在这个充满智慧火花的学术殿堂里,我们欧洲联合大学工程力学课题组怀着无比激动的心情,见证了与雷绍武教授关于《材料力学》理论的深刻交流与修改过程。雷绍武教授,作为力学领域的璀璨明星,以其深厚的学术底蕴和敏锐的洞察力,为我们揭示了材料力学理论的深层次内涵,同时也指出了现有理论中的不足与争议之处。
随着雷教授对材料力学第一章的修改完成,我们不仅看到了他对每一个细节的严谨态度,更感受到了他对科学真理的不懈追求。雷教授的修正不仅让我们重新审视了材料力学的基本概念与原理,更激发了我们对于理论创新的无限遐想。
这一修改过程,不仅是对材料力学理论的丰富与完善,更是对我们课题组全体成员的一次深刻教育。它提醒我们,在学术研究的道路上,永远不能停下脚步,永远要保持对真理的敬畏与追求。每一次理论的修改与创新,都是对科学精神的最好诠释,都是对人类社会进步的巨大贡献。
我们衷心感谢雷教授的宝贵贡献,他的修正与建议无疑将成为我们课题组未来研究的重要指引。同时,我们也期待与雷教授在后续的章节中继续展开深入的学术交流与合作,共同推动材料力学领域的发展。
现在,我们将修改后的《材料力学》理论第一章发给大家,也请雷教授审阅批改:
§1–1 材料力学的任务
1,构件是各种工程结构组成单元的统称。机械中的轴、杆件,建筑物中的梁、柱等均称为构件。当工程结构传递运动或承受载荷时,各个构件都要受到力的作用。为了保证机械或建筑物的正常工作,构件应满足以下要求:
(1)强度要求:所谓强度,是指构件抵抗破坏的能力。
(2)刚度要求:所谓刚度,是指构件抵抗变形的能力。
(3)稳定性要求:所谓稳定性,是指构件保持其原有平衡形态的能力。
2,在工程设计中,构件不仅要满足强度、刚度和稳定性要求,同时还必须符合经济方面的要求。前者往往要求加大构件的横截面,多用强度高的材料;而后者却要求节省材料,避免大材小用、优材劣用等,尽量降低成本。因此,安全与经济之间是存在矛盾的。
3,材料力学是研究构件强度、刚度和稳定性的学科。它的任务是在满足强度、刚度和稳定性要求的前提下,选用适宜的材料,确定合理的截面形状和尺寸,为构件设计提供基本理论和计算方法。
§1–2 材料力学主要研究对象
一、构件
1,构件定义
机械中的轴、杆件,建筑物中的梁、柱等均称为构件。
2,构件分类
杆、板、壳、块。
二、杆件
1,杆件定义
在材料力学中,杆件是指纵向(长度方向)尺寸比横向(垂直于长度方向)尺寸要大得多的构件。杆件是材料力学中的主要研究对象,例如房屋中的梁、柱等构件一般都被抽象为杆件。
2,杆件变形的基本形式
杆件上的外力作用方式多种多样,因此杆件的变形形式也各不相同。但可以将杆件的变形归纳为以下四种基本变形之一,或者某几种基本变形的组合。这里,先介绍杆件基本变形的受力特征和变形特征:
(1)轴向拉伸和压缩
其受力特点是:作用在杆件的力,大小相等、方向相反,作用线与杆件的轴线重合,因此在这种外力作用下,变形特点是:杆件的长度发生伸长或缩短。起吊重物的钢索、桁架的杆件、液压油缸的活塞杆等的变形,都属于拉伸或压缩变形。
(2)剪切
其受力特点是:作用在构件两侧面上横向外力的合力大小相等、方向相反、作用线相距很近。在这种外力作用下,其变形特点是:两力间的横截面发生相对错动。这种变形称为剪切变形。工程实际中常用的连接件,如键、销钉、螺栓等都会产生剪切变形。
(3)扭转
