b）空心 圆 22.圆轴扭转时横截面上任一点切应力计算公式（扭矩T，所求点到 圆心距离r） 23.圆截面周边各点处最大切应力计 算公式 24.扭转截面系数，（a） 实心圆 25.（b）空心圆 26.薄壁圆管（壁厚δ≤ R0 /10 ， R0为圆管的平均半径）扭转切应 力计算公式 27.圆轴扭转角与扭矩T、杆长l、 扭转刚度GH p的关系式 28.同一材料制成的圆轴各段内的扭 矩不同或各段的直径不同（如阶 梯轴）时或 29.等直圆轴强度条件 30.塑性材料；脆性 材料 31.扭转圆轴的刚度条件? 或 32.受内压圆筒形薄壁容器横截面和 纵截面上的应力计算公式 , 33.平面应力状态下斜截面应力的一 般公式 , 34.平面应力状态的三个主应力 ,
一、判断题 1、稳定性是构件抵抗变形的能力。 2、外力就是构件所承受的载荷。 3、平面弯曲梁剪力图中，剪力值的突变是由集中的横向力引起的。 4、桁架结构中各杆件均只承受轴向的拉伸或压缩。 5、铅垂直杆在重力的作用下，其轴力图沿轴线必定呈梯形分布。 6、变截面扭转直杆，其扭矩随截面增大而增大。（） 7、平面弯曲梁的内力仅为剪力。（） 8、两端受扭转外力偶作用的直杆轴，其扭矩大小一定等于其中一端的扭转外力偶。（） 9、实验表明，当拉(压)杆内应力不超过某一限度时，横向线应变与纵向线应变之比的绝对值为一常数。（） 10、已知低碳钢的σp=200MPa，E=200GPa，现测得试件上的应变ε=0.002，则其应力能用胡克定律计算为：σ= Eε=200×103×0.002=400MPa。（） 11、一轴向拉杆，材料的泊松比为0.2，横截面为(a﹥b)的矩形，受轴向载荷作用变形后截面长边和短边的比值为0.2。( ) 12、变形是相对的，位移是相对的。( ) 13、低碳钢在整个拉伸试验过程中大致可分为4个阶段。( ) 14、工程上一般认为延伸率的材料为塑性材料，＜5%的材料为脆性材料。( ) 15、伸长率（延伸率）公式 中指的是断裂后试件的长度。（） 16、混凝土的弹性模量规定以压缩时的 曲线中时的割线来确定。（） 17、对于承受扭转的圆杆，在斜截面上既有正应力，也有切应力。( ) 18、薄壁圆管和空心圆管的扭转切应力公式完全一样。（） 19、空心外轴的外径为、内径为，其极惯性矩和扭转截面系数分别为 ，。 （） 20、由不同材料制成的两根圆轴，其长度、截面和所受扭转力偶都相同，则其相对扭转角必相同。 ( ) 21、两圆截面直径之比为四分之一，则其对圆心的极惯性矩之比为二百五十六分之一。（） 22、平面图形对两垂直轴的惯性积等于图形各点处微面积与该点分别到这两轴距离乘积平方的代数和。（） 23、实心圆截面对某直径的惯性矩等于圆周率乘以该圆直径三次方除以六十四。（） 24、正方形截面对其中心对称轴的惯性半径等于正方形边长的二分之一。（） 25、横截面形状和尺寸完全相同的木梁和钢梁，在相同的弯矩作用下，钢梁中的最大
第一章 1.退火低碳钢在拉伸作用下的变形过程可分为弹性变形，不均匀屈服塑性变形，均匀塑性变形，不均匀集中塑性变形和断裂 2.弹性表征材料发生弹性变形的能力 3.应力应变硬化指数表征金属材料应变硬化行为的性能指标，反应金属抵抗均匀苏醒变形的能力 4.金属材料在拉伸试验时产生的屈服现象是其开始产生宏观塑性变形的一种标志 5. σs 呈现屈服现象的金属材料拉伸时试样在外力不断增加（保持恒定）仍能继续伸长时的应力称为屈服点，记作σs 6. σ0.2 屈服强度 7.断裂类型：韧性断裂和脆性断裂；穿晶断裂和沿晶断裂；解理断裂、纯剪切断裂和微孔聚集型断裂 8.塑性是指金属材料断裂前发生塑性变形的能力 9.韧性断裂和脆性断裂的断口形貌：①韧性断裂断口呈纤维状，灰暗色；中低碳钢断口形貌呈杯锥状，有纤维区，放射区和剪切唇三个区域②脆性断裂断口平齐而光亮，呈放射状或结晶状，有人字纹花样 10.