材料力学结构力学与理论力学的区别与联系Word文档下载推荐.docx
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由于涉及时间因素，结构动力学的研究内容一般比结构静力学复杂的多。
结构稳定理论结构稳定理论是研究工程结构稳定性的分支。
现代工程中大量使用细长型和薄型结构，如细杆、薄板和薄壳。
它们受压时，会在内部应力小于屈服极限的情况下发生失稳（皱损或曲屈），
即结构产生过大的变形，从而降低以至完全丧失承载能力。
大变形还会影响结构设计的其他要求，例如影响飞行器的空气动力学性能。
结构稳定理论中最重要的内容是确定结构的失稳临界载荷。
结构断裂和疲劳理论结构断裂和疲劳理论是研究因工程结构内部不可避免地存在裂纹，裂纹会在外载荷作用下扩展而引起断裂破坏，也会在幅值较小的交变载荷作用下扩展而引起疲劳破坏的学科。
现在我们对断裂和疲劳的研究历史还不长，还不完善，但断裂和疲劳理论目前得发展很快。
在固体力学领域中，材料力学为结构力学的发展提供了必要的基本知识，
学又是结构力学的理论基础，另外结构力学还与其它物理学科结合形成许多边缘学科，流体弹性力学等。
材料力学科技名词定义中文名称：
材料力学英文名称：
mechanicsofmaterials定义：
研究工程结构中材料的强
度和构件承载力、刚度、稳定的学科。
工程力学、工程结构、建筑材料（二级学科）；
材料力学实验材料力学（mechanicsofmaterials）是研究材料在各种外力作用下产生的应变、应力、强度、刚度、稳定和导致各种材料破坏的极限。
材料力学是所有工科学生必修的学科，是设计工业设施必须掌握的知识。
学习材料力学一般要求学生先修高等数学和理论力学。
材料力学与理论力学、结构力学并称三大力学.
研究内容
在人们运用材料进行建筑、工业生产的过程中，需要对材料的实际承受能力和内部变化进行研究，这就催生了材料力学。
运用材料力学知识可以分析材料的强度、刚度和稳定性。
材料力学还用于机械设计使材料在相同的强度下可以减少材料用量，优化结构设计，以达到降低成本、减轻重量等目的。
在材料力学中，将研究对象被看作均匀、连续且具有各向同性的线性弹性物体。
但在实际研究中不可能会有符合这些条件的材料，所以须要各种理论与实际方法对材料进行实验比较。
包括两大部分：
一部分是材料的力学性能（或称机械性能）的研究，材料的力学性能参量不仅可用于材料力学的计算，而且也是固体力学其他分支的计算中必不可缺少的依据；
另一部分是对杆件进行力学分析。
杆件按受力和变形可分为拉杆、压杆（见柱和拱）、受弯曲（有时还应考虑剪切）的梁和受扭转的轴等几大类。
杆中的内力有轴力、剪力、弯矩和扭矩。
杆的变形可分为伸长、缩短、挠曲和扭转。
在处理具体的杆件问题时，根据材料性质和变形情况的不同，可将问题分为三类：
1线弹性问题。
在杆变形很小，而且材料服从胡克定律的前提下,对杆列出的所有方程都是线性方程,相应的问题就称为线性问题。
对这类问题可使用叠加原理，即为求杆件在多种外力共同作用下的变形（或内力），可先分别求出各外力单独作用下杆件的变形（或内力），
然后将这些变形（或内力）叠加，从而得到最终结果。
2几何非线性问题。
若杆件变形较大，就不能在原有几何形状的基础上分析力的平衡，而应在变形后的几何形状的基础上进行分析。
这样，力和变形之间就会出现非线性关系，这类问题称为几何非线性问题。
3物理非线性问题。
在这类问题中，材料内的变形和内力之间（如应变和应力之间）不满足线性关系，即材料不服从胡克定律。
在几何非线性问题和物理非线性问题中，叠加原理失效。
解决这类问题可利用卡氏第一定理、克罗蒂－恩盖塞定理或采用单位载荷法等。
在许多工程结构中，杆件往往在复杂载荷的作用或复杂环境的影响下发生破坏。
例如，杆件在交变载荷作用下发生疲劳破坏,在高温恒载条件下因蠕变而破坏,或受高速动载荷的冲击而破坏等。
这些破坏是使机械和工程结构丧失工作能力的主要原因。
所以，材料力学还研究材料的疲劳性能、蠕变性能和冲击性能。
