材料力学

材料力学发展简史A Brief History of Mechanics of Materials1638年,举世闻名 年 的意大利数学家, 的意大利数学家,天文 学家,力学家伽里略 学家,力学家伽里略 1564~1642在荷兰莱登, 在荷兰莱登, 在荷兰莱登 出版了世界上第一本材 料力学教本《 料力学教本《两种新的 科学》 科学》首先提出了材料 的力学性质和强度计算 的方法.人们认为, 的方法.人们认为,材 料力学作为一门学科, 料力学作为一门学科, 就从这里开始. 就从这里开始.

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但是, 但是,任何一门科学都不可能 是个别人在短期内创造出来的, 是个别人在短期内创造出来的 作为材料力学知识源泉的实践 活动其实由来已久. 活动其实由来已久.几乎比伽 里略早一个世纪, 里略早一个世纪,文艺复兴时 期的意大利美术大师,力学家, 期的意大利美术大师,力学家, 工程师达芬奇 芬奇( 工程师达 芬奇(1452~1519) ~ ) 就应用虚位移原理的概念研究 过起重机具上的滑轮和杠杆系 ),并做过铁丝 统(图1.5-4),并做过铁丝 ), 的拉伸实验. 的拉伸实验.

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图1 达芬奇的滑轮和杠杆系统 芬奇的滑轮和杠杆系统

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在我国, 在我国,有关材料力学的生产实践活动更是 源远流长.早在春秋战国时代, 源远流长.早在春秋战国时代,人们已经知道怎 样建造大型的建筑工程和水利工程. 样建造大型的建筑工程和水利工程.雄伟壮观的 万里长城,显示了中华民族的智慧和魄力. 万里长城,显示了中华民族的智慧和魄力.驰名 中外的都江堰至今仍造福于川西人民; 中外的都江堰至今仍造福于川西人民;

万里长城

都江堰水利工程

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公元卅一年, 公元卅一年,即 东汉建武七年, 东汉建武七年,杜诗 创作了水排, 创作了水排,表明人 们已经很清楚地知道 如何用拉压杆, 如何用拉压杆,弯曲 梁,扭转轴等构件才 能创造出一个完整的 工程结构. 工程结构. 杜诗创作的水排

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公元600年前后,隋大 年前后, 公元 年前后 业年间, 业年间,出色的工匠李春利 用石料耐压不耐拉的特性, 用石料耐压不耐拉的特性, 主持建造了跨长37.37米, 主持建造了跨长 米 拱圈矢高为7.23米的拱桥, 米的拱桥, 拱圈矢高为 米的拱桥 跨越河北赵县的洨河上, 跨越河北赵县的洨河上,称 为安济桥,俗称赵州桥. 为安济桥,俗称赵州桥.在 国际桥梁史上, 国际桥梁史上,它的设计与 工艺之新为当时世界之冠. 工艺之新为当时世界之冠. 主拱上的小拱不仅便于排水, 主拱上的小拱不仅便于排水, 而且表明工匠李春对节省材 料,减轻自身重量的效应已 有清楚的认识. 有清楚的认识.

赵州桥

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1056年用纯木结构建造的山西应县木塔 年用纯木结构建造的山西应县木塔

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巧夺天工的梁柱结构——这是北京天坛的 这是北京天坛

的 巧夺天工的梁柱结构 祈年殿和殿顶

北京天坛祈年殿和殿顶

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中国古代人民在建筑史上的辉煌成就,不但 中国古代人民在建筑史上的辉煌成就, 说明我们的祖先在建筑构造学方面有丰富的知识, 说明我们的祖先在建筑构造学方面有丰富的知识, 而且有构件强度计算方面的大量经验总结. 而且有构件强度计算方面的大量经验总结."营 造法式"撰写于公元1103年,北宋崇武二年,是 造法式"撰写于公元 年 北宋崇武二年, 建筑学家李诫的名著, 建筑学家李诫的名著,书中完整的总结了建筑设 结构,用料和施工的"规范" 计,结构,用料和施工的"规范".全书分五个 部分, 部分,共36卷,357篇,3555条,文图并茂,洋 卷 篇 条 文图并茂, 洋大观.书中对构件尺寸做了十分详细的规定, 洋大观.书中对构件尺寸做了十分详细的规定, 给出许多经验公式,其中写到" 给出许多经验公式,其中写到"凡梁之大小各随 其广分为三分,以二分为厚" 其广分为三分,以二分为厚".意思是房梁要从 园木中截取高与宽之比为3比2的矩形最合理.这 园木中截取高与宽之比为 比 的矩形最合理. 的矩形最合理 与材料力学分析的结论基本吻合. 与材料力学分析的结论基本吻合.