沿晶断裂断口形貌：沿晶断裂冰糖状 11.常见力学行为：弹性变形，塑性变形和断裂 第二章 1.应力状态软性系数Tmax与σmax的比值 2.相对关系压缩试验α=2，扭转试验α=0.8 3（1）渗碳层的硬度分布---- HK或-显微HV （2）淬火钢-----HRC （3）灰铸铁-----HB （4）鉴别钢中的隐晶马氏体和残余奥氏体-----显微HV或者HK （5）仪表小黄铜齿轮-----HV （6）龙门刨床导轨-----HS（肖氏硬度）或HL(里氏硬度) （7）渗氮层-----HV （8）高速钢刀具-----HRC （9）退火态低碳钢-----HB （10）硬质合金----- HRA 第三章 1.冲击韧性指材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力，用Ak表示 2.冲击吸收功摆锤冲击试样前后的势能差 3.低温脆性实验温度低于某一温度tk时，会由韧性状态转变为脆性状态，冲击吸收功明显下降。原因：材料屈服强度随温度降低急剧增加的结果 4. 韧脆转变温度转变温度tk称为韧脆转变温度 第四章 1.断裂韧度（K IC ）在平面应变条件下材料抵抗裂纹失稳扩展的能力（与组织有关） 2.应力场强度因子（K I）受外界条件影响的反映裂纹尖端应力场强弱程度的力学度量（与本身有关） 3.断裂韧度（G IC）表示材料阻止裂纹失稳扩展是单位面积所消耗的能量 4.K IC的测量标准三点弯曲试样，紧凑拉伸试样，F形拉伸试样和圆形紧凑拉伸试样
1.薄壁圆筒扭转时的切应力：σ= 2.三个弹性常数的关系：G= 3.圆轴剪切胡克定律和切应变：; 4.剪切应变能密度：=τ 5.极惯性矩： 6.圆轴扭转时的切应力：=;引用记号=，则有=;同时，对于不同截面的极惯性矩有：实心圆截面：=π,空心圆截面：π（-）, 校核的强度条件：=[τ] 矩形截面：=b 圆轴扭转时的切应力推导： （1).使用变形协调方程，又由于变形较小，选取微段作如下近似处理=ρ （2).物理关系，使用胡克定律：=G （3)利用平衡关系：微元面积dA=ρ,外力偶矩=dA 整理可得：=dA,= 引入=(抗扭截面系数)，则有= 7.扭转变形的问题：扭转角，由上面的式子变形可得d=dx,两边同时积分可得：=,可以类比杆件轴向拉压时的公式： l=,抗拉压刚度EA和抗扭刚度G.等直圆杆扭转时注意强度和刚度的校核条件。 （1)弯曲内力：.取梁的左端点为坐标原点，x 轴向右为正，剪力
图向上为正，弯矩图向上为正。 （2)以集中力、集中力偶作用处、分布荷载开始或结束处，及支座截面处为界点将梁分段。分段写出剪力方程和弯矩方程，然后绘出剪力图和弯矩图。 （3)梁上集中力作用处左、右两侧横截面上，剪力（图）有突变，突变值等于集中力的数值。在此处弯矩图则形成一个尖角。4.梁上集中力偶作用处左、右两侧横截面上的弯矩（图）有突变，其突变值等于集中力偶矩的数值。但在此处剪力图没有变化。（4)梁上的F Smax发生在全梁或各梁段的边界截面处；梁上的M max发生在全梁或各梁段的边界截面，或F S = 0 的截面处。 8.弯曲正应力和切应力：（1）针对纯弯曲梁端有正应力公式： （适用范围为任意纵向对称面）.曲率=,（称为抗弯刚度）(2)横力弯曲时的切应力（了解）:以矩形截面为例，切应力公式为： (,称为静矩)，（掌握）=