学科任务
1.研究材料在外力作用下破坏的规律；
2.为受力构件提供强度，刚度和稳定性计算的理论基础条件；
3.解决结构设计安全可靠与经济合理的矛盾。
基本假设
1、连续性假设——组成固体的物质内毫无空隙地充满了固体的体积：
2、均匀性假设－－在固体内任何部分力学性能完全一样：
3、各向同性假设——材料沿各个不同方向力学性能均相同：
4、小变形假设——变形远小于构件尺寸，便于用变形前的尺寸和几何形状进行计算研究。
在人们运用材料进行建筑、工业生产的过程中，需要对材料的实际承受能力和内部变化进行研究，这就催生了材料力学。
运用材料力学知识可以分析材料的强度、刚度和稳定性。
材料力学还用于机械设计使材料在相同的强度下可以减少材料用量，优化机构设计，以达到降低成本、减轻重量等目的。
在材料力学中，将研究对象被看作均匀、连续且具有各向同性的线性弹性物体，但在实际研究中不可能会有符合这些条件的材料，所以须要各种理论与实际方法对材料进行实验比较。
材料在机构中会受到拉伸或压缩、弯曲、剪切、扭转及其组合等变形。
根据胡克定律（Hooke'
slaw），在弹性限度内，材料的应力与应变成线性关系。
弹性力学科技名词定义
弹性力学英文名称：
theoryofelasticity其他名称：
弹性理论定义：
研究弹性体在荷载等外来因素作用下所产生的应力、应变、位移和稳定性的学科。
水利科技（一级学科）；
工程力学、工程结构、建筑材料（二级学科）；
工程力学（水利）（二级学科）
弹性力学也称弹性理论，主要研究弹性体在外力作用或温度变化等外界因素下所产生的应力、应变和位移，从而解决结构或机械设计中所提出的强度和刚度问题。
在研究对象上，弹性力学同材料力学和结构力学之间有一定的分工。
材料力学基本上只研究杆状构件；
结构力学主要是在材料力学的基础上研究杆状构件所组成的结构，即所谓杆件系统；
而弹性力学研究包括杆状构件在内的各种形状的弹性体。
弹性力学elasticity
弹性力学是固体力学的重要分支，它研究弹性物体在外力和其它外界因素作用下产生的变形和内力，也称为弹性理论。
它是材料力学、结构力学、塑性力学和某些交叉学科的基础，广泛应用于建筑、机械、化工、航天等工程领域。
弹性力学弹性体是变形体的一种，它的特征为：
在外力作用下物体变形，当外力不超过某一限度时，除去外力后物体即恢复原状。
绝对弹性体是不存在的。
物体在外力除去后的残余变形很小时，一般就把它当作弹性体处理。
基本内容弹性力学所依据的基本规律有三个：
变形连续规律、应力-应变关系和运动（或平衡）规律，它们有时被称为弹性力学三大基本规律。
弹性力学中许多定理、公式和结论等，都可以从三大基本规律推导出来。
连续变形规律是指弹性力学在考虑物体的变形时，只考虑经过连续变形后仍为连续的物体，如果物体中本来就有裂纹，则只考虑裂纹不扩展的情况。
这里主要使用数学中的几何方程和位移边界条件等方面的知识。
求解一个弹性力学问题，就是设法确定弹性体中各点的位移、应变和应力共15相关个函数。
从理论上讲，只有15个函数全部确定后，问题才算解决。
但在各种实际问题中，起主要作用的常常只是其中的几个函数，有时甚至只是物体的某些部位的某几个函数。
所以常常用实验和数学相结合的方法，就可求解。
数学弹性力学的典型问题主要有一般性理论、柱体扭转和弯曲、平面问题、变截面轴扭转，回转体轴对称变形等方面。
在近代，经典的弹性理论得到了新的发展。
例如，把切应力的成对性发展为极性物质弹性力学；
把协调方程（保证物体变形后连续，各应变分量必须满足的关系）发展为非协调弹性力学；
推广胡克定律，除机械运动本身外，还考虑其他运动形式和各种材科的物理方程称为本构方程。
对于弹性体的某一点的本构方程，除考虑该点本身外还要考虑弹性体其他点对该点的影响，发展为非局部弹性力学等。
弹性力学中的基本假定1．假定物体是连续的，就是假定整个物体的体积都被组成这个物体的介质所填满，不留下任何空隙。
2．假定物体是完全弹性的，就是假定物体完全服从胡克定律——应变与引起该应变的那个应力分量成比例。
