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