第1 章 绪论 一、是非判断题 1-1 材料力学是研究构件承载能力的一门学科。（ √ ） 1-2 材料力学的任务是尽可能使构件安全地工作。（ × ） 1-3 材料力学主要研究弹性范围内的小变形情况。（ √ ） 1-4 因为构件是变形固体，在研究构件的平衡时，应按变形后的尺寸进行计算。（×） 1-5 外力就是构件所承受的载荷。（ × ） 1-6 材料力学研究的内力是构件各部分间的相互作用力。（ × ） 1-7 用截面法求内力时，可以保留截开后构件的任一部分进行平衡计算。（ √ ） 1-8 压强是构件表面的正应力。（ × ） 1-9 应力是横截面上的平均内力。（ × ） 1-10 材料力学只研究因构件变形引起的位移。（ √ ） 1-11 线应变是构件中单位长度的变形量。（ × ） 1-12 构件内一点处各方向线应变均相等。（ × ） 1-13 切应变是变形后构件中任意两根微线段夹角的变化量。（ × ） 1-14 材料力学只限于研究等截面直杆。（ × ） 1-15 杆件的基本变形只是拉（压）、剪、扭和弯四种。如果还有另一种变形，必定是这四种变形的某种组 合。（ √ ） 第 2 章 轴向拉伸与压缩 一、是非判断题 2-1 使杆件产生轴向拉压变形的外力必须是一对沿杆轴线的集中力。（×） 2-2 拉杆伸长后，横向会缩短，这是因为杆有横向应力存在。（×） 2-3 虎克定律适用于弹性变形范围内。（×） 2-4 材料的延伸率与试件尺寸有关。（√） 2-5 只有超静定结构才可能有装配应力和温度应力。（√） 二、填空题 2-6 承受轴向拉压的杆件，只有在（加力端一定距离外）长度范围内变形才是均匀的。 2-7 根据强度条件][σσ ≤可以进行（强度校核、设计截面、确定许可载荷）三方面的强度计算。 2-8 低碳钢材料由于冷作硬化，会使（比例极限）提高，而使（塑性）降低。 2-9 铸铁试件的压缩破坏和（切）应力有关。 2-10 构件由于截面的（形状、尺寸的突变）会发生应力集中现象。
材料力学性能教案
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XXXX 教案 2013- 2014学年第2学期 课程名称材料力学性能 授课专业班级材料科学与工程2011级授课教师 职称 教学单位 教研室材料科学
学期授课计划 课程类别专业核心总学分 3 总学时48 本学期学时教学 周次 周 学时 学时分配 48 16 4/2 讲授实验上机练习讨论考查其他（习题） 48 6 教学目的和基本要求 本课程是高等学校本科材料科学与工程类专业的一门重要的专业课程。 设置本课程的目的和教学目标是：通过学习材料力学性能使学生能够从各种机械零件或构件最常见的服役条件和失效现象出发，了解时效现象的微观机制，提出衡量材料时效抗力的力学性能指标；掌握各种指标的物理概念、实用意义和测试方法；明确它们之间的相互关系；分析各种因素对力学性能指标的影响，为机械设计与制造过程中正确选择和合理使用材料提供依据，为研制新材料、改进冷热加工新工艺，充分发挥材料性能潜力指明方向，并为机械零件和构件的时效分析提供一定基础。 教学重点和难点重点：单向静拉伸力学性能；冲击载荷下的力学性能；应力腐蚀和氢脆。难点：单向静拉伸力学性能；金属的断裂韧度；复合材料的力学性能。 选用 教材 束德林主编《工程材料力学性能》，机械工业出版社2003
主要参考资料郑修麟主编《材料的力学性能，西北工大版，2001 冯端主编《金属物理学》（第三卷，科学出版社1999 匡震邦主编《材料的力学行为》，高等教育出版社1998 张清纯主编《陶瓷的力学性能》，科学出版社1997吴人洁主编《复合材料》，天津大学出版社2000 备注 单元教案 授课主题 （或章节） 第一章金属在单向静拉伸载荷下的力学性能学时10 教学内容纲要1、掌握应力-应变曲线；2、弹性变形与弹性不完整性；3、塑性变形、屈服强度、形变硬化；4、金属断裂、断裂强度、断裂理论及其应用 教学目的和要求1、掌握应力-应变曲线； 2、理解弹性变形与弹性不完整性； 3、理解塑性变形、屈服强度、形变硬化； 4、理解金属断裂、断裂强度、断裂理论及其应用。 教学重点应力-应变曲线 教学难点塑性变形、屈服强度、形变硬化；金属断裂、断裂强度、断裂理论及其应用 授课方式 （请打√） 讲授(√ ) 讨论课( ) 实验课( ) 习题课( ) 其他( )