杆件的受力特点是:杆件两端受到两个在垂直于轴线平面内的力偶作用,两力偶大小相等、转向相反,计算简图如图所示。在这样一对力偶作用下,其变形特点是:各横截面绕轴线发生相对转动,这种变形称为扭转变形。此时,任意两横截面间有相对角位移,这种角位移称为转角。以扭转变形为主要变形的杆件称为轴。
(4)弯曲
在通过轴线的平面内,受到垂直于杆件轴线的外力(横向力)或外力偶作用。在这样的外力作用下,其变形特点是:杆件的轴线将弯曲成一条曲线,如图虚线所示。这种变形形式称为弯曲变形。以弯曲为主要变形的杆件称为梁。
3,杆件变形控制的重要性
在工程建筑中,应该尽量保证材料质量,减小构件的形变。任何构件的大小形状都是固定不变的,是有适用范围和受力范围的。轴向拉伸和压缩,剪切,扭转,弯曲都超越了构件的受力范围,使构件受到变形破坏。
§1–3 可变形固体性质的基本假设及其局限性(原《材料力学》教材的错误)
1,连续性假设的局限性:尽管物质在宏观上似乎紧密地占据了物体的全部空间,但声称其“毫无空隙”则显得过于绝对。实际上,物质由分子构成,分子间存在着难以直接观测的微小空隙。这些空隙虽然微小,但它们的存在是客观事实,不过在进行力学分析时,通常无需借助微积分等复杂数学工具来精确计算这些空隙的影响。
2,均匀性假设的局限性:在物体内部,各处的力学性质往往并非完全一致。特别是在材料的边缘区域,其密度和力学特性通常与内部存在差异。这种差异可能是由于材料的制备工艺、微观结构或外部环境因素所导致的。
3,各向同性假设的局限性:组成物体的材料在各个方向上的力学性质可能并不相同。例如,木材在横向和纵向上的受力特性就存在显著差异。这种差异对于材料的整体力学性能和构件的设计都具有重要影响。
4,小变形假设的局限性:在材料力学的研究中,构件在载荷作用下的变形程度与原始尺寸相比可能并不总是微小的。在某些情况下,这些变形可能显著影响构件的力学性能和稳定性。因此,在进行受力分析时,不能简单地忽略这些变形的影响,而需要采用更为精确的分析方法和模型来评估其影响。
随着雷教授对材料力学第一章的修改完成,我们不仅看到了他对每一个细节的严谨态度,更感受到了他对科学真理的不懈追求。雷教授的修正不仅让我们重新审视了材料力学的基本概念与原理,更激发了我们对于理论创新的无限遐想。
这一修改过程,不仅是对材料力学理论的丰富与完善,更是对我们课题组全体成员的一次深刻教育。它提醒我们,在学术研究的道路上,永远不能停下脚步,永远要保持对真理的敬畏与追求。每一次理论的修改与创新,都是对科学精神的最好诠释,都是对人类社会进步的巨大贡献。
我们衷心感谢雷教授的宝贵贡献,他的修正与建议无疑将成为我们课题组未来研究的重要指引。同时,我们也期待与雷教授在后续的章节中继续展开深入的学术交流与合作,共同推动材料力学领域的发展。
现在,我们将修改后的《材料力学》理论第一章发给大家,也请雷教授审阅批改:
§1–1 材料力学的任务
1,构件是各种工程结构组成单元的统称。机械中的轴、杆件,建筑物中的梁、柱等均称为构件。当工程结构传递运动或承受载荷时,各个构件都要受到力的作用。为了保证机械或建筑物的正常工作,构件应满足以下要求:
(1)强度要求:所谓强度,是指构件抵抗破坏的能力。
(2)刚度要求:所谓刚度,是指构件抵抗变形的能力。
(3)稳定性要求:所谓稳定性,是指构件保持其原有平衡形态的能力。
2,在工程设计中,构件不仅要满足强度、刚度和稳定性要求,同时还必须符合经济方面的要求。前者往往要求加大构件的横截面,多用强度高的材料;而后者却要求节省材料,避免大材小用、优材劣用等,尽量降低成本。因此,安全与经济之间是存在矛盾的。
