第1章 绪论

1.1 材料力学的任务

工程中各种机械设备和产品或建筑物都是由很多部件（零件）组成的，这些部件（零件）称为构件。在工作中，各构件都将受到各种外力的作用，这些外力称为载荷，如吊车梁承受吊车和起吊重物的重力、车床主轴将受到齿轮的啮合力和切削力的作用。构件在载荷的作用下将产生变形，为保证整个结构或设备的安全、正常工作，要求每个构件均能正常工作，为此必须要求构件在承受载荷时具有足够的承载能力。在材料力学中，主要通过以下三个方面来衡量构件的承载能力。

（1）构件在载荷作用下具有足够的抵抗破坏的能力，即构件必须具有足够的强度。如：机床主轴如果因载荷过大而发生断裂，则整个机床就无法正常工作；承受内压的压力容器不能因压力过大而发生爆炸等。

（2）构件在载荷作用下具有足够的抵抗变形的能力，即构件必须具有足够的刚度。例如，车床主轴虽然没有断裂，但若产生过大的变形，也将影响到零件的加工精度。

（3）构件在载荷作用下保持原有稳定平衡状态的能力，即构件必须具有足够的稳定性。例如，房屋中承受压力的细长柱，当压力超过一定限度后就可能发生明显的弯曲变形，甚至导致房屋倒塌。

在结构设计中，一方面往往要求构件必须满足强度、刚度及稳定性要求，另一方面要尽量降低成本和减轻结构的自重。前者往往要求使用更多的材料，而后者则要求减少材料用量，两者之间存在着矛盾。材料力学的任务就是合理地解决这种矛盾，在保证满足承载能力要求的前提下，又能合理地降低成本，提高经济效益。材料力学就是研究构件在外力作用下变形与破坏的规律，为构件选择恰当的材料，确定最合理的截面形状与尺寸，提供理论依据、计算方法和试验技术。

构件的强度、刚度和稳定性问题均与构件所用的材料的力学性能（主要是指在外力作用下材料的变形与所受外力之间的关系，以及材料抵抗变形和破坏的能力）有关，这些力学性能均需通过材料试验来测定。此外，有些单靠现有理论难以解决的问题，也需借助试验来解决。因此，试验研究和试验技术在材料力学中具有重要的作用。

工程中的构件，根据其几何特征可分为杆件、板、壳、块体和薄壁杆件等。工程结构中很多构件，其纵向 （长度方向）尺寸远大于横向 （垂直于长度方向）尺寸，常称为杆件 （图1.1）。杆有两个主要的几何因素，即轴线和横截面。所谓轴线是指杆件各横截面形心的连线；所谓横截面就是杆件上与轴线正交的各截面。如果杆的轴线为直线，则称为直杆；若直杆的各横截面形状及面积均相等，称其为等直杆；若杆的轴线为曲线，通常称为曲杆；横截面大小不等的杆称为变截面杆。梁、柱和传动轴等都可抽象为直杆。杆件无论是几何构成还是承受的外力都比较简单，材料力学作为变形体力学的基础，主要研究等截面的直杆和直梁。

图1.1