第一章 绪论 第一节 材料力学的任务 1、组成机械与结构的各组成部分，统称为构件。 2、保证构件正常或安全工作的基本要求：a)强度，即抵抗破坏的能力；b)刚度，即抵抗变形的能力；c)稳定性，即保持原有平衡状态的能力。 3、材料力学的任务：研究构件在外力作用下的变形与破坏的规律，为合理设计构件提供强度、刚度和稳定性分析的基本理论与计算方法。 第二节 材料力学的基本假设 1、连续性假设：材料无空隙地充满整个构件。 2、均匀性假设：构件内每一处的力学性能都相同 3、各向同性假设：构件某一处材料沿各个方向的力学性能相同。木材是各向异性材料。 第三节 内力 1、内力：构件内部各部分之间因受力后变形而引起的相互作用力。 2、截面法：用假想的截面把构件分成两部分，以显示并确定内力的方法。 3、截面法求内力的步骤：①用假想截面将杆件切开，一分为二；②取一部分，得到分离体；③对分离体建立平衡方程，求得内力。 4、内力的分类：轴力N F ；剪力S F ；扭矩T ；弯矩M 第四节 应力 1、一点的应力： 一点处内力的集（中程）度。 全应力0lim A F p A ?→?=?；正应力σ；切应力τ；p =2、应力单位： （112，11×106 ，11×109 ） 第五节 变形与应变 1、变形：构件尺寸与形状的变化称为变形。除特别声明的以外，材料力学所研究的对象均为变形体。 2、弹性变形：外力解除后能消失的变形成为弹性变形。 3、塑性变形：外力解除后不能消失的变形，称为塑性变形或残余变形。 4、小变形条件：材料力学研究的问题限于小变形的情况，其变形和位移远小于构件的最小尺寸。对构件进行受力分析时可忽略其变形。 5、线应变：l l ?=ε。线应变是无量纲量，在同一点不同方向线应变一般不同。
材料力学重点及其公式 材料力学的任务变形固体的基本假设外力分类：（1）强度要求；（2）刚度要求；（3）稳定性要求。 （1）连续性假设；（2）均匀性假设；（3）各向同性假设；（4）小变形假设。表面力、体积力；静载荷、动载荷。 内力：构件在外力的作用下，内部相互作用力的变化量，即构件内部各部分之间的因外力作用而引起的附加相互作用力 截面法：（1）欲求构件某一截面上的内力时，可沿该截面把构件切开成两部分，弃去任一部分，保留另一部分研究（2 ）在保留部分的截面上加上内力，以代替弃去部分对保留部分的作用。（3）根据平衡条件，列平衡方程，求解截面上和内力。 应力：P Hm —E 兰正应力、切应力。 应变。 杆件变形的基本形式（1）拉伸或压缩；（2）剪切；（3）扭转; 静载荷：载荷从零开始平缓地增加到最终值，然后不在变化的载荷变化的载荷为动 载荷。 失效原因：脆性材料在其强度极限b破坏，塑性材料在其屈服极限 关系为：。 胡克定律：当应力低于材料的比例极限时，应力与应变成正比，即为弹性模量。将应力与应变的表达式带入得：l 皿 EA 静不定：对于杆件的轴力，当未知力数目多于平衡方程的数目，仅利用静力平衡方程无法解出全部 未知力。 圆轴扭转时的应力变形几何关系一圆轴扭转的平面假设d_ 。物理关系——胡克定律 d G G 。力学关系T °d_dx dA 2G d G2 dA圆轴扭转时的应力: dx A A dx dx A max T R T；圆轴扭转的强度条件： I p W t T max W t []，可以进行强度校核、截面设计和确 变形与应变：线应变、切 （4）弯曲；（5）组合变形。动载荷： 载荷和速度随时间急剧 s时失效。二者统称为极限应 力理想情形。塑性材料、脆性材料的许用应力分别为: n3 b n b ，强度条件: max max ，等截面杆max A 轴向拉伸或压缩时的变形：杆件在轴向方向的伸长为: l l1l，沿轴线方向的应变和横截面上 的应力分别为: l N P 站b 。横向应变为： l 'A A b E ，这就是胡克定律。E 色-，横向应变与轴向应变的b
