CAE培训课件三

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一、材料力学的基础知识

工程结构或机械的各组成部分，如建筑物的梁和柱、机床的轴，统称为构件。当工程结构或机械工作时，构件将受到载荷的作用，为保证工程结构或机械的正常工作，构件应有足够的能力负担起应当承受的载荷。因此，它应当满足以下的要求： 1）强度的要求 在规定载荷作用下构件当然不应破坏。例如，冲床的曲轴不可折断，储气罐不应爆破。强度要求就是指构件应有足够的抵抗破坏的能力。

2）刚度要求 在载荷作用下，构年即使有足够的强度，但若变形过大仍不能正常工作，例如，若齿轮轴变形过大，将造成齿轮和轴承不均匀磨损，引起噪音。机床主轴变形过大，将影响加工精度。刚度要求就是指构件应有足够的抵抗变形的能力。

3）稳定性要求 有些受压力作用的细长杆，如千斤顶的螺杆、内燃机的挺杆等，应始终维持原有的直线平衡形态，保证不被压弯。稳定性要求就是指构件应有足够的保持原有平衡形态的能力。

若构件的横截面尺寸不足或形状不合理，或材料选用不当，将不能满足上述要求，从而不能保证工程结构和机械的安全工作。相反，也不应不恰当地加大横截面尺寸或选用优质材料，这虽满足了上述要求，却多使用了材料和增加了成本，造成浪费。

材料力学的任务就是保证在满足强度、刚度和稳定性的要求下，为设计既经济又安全的构件，提供必要的理论基础和计算方法。

1. 1基本概念

1.1.1载荷（load）

也称为力、外力、负荷等，可以分成如下所示的各种类型: 1）根据构件内生成的应力来分类:

拉伸载荷，压缩载荷，弯曲载荷，剪切载荷，扭转载荷。 2）采用理论公式的载荷分类：

轴向力(N)、横向载荷(N)、弯矩(N·m)、扭矩(N·m) 3）按载荷的分布状态分类：

分布载荷（均匀分布和任意分布）


集中载荷（分布载荷的范围相对狭隘情况下的近似） 4）给予坐标的一点的载荷分类（在有限元法中这样的表示很多）：

Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz Fx——为x 轴方向上的载荷； Mx——为绕x 轴转的弯矩载荷 5）由加在构件上的载荷的变化形式分类：

静载荷（不随时间变化的载荷） 图1.1 动载荷（不规则载荷、周期载荷、正弦波载荷、冲击载荷）



图1.2

6）由载荷的作用位置来分类： 表面力（作用于表面的载荷）

物体力（作用于物体体积或质量的载荷，以加速度载荷为代表） 7）由载荷的原因来分类：

自重、压力载荷、水头压力、浮力、系留力、离心力载荷。地震载荷、风载荷、温度载荷、热套、压力。

 （1）与材料力学中理论方面有关的，根据构件内生成的应力来分类；  (2)采用理论公式的载荷分类则是重要的，它们也表示了所对应的构件的中和

轴，载荷作用于那个方向；

 (3)按载荷的分布状态分类在有限元法中进行应力分析时非常重要的；

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