3．假定物体是均匀的，就是整个物体是由同一材料组成的。
4．假定物体是各向同性的，就是物体内一点的弹性在所有各个方向都相同。
5．假定位移和形变是微小的。
流体力学
求助编辑百科名片
流体力学流体力学，是研究流体（液体和气体）的力学运动规律及其应用的学科。
主要研究在各种力的作用下，流体本身的状态，以及流体和固体壁面、流体和流体间、流体与其他运动形态之间的相互作用的力学分支。
流体力学是力学的一个重要分支，它主要研究流体本身的静止状态和运动状态，以及流体和固体界壁间有相对运动时的相互作用和流动的规律。
在生活、环保、科学技术及工程中具有重要的应用价值。
流体力学是连续介质力学的一门分支，是研究流体（包含气体及液体）现象以及相关力学行为的科学。
可以按照研究对象的运动方式分为流体静力学和流体动力学，还可按应用范围分为水力学，空气动力学等等。
理论流体力学的基本方程是纳维-斯托克斯方程，简称N-S方程。
纳维-斯托克斯方程由一些微分方程组成，通常只有通过一些边界条件或者通过数值计算的方式才可以求解。
它包含速度v=（u,v,w）,压强,密度，粘度温度等变量，而这些都是位置（x,y,z）和时间t的函数。
通过质量守恒、能量守恒和动量守恒，以及热力学方程f（ρ,P,T）和介质的材料性质我们可以确定这些变量。
流体力学中研究得最多的流体是水和空气。
它的主要基础是牛顿运动定律和质量守恒定律，常常还要用到热力学知识，有时还用到宏观电动力学的基本定律、本构方程和高等数学、物理学、化学的基础知识。
1738年伯努利出版他的专著时，首先采用了水动力学这个名词并作为书名；
1880年前后出现了空气动力学这个名词；
1935年以后，人们概括了这两方面的知识，建立了统一的体系，
统称为流体力学。
应用领域除水和空气以外，流体还指作为汽轮机工作介质的水蒸气、润滑油、地下石油、含泥沙
的江水、血液、超高压作用下的金属和燃烧后产生成分复杂的气体、高温条件下的等离子体
气象、水利的研究，船舶、飞行器、叶轮机械和核电站的设计及其运行，可燃气体或炸药的爆炸，汽车制造（联众集群），以及天体物理的若干问题等等，都广泛地用到流体力学知识。
许多现代科学技术所关心的问题既受流体力学的指导，同时也促进了它不断地发展。
1950年后，电子计算机的发展又给予流体力学以极大的推动
研究内容基本假设
·
连续体假设
物质都由分子构成,尽管分子都是离散分布的,做无规则的热运动.但理论和实验都表明,在很小的范围内,做热运动的流体分子微团的统计平均值是稳定的.因此可以近似的认为流体
是由连续物质构成,其中的温度,密度,压力等物理量都是连续分布的标量场.
质量守恒
质量守恒目的是建立描述流体运动的方程组.欧拉法描述为:
流进绝对坐标系中任何闭合曲面内的质量等于从这个曲面流出的质量,这是一个积分方程组,化为微分方程组就是:
密度和速度的乘积的散度是零（无散场）.用欧拉法描述为:
流体微团质量的随体导数随时间的变化率为零。
动量定理流体力学在微观是无限大，并且是低速运动，属于经典力学的范畴。
因此动量定理和动量矩定理适用于流体微元。
应力张量对流体微元的作用力，主要有表面力和体积力，表面力和体积力分别是力在单位面积和单位体积上的量度，因此它们有界。
由于我们在建立流体力学基本方程组的时候考虑的是尺寸很小的流体微元，因此流体微团表面所受的力是尺寸的二阶小量，体积力是尺寸的三阶小量，故当体积很小时，可以忽略体积力的作用。
认为流体微团只是受到表面力（表面应力）的作用。
非各向同性的流体中，流体微团位置不同，表面法向不同，所受的应力是不同的，应力是由一个二阶张量和曲面法向的内积来描述的，二阶应力张量只有三个量是独立的，因此，只要知道某点三个不同面上的应力，就可确定这个点的应力分布情况。
粘性假设流体具有粘性，利用粘性定理可以导出应力张量。
能量守恒具体表述为：
单位时间内体积力对流体微团做的功加上表面力和流体微团变形速度的乘积等于单位时间内流体微团的内能增量加上流体微团的动能增量
研究范围
流体是气体和液体的总称。