3,材料力学是研究构件强度、刚度和稳定性的学科。它的任务是在满足强度、刚度和稳定性要求的前提下,选用适宜的材料,确定合理的截面形状和尺寸,为构件设计提供基本理论和计算方法。
§1–2 材料力学主要研究对象
一、构件
1,构件定义
机械中的轴、杆件,建筑物中的梁、柱等均称为构件。
2,构件分类
杆、板、壳、块。
二、杆件
1,杆件定义
在材料力学中,杆件是指纵向(长度方向)尺寸比横向(垂直于长度方向)尺寸要大得多的构件。杆件是材料力学中的主要研究对象,例如房屋中的梁、柱等构件一般都被抽象为杆件。
2,杆件变形的基本形式
杆件上的外力作用方式多种多样,因此杆件的变形形式也各不相同。但可以将杆件的变形归纳为以下四种基本变形之一,或者某几种基本变形的组合。这里,先介绍杆件基本变形的受力特征和变形特征:
(1)轴向拉伸和压缩
其受力特点是:作用在杆件的力,大小相等、方向相反,作用线与杆件的轴线重合,因此在这种外力作用下,变形特点是:杆件的长度发生伸长或缩短。起吊重物的钢索、桁架的杆件、液压油缸的活塞杆等的变形,都属于拉伸或压缩变形。
(2)剪切
其受力特点是:作用在构件两侧面上横向外力的合力大小相等、方向相反、作用线相距很近。在这种外力作用下,其变形特点是:两力间的横截面发生相对错动。这种变形称为剪切变形。工程实际中常用的连接件,如键、销钉、螺栓等都会产生剪切变形。
(3)扭转
杆件的受力特点是:杆件两端受到两个在垂直于轴线平面内的力偶作用,两力偶大小相等、转向相反,计算简图如图所示。在这样一对力偶作用下,其变形特点是:各横截面绕轴线发生相对转动,这种变形称为扭转变形。此时,任意两横截面间有相对角位移,这种角位移称为转角。以扭转变形为主要变形的杆件称为轴。
(4)弯曲
在通过轴线的平面内,受到垂直于杆件轴线的外力(横向力)或外力偶作用。在这样的外力作用下,其变形特点是:杆件的轴线将弯曲成一条曲线,如图虚线所示。这种变形形式称为弯曲变形。以弯曲为主要变形的杆件称为梁。
3,杆件变形控制的重要性
在工程建筑中,应该尽量保证材料质量,减小构件的形变。任何构件的大小形状都是固定不变的,是有适用范围和受力范围的。轴向拉伸和压缩,剪切,扭转,弯曲都超越了构件的受力范围,使构件受到变形破坏。
§1–3 可变形固体性质的基本假设及其局限性(原《材料力学》教材的错误)
1,连续性假设的局限性:尽管物质在宏观上似乎紧密地占据了物体的全部空间,但声称其“毫无空隙”则显得过于绝对。实际上,物质由分子构成,分子间存在着难以直接观测的微小空隙。这些空隙虽然微小,但它们的存在是客观事实,不过在进行力学分析时,通常无需借助微积分等复杂数学工具来精确计算这些空隙的影响。
2,均匀性假设的局限性:在物体内部,各处的力学性质往往并非完全一致。特别是在材料的边缘区域,其密度和力学特性通常与内部存在差异。这种差异可能是由于材料的制备工艺、微观结构或外部环境因素所导致的。
3,各向同性假设的局限性:组成物体的材料在各个方向上的力学性质可能并不相同。例如,木材在横向和纵向上的受力特性就存在显著差异。这种差异对于材料的整体力学性能和构件的设计都具有重要影响。
4,小变形假设的局限性:在材料力学的研究中,构件在载荷作用下的变形程度与原始尺寸相比可能并不总是微小的。在某些情况下,这些变形可能显著影响构件的力学性能和稳定性。因此,在进行受力分析时,不能简单地忽略这些变形的影响,而需要采用更为精确的分析方法和模型来评估其影响。