第一章 绪论 一、是非判断题 1.1 材料力学的研究方法与理论力学的研究方法完全相同。 ( × ) 1.2 内力只作用在杆件截面的形心处。 ( × ) 1.3 杆件某截面上的内力是该截面上应力的代数和。 ( × ) 1.4 确定截面内力的截面法，适用于不论等截面或变截面、直杆或曲杆、基本变形或组合变形、横截面或任 意截面的普遍情况。 ( ∨ ) 1.5 根据各向同性假设，可认为材料的弹性常数在各方向都相同。 ( ∨ ) 1.6 根据均匀性假设，可认为构件的弹性常数在各点处都相同。 ( ∨ ) 1.7 同一截面上正应力ζ与切应力η必相互垂直。 ( ∨ ) 1.8 同一截面上各点的正应力ζ必定大小相等，方向相同。 ( × ) 1.9 同一截面上各点的切应力η必相互平行。 ( × ) 1.10 应变分为正应变ε和切应变γ。 ( ∨ ) 1.11 应变为无量纲量。 ( ∨ ) 1.12 若物体各部分均无变形，则物体内各点的应变均为零。 ( ∨ ) 1.13 若物体内各点的应变均为零，则物体无位移。 ( × ) 1.14 平衡状态弹性体的任意部分的内力都与外力保持平衡。 ( ∨ ) 1.15 题1.15图所示结构中，AD 杆发生的变形为弯曲与压缩的组合变形。 ( ∨ ) 1.16 题1.16图所示结构中，AB 杆将发生弯曲与压缩的组合变形。 ( × ) 二、填空题 1.1 材料力学主要研究 受力后发生的 1.2 拉伸或压缩的受力特征是 ，变形特征是 。 1.3 剪切的受力特征是 ，变形特征是 。 1.4 扭转的受力特征是 ，变形特征是 。 1.5 弯曲的受力特征是 ，变形特征是 。 1.6 组合受力与变形是指 。 1.7 构件的承载能力包括 ， 和 三个方面。 1.8 所谓 ，是指材料或构件抵抗破坏的能力。所谓 ，是指构件抵抗变形的能力。所 B 题1.15图 题1.16图 外力的合力作用线通过杆轴线 杆件 沿杆轴线伸长或缩短 受一对等值，反向，作用线距离很近的力的作用 沿剪切面发生相对错动 外力偶作用面垂直杆轴线 任意二横截面发生绕 杆轴线的相对转动 外力作用线垂直杆轴线， 外力偶作用面通过杆轴线 梁轴线由直线变为曲线 包含两种或两种以上基本变形的组合 强度 刚度 稳定性 强度 刚度
材料力学重点及其公式 材料力学的任务 (1)强度要求;(2)刚度要求;(3)稳定性要求。 变形固体的基本假设 (1)连续性假设;(2)均匀性假设;(3)各向同性假设;(4)小变形假设。 外力分类: 表面力、体积力;静载荷、动载荷。 内力:构件在外力的作用下,内部相互作用力的变化量,即构件内部各部分之间的因外力作用而引起的附加相互作用力 截面法:(1)欲求构件某一截面上的内力时,可沿该截面把构件切开成两部分,弃去任一部分,保留另一部分研究(2)在保留部分的截面上加上内力,以代替弃去部分对保留部分的作用。(3)根据平衡条件,列平衡方程,求解截面上与内力。 应力: dA dP A P p A =??=→?lim 0正应力、切应力。 变形与应变:线应变、切应变。 杆件变形的基本形式 (1)拉伸或压缩;(2)剪切;(3)扭转;(4)弯曲;(5)组合变形。 静载荷:载荷从零开始平缓地增加到最终值,然后不在变化的载荷动载荷:载荷与速度随时间急剧变化的载荷为动载荷。 失效原因:脆性材料在其强度极限b σ破坏,塑性材料在其屈服极限s σ时失效。二者统称为极限应力理 想情形。塑性材料、脆性材料的许用应力分别为:[]3n s σσ=,[]b b n σσ=,强度条件:[]σσ≤??? ??=max max A N ,等截面杆 []σ≤A N max 轴向拉伸或压缩时的变形:杆件在轴向方向的伸长为:l l l -=?1,沿轴线方向的应变与横截面上的应力分别为:l l ?