2.1 材料力学的基本概念（课件）-《汽车机械基础》同步精品课堂（机工版·第2版）

同步精品课程——中职专业课 第2章 构件的承载能力分析 2.1材料力学的基本概念 《汽车机械基础》（第2版） 机工版 1 知识目标 1.理解材料力学的基本概念 2.掌握构件在外力作用下的受力特点、变形特点及规律 教学目标 加工工表明 导入情景 2.1 材料力学的基本概念 2.1.1 变形固体及其基本假设 理论力学主要研究物体的平衡和运动规律，常将研究对象抽象为刚体。实际上，任何物体受载荷(外力)作用后都会产生形状和尺寸的变化，称为变形。物体的变形可分为两种:一种是当载荷去除后能恢复原状的弹性变形;另一种是当载荷去除后不能恢复原状的塑性变形。工程中绝大多数物体的变形是弹性变形，这样的物体称为弹性体。可变形的物体统称为变形固体。 材料力学主要研究物体的变形，它的研究对象是变形固体，在研究中常对变形固体做如下假设: 01 新知学习 (1)连续性假设 假设物质毫无空隙地充满了整个周体。而实际的固体由许多晶粒所组成，具有不同程度的空隙，而且随着载荷或其他外部条件的变化，这此空隙的大小会发生变化。但这些空隙的大小与物体的尺寸相比极为微小，可以忽略不计。因此，可以认为周体在其整个体积内是连续的。 (2)均匀性假设 假设固体内各处的力学性能完全相同。实际上，工程材料的力学性能都有一定程度的非均匀性，但从宏观上可以将物体性能看作各组成部分性能的统计平均量，从而认为物体的力学性能是均匀的。因此，物体的任一部分的力学性能就能够代表物体整体的力学性能。 (3)各向同性假设 假设固体在各个方向的力学性能完全相同。具有这种属性的材料称为各向同性材料，如铸钢、铸铁、玻璃、塑料、混凝土等材料经常被看作各向同性材料。 02 新知学习 (4)小变形假设 若固体的变形较其尺寸小得多，这种变形称为小变形。在工程中多数物体只发生弹性变形，相对于物体的原始尺寸来说，这些弹性变形是微小的，因此多属于小变形情况。在小变形情况下，研究物体的静力平衡等问题时，均可略去这种小变形，而按原始尺寸计算，从而使计算简化。但是在分析物体的变形规律时，这种微小的变形不能忽略。 02 新知学习 2.1.2 材料力学的任务 工程上的各种机械都是由构件组成的。机械工作时，构件会受载荷作用，因此会产生变形载荷达到一定程度时甚至发生破坏，使机械无法正常工作。图2-1所示为汽车发动机的曲轴，在工作时会受到转矩等作用，产生弯曲和扭转变形。为保证机械的正常工作，组成机械的各种构件须满足以下要求: 02 新知学习 1.足够的强度 构件抵抗破坏的能力，称为强度。这里的破坏是指构件发生断裂或因产生过度的塑性变形而不能够继续承载，例如传动轴、连杆等不能断裂，即必须具有足够的强度。 2.足够的刚度 构件抵抗变形的能力，称为刚度。在某些情况下，构件風有足够的强度，但若受力后变形过大，即刚度不够，也会影响正常工作。例如，汽车的传动轴变形过大会产生振动。 3.足够的稳定性 构件受载后保持原有平衡形态的能力，称为稳定性。对于一些受压力作用的细长直杆如发动机的连杆，当压力较小时，能保持直线形态的平衡，但当压力增大时，直杆会变弯，即丧失稳定性。显然，丧失稳定性可引起整个结构或机器的损坏，因此对于构件的稳定性也须给于足够的重视，提出一定的要求。 02 新知学习 在工程实际中，构件不仅要满足强度、刚度和稳定性的要求，还应符合经济方面的要求。材料力学就是研究构件在外力作用下的变形和破坏的规律，提供有关强度、刚度和稳定性的分析计算的基本方法的学科。它的任务是在满足强度、刚度和稳定性要求的前提下，为构件选择适宜的材料，确定合理的形状和尺寸。 2.1.3 外力、内力、应力和应变 1.外力 以构件作为研究对象时，作用于构件上的载荷和约束反力称为外力。外力的分类有以下两种方式。 (1)按外力的作用方式 1)分布力:连续作用于构件表而或某一范围的外力。 02 新知学习 2)集中力:表面力作用面积远小于构件表面积或沿构件轴线的分布范围远小于构件长度，则可将分布力简化为作用于一点的力，称为集中力。 3)集中力偶:当力偶作用的范围远远小于梁的长度时，可简化为作用于某一截面，称为集中力偶。 (2)按随时间变化情况 1)静载荷:缓慢地由零增加到某一定值后，不再随时间变化，保持不变或变化很不明显的载荷。 2)动载荷:随时间变化或使构件各质点产生明显的加速度的载荷。 3)交变载荷:随时间做周期性变化的载荷。 4)冲击载荷:使构件运动在瞬时内发生突然变化的载荷。 02 新知学习 2. 内力和截面法 (1)内力 构件因外力作用发生变形时，其内部各部分之间的相对位置发生变化，从而引起相邻部分的相互作用力称为内力。它是连续作用于截面上的分布力，并随外力的改变而变化。对于任一杆件，当受到的内力超过某一极限时，就会丧失正常的工作能力，