再讀材料力學(機械行業最重要的力學之一)

理論上,每個學科都應該有它的任務。區別在于,有的學科的任務有時候難以說清楚。而有的學科有明確的任務,實用學科通常就是這樣。一般來說,力學學科都有明顯的實用背景,所以說,力學學科的任務通常也是很明確的。

材料力學的任務的關鍵詞有三個:強度,剛度,穩定性。

對于強度,目前主流的強度理論還是材料強度理論,也就是說,結構的強度是以結構材料強度特性來評價的,而材料強度特性通常是用應力來描述的。所以,分析結構的強度,實質就是求解結構的應力水平,并且將這個應力與結構材料允許應力進行對比,最簡單的對比方式,就是安全系數法,這也是材料力學的主流方法。

分析結構的剛度,實質就是求解結構的變形。對于變形,有兩個尺度,或者稱為兩個視角,一個是微觀視角,稱為應變,即正應變(線應變)和切應變(角應變),描述對象是微元體,適用范圍不限于材料力學;還有一個是宏觀視角,在材料力學中,桿件的變形有四個基本形式,拉壓,剪切,扭轉以及彎曲。對于材料力學的剛度問題,評價對象顯然是宏觀變形。

關于微觀和宏觀視角,可以再補充幾句。宏觀視角下,有外力(可以分為集中力,分布力以及體積力,也可以分為拉壓力和剪力,扭矩和彎矩),有內力(可以分為拉壓力和剪力,扭矩和彎矩)。微觀視角下,內力可以分為正應力和切應力,應力是二階張量,既和位置有關,也和截面方向有關。宏觀外力很直觀,微觀應力雖然不直觀,但通過宏觀外力可以比較容易的理解和把握微觀應力。宏觀變形很直觀,微觀應變并不直觀,通過宏觀變形也可以理解好微觀應變,尤其切應變的理解值得一提,想象截面(切應力截面)上有兩條斜線構成一個角度(可以是直角也可以不是),角度的一條斜線在該截面上,另一條斜線在對應截面上,兩個截面有相對運動,斜角大小也隨之發生變化。讀者可以用這個方法來想象扭轉變形和剪切變形。

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拉壓和剪切的強度和剛度問題,求解方法簡單,故略。

再讀材料力學(機械行業最重要的力學之一)的圖1再讀材料力學(機械行業最重要的力學之一)的圖2

彎曲變形(撓度和轉角);用積分法,用疊加法求解;撓度是指橫向位移,轉角是指該處切線與縱向夾角。

附錄:

材料力學(劉鴻文第四版)

目錄

第一章 緒論

1.1 材料力學的任務;1.2 變形體的基本假設

1.3 外力的分類;1.4 內力與應力

1.5 變形與應變;1.6 桿件變形的基本形式

第二章 拉壓與剪切

2.1 軸向拉壓;2.2 軸向拉壓的橫截面應力

2.3 軸向拉壓的斜截面應力;2.4 材料的拉伸力學性能

2.5 材料的壓縮力學性能;2.6 溫度和時間對材料力學性能的影響

2.7 安全系數;2.8 軸向拉壓的變形

2.9 軸向拉壓的應變能;2.10 拉壓超靜定問題

2.11 溫度應力和裝配應力;2.12 應力集中

2.13 剪切和擠壓

第三章 扭轉

3.1 扭轉;3.2 扭矩圖

3.3 純剪切;3.4 圓軸的扭轉應力

3.5 圓軸的扭轉變形;3.6 螺旋彈簧的應力和變形

3.7 非圓桿的扭轉;3.8 薄壁桿的自由扭轉

第四章 彎曲內力

4.1 彎曲;4.2 彎曲的簡化

4.3 剪力和彎矩;4.4 剪力圖和彎矩圖

4.5 荷載、剪力和彎矩的關系;4.6 平面曲桿的彎曲內力

第五章 彎曲應力

5.1 純彎曲;5.2 純彎曲應力

5.3 橫力彎曲應力;5.4 彎曲切應力

5.5 彎曲理論的基本假設5.6 提高彎曲強度的措施(降低彎曲應力的措施)

第六章 彎曲變形

6.1 彎曲變形;6.2 撓曲線微分方程

6.3 積分法求彎曲變形;6.4 疊加法求彎曲變形

6.5 超靜定梁;6.6 提高彎曲剛度的措施

第七章 強度理論

7.1 應力分析;7.2 二向和三向應力狀態實例

7.3 二向應力狀態-解析法;7.4 二向應力狀態-圖解法

7.5 三向應力狀態;7.6 應變分析

7.7 二向應變狀態;7.8 廣義胡克定律

7.9 應變能密度;7.10 強度理論

7.11 四種常用強度理論;7.12 莫爾強度理論

7.13 含裂紋構件的斷裂準則

第八章 組合變形

8.1 疊加原理;8.2 拉壓與彎曲組合

8.3 偏心壓縮;8.4 扭轉與彎曲組合

8.5 組合變形

第九章 壓桿穩定

第十章 動荷載

10.4 沖擊桿件的應力和變形;10.5 沖擊韌性 

第十一章 交變應力

11.1 交變應力與疲勞

第十二章 彎曲的幾個補充

第十三章 能量方法

13.1 概述;13.2 桿件應變能的計算

13.3 應變能表達式;13.4 互等定理

13.5 卡式定理;13.6 虛功原理

13.7 莫爾積分;13.8 圖乘法

第十四章 超靜定結構

第十五章 平面曲桿

15.1 概述;15.2 曲桿純彎曲應力

15.3 中性層曲率半徑15.4 曲桿的強度計算

15.5 曲桿的變形計算

第十六章 厚壁圓筒與旋轉圓盤

第十七章 矩陣位移法

17.2 軸向拉壓桿件的剛度方程

17.3 扭轉桿件的剛度方程

17.4 彎曲桿件的剛度方程

第十八章 桿件的塑性變形

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