= ε,A P A N ==σ。横向应变为:b b b b b -=?=1'ε,横向应变与轴向应变的关系为:μεε-='。 胡克定律:当应力低于材料的比例极限时,应力与应变成正比,即 εσE =,这就就是胡克定律。E 为弹性模量。将应力与应变的表达式带入得:EA Nl l =? 静不定:对于杆件的轴力,当未知力数目多于平衡方程的数目,仅利用静力平衡方程无法解出全部未知力。 圆轴扭转时的应力 变形几何关系—圆轴扭转的平面假设dx d φργρ=。物理关系——胡克定律dx d G G φργτρρ==。力学关系dA dx d G dx d G dA T A A A ???===22ρφφρρτρ 圆轴扭转时的应力:t p W T R I T == max τ;圆轴扭转的强度条件: ][max ττ≤=t W T ,可以进行强度校核、截面设计与确定许可载荷。
(填空、简答、判断、选择) 一、填空题 1、为了保证机器或结构物正常地工作，要求每个构件都有足够的抵抗破坏的能力，即要求它们有足够的强度；同时要求他们有足够的抵抗变形的能力，即要求它们有足够的刚度；另外，对于受压的细长直杆，还要求它们工作时能保持原有的平衡状态，即要求其有足够的稳定性。 2、材料力学是研究构件强度、刚度、稳定性的学科。 3、强度是指构件抵抗破坏的能力；刚度是指构件抵抗变形的能力；稳定性是指构件维持其原有的平衡状态的能力。 4、在材料力学中，对变形固体的基本假设是连续性假设、均匀性假设、各向同性假设。 5、随外力解除而消失的变形叫弹性变形；外力解除后不能消失的变形叫塑性变形。 6、截面法是计算力的基本方法。 7、应力是分析构件强度问题的重要依据。 8、线应变和切应变是分析构件变形程度的基本量。 9、轴向尺寸远大于横向尺寸，称此构件为杆。 10、构件每单位长度的伸长或缩短，称为线应变。 11、单元体上相互垂直的两根棱边夹角的改变量，称为切应变。 12、轴向拉伸与压缩时直杆横截面上的力，称为轴力。 13、应力与应变保持线性关系时的最大应力，称为比例极限。 14、材料只产生弹性变形的最大应力，称为弹性极根；材料能承受的最大应力，称为强度极限。 15、弹性模量E是衡量材料抵抗弹性变形能力的指标。 16、延伸率δ是衡量材料的塑性指标。δ≥5%的材料称为塑性材料；δ＜5%的材料称为脆性材料。 17、应力变化不大，而应变显著增加的现象，称为屈服或流动。 18、材料在卸载过程中，应力与应变成线性关系。 19、在常温下把材料冷拉到强化阶段，然后卸载，当再次加载时，材料的比例极限提高，而塑性降低，这种现象称为冷作硬化。 20、使材料丧失正常工作能力的应力，称为极限应力。 21、在工程计算中允许材料承受的最大应力，称为许用应力。 22、当应力不超过比例极限时，横向应变与纵向应变之比的绝对值，称为泊松比。 23、胡克定律的应力适用围是应力不超过材料的比例极限。 24、杆件的弹性模量E表征了杆件材料抵抗弹性变形的能力，这说明在相同力作用下，杆件材料的弹性模量E值越大，其变形就越小。
《工程材料力学性能》课后答案 机械工业出版社 2008第2版 第一章 单向静拉伸力学性能 1、 试述退火低碳钢、中碳钢和高碳钢的屈服现象在拉伸力-伸长曲线图上的区别？为什么？ 2、 决定金属屈服强度的因素有哪些？【P12】 答：内在因素：金属本性及晶格类型、晶粒大小和亚结构、溶质元素、第二相。 外在因素：温度、应变速率和应力状态。 3、 试述韧性断裂与脆性断裂的区别。为什么脆性断裂最危险？【P21】 答：韧性断裂是金属材料断裂前产生明显的宏观塑性变形的断裂，这种断裂有一个缓慢的撕裂过程，在裂纹扩展过程中不断地消耗能量；而脆性断裂是突然发生的断裂，断裂前基本上不发生塑性变形，没有明显征兆，因而危害性很大。 