在人们的生活和生产活动中随时随地都可遇到流体，所以流体力学是与人类日常生活和生产事业密切相关的。
大气和水是最常见的两种流体，大气包围着整个地球，地球表面的70%是水面。
大气运动、海水运动（包括波浪、潮汐、中尺度涡旋、环流等）乃至地球深处熔浆的流动都是流体力学的研究内容。
流体力学既包含自然科学的基础理论，又涉及工程技术科学方面的应用。
此外，如从流
体作用力的角度，则可分为流体静力学、流体运动学和流体动力学；
从对不同“力学模型”的研究来分，则有理想流体动力学、粘性流体动力学、不可压缩流体动力学、可压缩流体动力学和非牛顿流体力学等。
研究方法进行流体力学的研究可以分为现场观测、实验室模拟、理论分析、数值计算四个方面：
塑性力学科技名词定义
塑性力学英文名称：
theoryofplasticity其他名称：
塑性理论定义：
研究物体在塑性变形阶段的应力、应变、位移和稳定性的学科。
水利科技（一级学科）；
工程力学、工程结构、建筑材料（二级学科）；
工程力学（水利）（二级学科）塑性力学塑性力学又称塑性理论，是固体力学的一个分支，它主要研究固体受力后处于塑性变形状态时，塑性变形与外力的关系，以及物体中的应力场、应变场以及有关规律，及其相应的数值分析方法。
物体受到足够大外力的作用后，它的一部或全部变形会超出弹性范围而进入塑性状态，外力卸除后，变形的一部分或全部并不消失，物体不能完全恢复到原有的形态。
要注意的是塑性力学考虑的永久变形只与应力和应变的历史有关，而不随时间变化，永久变形与时间有关的部分属于流变学研究的范畴。
一般将塑性力学分为数学塑性力学和应用塑性力学，其含义同将弹性力学的分为数学弹性理论和应用弹性力学是类似的。
前者是经典的精确理论，后者是在前者各种假设的基础上，根据实际应用的需要，再加上一些补充的简化假设而形成的应用性很强的理论。
从数学上看，应用塑性力学粗糙一些，但从应用的角度看，它的方程和计算公式比较简单，并且能满足很多结构设计的要求。
主要内容从学科建立过程来看，塑性力学是以实验为基础，从实验中找出受力物体超出弹性极限后的变形规律，据以提出合理的假设和简化模型，确定应力超过弹性极限后材料的本构关系，从而建立塑性力学的基本方程。
解出这些方程，便可得到不同塑性状态下物体中的应力和应变。
塑性力学的基本实验主要分两类：
单向拉伸实验和静水压力实验。
通过单向拉伸实验可以获得加载和卸载时的应力-应变曲线以及弹性极限和屈服极限的值；
在塑性状态下，应力和应变之间的关系是非线性的且没有单值对应关系。
由静水压力实验得出，静水压力只能引起金属材料的弹性变形且对材料的屈服极限影响很小（岩土材料则不同）。
塑性力学的基本假设
为简化计算，根据实验结果，塑性力学采用的基本假设有：
①材料是各向同性和连续的。
②平均法向应力不影响材料的屈服，它只与材料的体积应变有关，且体积应变是弹性的，即静水压力状态不影响塑性变形而只产生弹性的体积变化。
这个假定主要根据是著名的Brid-gman试验。
③材料的弹性性质不受塑性变形的影响。
这些假设一般适用于金属材料；
对于岩土材料则应考虑平均法向应力对屈服的影响。
塑性力学的简化模型
塑性力学的应力-应变曲线通常有5种简化模型：
①理想弹塑性模型，用于低碳钢或强化性质不明显的材料。
②线性强化弹塑性模型，用于有显著强化性质的材料。
③理想刚塑性模型，用于弹性应变比塑性应变小得多且强化性质不明显的材料。
④线性强化刚塑性模型，用于弹性应变比塑性应变小得多且强化性质明显的材料。
⑤幂强化模型，为简化计算中的解析式，可将应力-应变关系的解析式写为σ=σy（ε/εy）n，式中σy为屈服应力，εy为与σy相对应的应变，n为材料常数。
屈服条件和本构关系在复杂应力状态下，判断物体屈服状态的准则称为屈服条件。
屈服条件是各应力分量组合应满足的条件。
对于金属材料，最常用的屈服条件为最大剪应力屈服条件（又称特雷斯卡屈服条件）和弹性形变比能屈服条件（又称米泽斯屈服条件）。
对于岩土材料则常用特雷斯卡屈服条件、德鲁克-普拉格屈服条件和莫尔-库伦屈服条件。
