材料力学的介绍(专业英语)Word文档下载推荐.doc
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本书中研究的固体包括受轴向载荷的杆,轴,梁,圆柱及由这些构件组成的结构。
一般情况下,研究的目的是测定由荷载引起的应力、应变和变形物理量;
当所承受的荷载达到破坏载荷时,可测得这些物理量,画出完整的固体力学性能图。
Theoreticalanalysesandexperimentalresultshaveequallyimportantrolesinthestudyofmechanicsofmaterials.Onmanyoccasionswewillmakelogicalderivationstoobtainformulasandequationsforpredictingmechanicalbehavior,butatthesametimewemustrecognizethattheseformulascannotbeusedinarealisticwayunlesscertainpropertiesofthematerialareknown.Thesepropertiesareavailabletousonlyaftersuitableexperimentshavebeenmadeinthelaboratory.Also,manyproblemsofimportanceinengineeringcannotbehandledefficientlybytheoreticalmeans,andexperimentalmeasurementsbecomeapracticalnecessity.Thehistoricaldevelopmentofmechanicsofmaterialsisafascinatingblendofboththeoryandexperiment,withexperimentspointingthewaytousefulresultsinsomeinstancesandwiththeorydoingsoinothers.SuchfamousmenasLeonardodaVinci(1452-1519)andGalileoGalilei(1564-1642)madeexperimentstodeterminethestrengthofwires,bars,andbeams,althoughtheydidnotdevelopanyadequatetheories(bytoday’sstandards)totheirtestresults.Bycontrast,thefamousmathematicianLeonhardEuler(1707-1783)developedthemathematicaltheoryofcolumnsandcalculatedthecriticalloadofacolumnin1744,longbeforeanyexperimentalevidenceexistedtoshowthesignificanceofhisresults.Thus,Euler’stheoreticalresultsremainedunusedformanyyears,althoughtodaytheyformthebasisofcolumntheory.
在材料力学的研究中,理论分析和实验研究是同等重要的。
必须认识到在很多情况下,通过逻辑推导的力学公式和力学方程在实际情况中不一定适用,除非材料的某些性能是确定的。
而这些性能是要经过相关实验的测定来得到的。
同样,当工程中的重要的问题用逻辑推导方式不能有效的解决时,实验测定就发挥实用性作用了。
材料力学的发展历史是一个理论与实验极有趣的结合,在一些情况下,是实验的指引得出正确结果而产生理论,在另一些情况下却是理论来指导实验。
例如,著名的达芬奇(1452-1519)和伽利略(1564-1642)通过做实验测定钢丝,杆,梁的强度,而当时对于他们的测试结果并没有充足的理论支持(以现代的标准)。
相反的,著名的数学家欧拉(1707-1783),在1744年就提出了柱体的数学理论并计算其极限载荷,而过了很久才有实验证明其结果的正确性。
因此,欧拉的理论结果在很多年里都未被采用,而今天,它们却是圆柱理论的奠定基础。
Theconceptsofstressandstraincanbeillustratedinanelementarywaybyconsideringtheextensionofprismaticbar[seeFig.1.4(a)].通过对等截面杆拉伸的研究初步解释应力和应变的概念[如图1.4(a)]。
Aprismaticbarisonethathasconstantcrosssectionthroughoutitslengthandastraightaxis.等截面杆是一个具有恒定截面的直线轴。
InthisillustrationthebarisassumedtobeloadedatitsendsbyaxialforcesPthatproduceauniformstretching,ortension,ofthebar.这里,假设在杆的末端施加轴向力P,产生均匀的伸展或拉伸。
Bymakinganartificialcut(sectionmm)thoughthebaratrightangelstoitsaxis,wecanisolatepartofthebarasafreebody[Fig.1.4(b)].假设沿垂直于轴线的方向切割杆,我们就能把杆的一部分当作自由体隔离出来[图1.4(b)]。
Attheright-handendthetensileforcePisapplied,andattheotherendthereareforcesrepresentingtheremovedportionofthebaruponthepartthatremains.张力P作用于杆的右端,在另一端就会出现一些力来代替杆被切除的那一部分。
Theseforceswillbecontinuouslydistributedoverthecrosssection,analogoustothecontinuousdistributionofhydrostaticpressureoverasubmergedsurface.这些力连续地分布在横截面上,类似于作用在被淹没物体表面的连续的静水压力。
Theintensityofforce,thatis,theperunitarea,iscalledthestressandiscommonlydenotedbytheGreekletter.力的密度,也就是单位面积上的力的大小,称为应力,一般用表示。