4、 剪切断裂与解理断裂都是穿晶断裂，为什么断裂性质完全不同？【P23】 答：剪切断裂是在切应力作用下沿滑移面分离而造成的滑移面分离，一般是韧性断裂，而解理断裂是在正应力作用以极快的速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，解理断裂通常是脆性断裂。 5、 何谓拉伸断口三要素？影响宏观拉伸断口性态的因素有哪些？ 答：宏观断口呈杯锥形，由纤维区、放射区和剪切唇三个区域组成，即所谓的断口特征三要素。上述断口三区域的形态、大小和相对位置，因试样形状、尺寸和金属材料的性能以及试验温度、加载速率和受力状态不同而变化。 6、 论述格雷菲斯裂纹理论分析问题的思路，推导格雷菲斯方程，并指出该理论的局限性。 【P32】 答： 212?? ? ??=a E s c πγσ，只适用于脆性固体,也就是只适用于那些裂纹尖端塑性变形可以忽略的情况。 第二章 金属在其他静载荷下的力学性能 一、解释下列名词： （1）应力状态软性系数—— 材料或工件所承受的最大切应力τmax 和最大正应力σmax 比值，即： () 32131max max 5.02σσσσσστα+--== 【新书P39 旧书P46】 （2）缺口效应—— 绝大多数机件的横截面都不是均匀而无变化的光滑体，往往存在截面的急剧变化，如键槽、油孔、轴肩、螺纹、退刀槽及焊缝等，这种截面变化的部分可视为“缺口”，由于缺口的存在，在载荷作用下缺口截面上的应力状态将发生变化，产生所谓的缺口效应。【P44 P53】 （3）缺口敏感度——缺口试样的抗拉强度σbn 的与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度σb 的比值，称为缺口敏感度，即： 【P47 P55 】 （4）布氏硬度——用钢球或硬质合金球作为压头，采用单位面积所承受的试验力计算而得的硬度。【P49 P58】 （5）洛氏硬度——采用金刚石圆锥体或小淬火钢球作压头，以测量压痕深度所表示的硬度【P51 P60】。 （6）维氏硬度——以两相对面夹角为136。的金刚石四棱锥作压头，采用单位面积所承
1.外力偶矩计算公式（P功率，n转速） 2.弯矩、剪力和荷载集度之间的关系式 3.轴向拉压杆横截面上正应力的计算公式（杆件横截 面轴力F N，横截面面积A，拉应力为正） 4.轴向拉压杆斜截面上的正应力与切应力计算公式（夹角a 从 x轴正方向逆时针转至外法线的方位角为正） 5. 6.纵向变形和横向变形（拉伸前试样标距l，拉伸后试样标距 l1；拉伸前试样直径d，拉伸后试样直径d1） 7. 8.纵向线应变和横向线应变 9. 10.泊松比
11.胡克定律 12.受多个力作用的杆件纵向变形计算公式? 13.承受轴向分布力或变截面的杆件，纵向变形计算公式 14.轴向拉压杆的强度计算公式 15.许用应力，脆性材料，塑性材料 16.延伸率 17.截面收缩率 18.剪切胡克定律（切变模量G，切应变g ） 19.拉压弹性模量E、泊松比和切变模量G之间关系式
20.圆截面对圆心的极惯性矩（a）实心圆 21.（b）空心圆 22.圆轴扭转时横截面上任一点切应力计算公式（扭矩T，所求 点到圆心距离r） 23.圆截面周边各点处最大切应力计算公式 24.扭转截面系数，（a）实心圆 25.（b）空心圆 26.薄壁圆管（壁厚δ≤ R0 /10 ，R0为圆管的平均半径）扭转 切应力计算公式 27.圆轴扭转角与扭矩T、杆长l、扭转刚度GH p的关系式 28.同一材料制成的圆轴各段内的扭矩不同或各段的直径不同
（如阶梯轴）时或 29.等直圆轴强度条件 30.塑性材料；脆性材料 31.扭转圆轴的刚度条件? 或 32.受内压圆筒形薄壁容器横截面和纵截面上的应力计算公式 , 33.平面应力状态下斜截面应力的一般公式 , 34.平面应力状态的三个主应力 ,