对于强化或软化材料，屈服条件将随塑性变形的增长而变化，改变后的屈服条件称为后继屈服条件。
当已知主应力的大小次序时，使用特雷斯卡屈服条件较为方便；
若不知道主应力的大小次序，则使用米泽斯屈服条件较为方便。
对于韧性较好的材料，米泽斯屈服条件与试验数据符合较好。
由于塑性变形与变形历史有关，因此反映塑性应力-应变关系的本构关系用应变增量形
式给出比较方便。
用应变增量形式表示塑性本构关系的理论称为塑性增量理论。
增量理论的本构关系在理论上是合理的，但应用比较麻烦，因为要积分整个变形路径才能得到最后结果。
因此，又发展出塑性全量理论，即采用全量应力和全量应变表示塑性本构关系的理论。
在比例变形的条件下，可通过积分增量理论的本构关系获得全量理论的本构关系。
当偏离比例变形条件不多时，全量理论的计算结果和实险结果比较接近。
求解塑性力学边值问题时，使用的平衡方程、几何方程（即应变和位移的关系）以及力和位移的边界条件都和弹性力学中使用的一样，只是物理关系不再用弹性力学中的胡克定律，而采用塑性增量或全量的本构关系。
编辑本段塑性力学常用的求解方法
塑性力学常用的求解方法
1静定法求解简单弹塑性问题的方法。
由于所求的各未知量的数目和已知方程式的数目相同，应用平衡方程和屈服条件便能将问题中的各未知量找出。
2滑移线法适用于求解塑性平面应变问题，可找出变形体中各点的应力分量和所对应的位移分量3界限法一个有实用价值的方法，又称上、下限法。
上限法采用外力功等于内部耗散能以及结构的几何条件求塑性极限载荷，其值比完全解的塑性极限载荷大；
下限法则用平衡条件、屈服条件以及力的边界条件求塑性极限载荷，其值比完全解的塑性极限载荷小
4主应力法在屈服条件中不考虑剪应力的贡献，并假定沿某一个轴主应力的分布是均匀的。
用此法能获得各应力分量的分布规律。
5参数方程法使用米泽斯屈服条件时，可将满足屈服条件的参数方程代入平衡方程进行求解。
6加权残量法一种求解微分方程近似解的数学方法。
其要点是：
先假设一个试函数作为近似解，将其代入要求解的控制方程和边界条件；
该函数一般不能完全满足这些条件，因而出现误差即残量；
选择一定的权函数与残量相乘，列出在解域内消灭残量的代数方程，就可把求解微分方程转化为求解代数方程的数值计算问题，从而得出近似解。
7有限元法
常用的有弹塑性有限元和刚塑性有限元法，可得到变形体内的应力和应变分布规律
理论力学和经典力学是同义词，已合并。
经典力学经典力学之父—牛顿经典力学的基本定律是牛顿运动定律或与牛顿定律有关且等价的其他力学原理，它是20世纪以前的力学，有两个基本假定：
其一是假定时间和空间是绝对的，长度和时间间隔的测量与观测者的运动无关，物质间相互作用的传递是瞬时到达的；
其二是一切可观测的物理量在原则上可以无限精确地加以测定。
20世纪以来，由于物理学的发展，经典力学的局限性暴露出来。
基本定律牛顿第一定律一切物体在没有受到外力作用或受到的合外力为零时，它们的运动保持不变，包括加速度始终等于零的匀速直线运动状态和静止状态，直到有外力迫使它改变这经典力学种状态为止。
牛顿第二定律物体的加速度与所受外力成正比，与物体的质量成反比，加速度的方向与合外力的方向
相同。
公式：
F（合）=kma【当F（合）、m和a采用国际单位制N、kg和m/s2时，k=1】牛顿第三定律
两个物体之间的作用力与反作用力大小相等，方向相反，并且在同一条直线上。
万有引力定律
自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的大小与物体（质点）的质量乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比。
F（n）=（GMm）/r&
sup2;
基本假定第一个假定：
假定时间和空间是绝对的，长度和时间间隔的测量与观测者的运动无关；
物质间相互作用的传递是瞬时到达的。
由此可知，经典力学实际上只适用于与光速相比低速运动的情况。
在高速运动情况下，时间和长度不能再认为与观测者的运动无关。
升级会员 