Assumingthatthestresshasauniformdistributionoverthecrosssection[seeFig.1.4(b)],wecanreadilyseethatitsresultantisequaltotheintensitytimesthecross-sectionalareaAofthebar.假设应力是均匀分布在横截面上[如图1.4(b)],易得出它的大小等于密度乘以杆的横截面积A。
Furthermore,
fromtheequilibriumofthebodyshowninFig.1.4(b),wecanalsothatthisresultantmustbeequalinmagnitudeandoppositeindirectiontotheforceP.另外,通过图1.4(b)中所示物体,也由力的平衡可得到它与力P等大反向。
Hence,weobtain因此得到
(1.3)
astheequationfortheuniformstressinaprismaticbar.为等截面杆中平均应力的计算公式。
Thisequationshowsthatstresshasunitsofforcedividedbyarea---forexample,Newton’spersquaremillimeter()orpoundspersquareinch(psi).从这个公式可以看出,应力的单位是力除以面积——例如:
牛每平方毫米()或磅每平方英寸(psi)。
WhenthebarisbeingstretchedbytheforcesP,asshowninthefigure,theresultingstressisatensilestress;
iftheforcesarereversedindirection,causingthebartobecompressed,theyarecalledcompressivestresses.当杆在力的作用下被拉伸时,如图所示,所产生的应力称为拉应力;
当施加相反方向的力时,杆被压缩,这时所产生的应力称为压应力。
AnecessaryconditionforEq.(1.3)tobevalidisthatthestressmustbeuniformoverthecrosssectionofthebar.ThisconditionwillberealizediftheaxialforcePactsthroughthecentroidofthecrosssection,ascanbedemonstratedbystatics.WhentheloadPdoesnotactatthecentroid,bendingofthebarwillresult,andamorecomplicatedanalysisisnecessary.Throughoutthisbook,however,itisassumedthatallaxialforcesareappliedatthecentroidofthecrosssectionunlessspecificallystatedtothecontrary.Also,unlessstatedotherwise,itisgenerallyassumedthattheweightoftheobjectitselfisneglected,aswasdonewhendiscussingthebarinFig.1.4.方程(1.3)的必要条件是应力必须均匀分布在杆的横截面上。
如果轴向力P通过截面的形心时,这个条件可以满足,同时也可以通过静力学验证。
当载荷P不是作用在形心时,将会产生挠度,就需要更加复杂的分析了。
如果没有特殊说明,本书中假定所有的轴向力都作用在横截面的形心。
除非另有说明,否则物体本身的质量一般忽略不计,如讨论图1.4中的杆情况一样。
ThetotalelongationofabarcarryinganaxialforcewillbedenotedtheGreekletter[seeFig.1.4(a)],andtheelongationperunitlength,orstrain,isthendeterminedbytheequation
(1.4)
whereListhetotallengthofthebar.Notethatthestrainisnondimensionalquantity.ItcanbeobtainedaccuratelyfromEq.(1.4)aslongasthestrainisuniformthroughoutthelengthofthebar.Ifthebarisintension,thestrainisatensilestrain,representinganelongationorastretchingofthematerial;
ifthebarisincompression,thestrainisacompressivestrain,whichmeansthatadjacentcrosssectionsofthebarmoveclosertooneanother.受轴向力时,杆的总伸长量用希腊字母表示,如图1.4(a)所示。
单位长度的伸长即应变,可以用计算得到。
这里L是杆的总长度。
注意应变是无量纲量,只要应变在杆上是均匀的,就可以通过方程(1.4)得到精确的结果。
如果杆被拉伸,此时的应变称为拉应变,即材料伸长或被拉伸;
如果杆被压缩,即为压应变,这就意味着杆的相邻截面间的距离变小。
(SelectedfromStephenP.TimoshenkoandJamesM.Gere,mechanicsofmaterials,
VanNostrandReinholdCompanyLtd.,1978)
材料力学是应用力学的一个分支,用来处理固体在不同荷载作用下所产生的反应。
通过对等截面杆拉伸的研究初步解释应力和应变的概念[如图1.4(a)]。
等截面杆是一个具有恒定截面的直线轴。
这里,假设在杆的末端施加轴向力P,产生均匀的伸展或拉伸。
假设沿垂直于轴线的方向切割杆,我们就能把杆的一部分当作自由体隔离出来[图1.4(b)]。
张力P作用于杆的右端,在另一端就会出现一些力来代替杆被切除的那一部分。
这些力连续地分布在横截面上,类似于作用在被淹没物体表面的连续的静水压力。
力的密度,也就是单位面积上的力的大小,称为应力,一般用表示。
假设应力是均匀分布在横截面上[如图1.4(b)],易得出它的大小等于密度乘以杆的横截面积A。
另外,通过图1.4(b)中所示物体,也由力的平衡可得到它与力P等大反向。
因此得到
为等截面杆中平均应力的计算公式。
从这个公式可以看出,应力的单位是力除以面积——例如:
当杆在力的作用下被拉伸时,如图所示,所产生的应力称为拉应力;
方程(1.3)的必要条件是应力必须均匀分布在杆的横截面上。
受轴向力时,杆的总伸长量用希腊字母表示,如图1.4(a)所示。
Rochiny
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