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《营造法式》 营造法式》

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17世纪后期到 世纪初,是 世纪后期到19世纪初 世纪后期到 世纪初, 这门学科发展的极盛时期, 这门学科发展的极盛时期,英国 虎克在 科学家虎克 科学家虎克在1678年发表了他 年发表了他 的重要物理定律, 的重要物理定律,即人们熟悉的 虎克定律. 虎克定律.此图所示为虎克实验 用装置,虎克发现,杆或弹簧在 用装置,虎克发现, 拉力作用下,伸长DL与拉力 与拉力P成 拉力作用下,伸长 与拉力 成 正比. 正比.

胡克实验用装置

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17世纪马里沃特(Mariotte 1620~1680)作 世纪马里沃特( 世纪马里沃特 ~ ) 了木材的拉伸实验,并已开始研究梁的弯曲实验. 了木材的拉伸实验,并已开始研究梁的弯曲实验.

马里沃特的实验

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此后法国的科学家泊松; 此后法国的科学家泊松;法国的力学家圣维 南;以及法国的力学家工程师纳维埃等等都对弯 曲理论,扭转理论, 曲理论,扭转理论,稳定理论以及材料实验作出 卓越的贡献,丰富, 卓越的贡献,丰富,发展和完善了材料力学这门 学科,他们对科学的献身精神为后人所敬仰. 学科,他们对科学的献身精神为后人所敬仰.这 里特别提出瑞士的数学家,力学家欧拉, 岁取 里特别提出瑞士的数学家,力学家欧拉,16岁取 得硕士学位,他的一生对数学, 得硕士学位,他的一生对数学,刚体力学以及材 料力学中的弹性线,稳定理论等都有重大贡献, 料力学中的弹性线,稳定理论等都有重大贡献, 世纪著述最多的科学家, 是18世纪著述最多

的科学家,晚年双目失明,由 世纪著述最多的科学家 晚年双目失明, 助手笔录完成了400多篇论文. 多篇论文. 助手笔录完成了 多篇论文

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泊松

圣维南

纳维埃

欧拉

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欧拉研究的弹性线

十九世纪初的铸铁压缩实验

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19世纪到 世纪以来,铁路,桥梁的发展以 世纪到20世纪以来 铁路, 世纪到 世纪以来, 及钢铁和其他新材料的出现, 及钢铁和其他新材料的出现,向力学工作者提出 了更广泛更深入的研究课题, 了更广泛更深入的研究课题,使得力学的分工越 来越细,出现了更多的以材料力学,结构力学, 来越细,出现了更多的以材料力学,结构力学, 弹性力学和塑性力学为基础的固体力学分支, 弹性力学和塑性力学为基础的固体力学分支,例 如计算力学,断裂力学,疲劳,粘弹性力学, 如计算力学,断裂力学,疲劳,粘弹性力学,散 体力学,复合材料力学,实验固体力学等等. 体力学,复合材料力学,实验固体力学等等.而 这些学科的发展反过来促进了宇宙飞行, 这些学科的发展反过来促进了宇宙飞行,石油勘 喷气技术, 探,喷气技术,大型水利工程等的一系列力学问 题的解决. 题的解决.

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固体力学分支图 中华人民共和国国家标准:学科分类与代码》 《中华人民共和国国家标准:学科分类与代码》

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与此同时,造就了一批知名的力学家. 与此同时,造就了一批知名的力学家.有 英国力学家瑞利;德国的工程师,教授莫尔; 英国力学家瑞利;德国的工程师,教授莫尔; 俄国的儒拉夫斯基; 俄国的儒拉夫斯基;瑞士的物理学家里兹以及 美籍俄罗斯力学家,教授铁木生柯等等. 美籍俄罗斯力学家,教授铁木生柯等等.铁木 生柯的一生编著了《材料力学》,《结构力 生柯的一生编著了《材料力学》 弹性稳定理论》 学》,《弹性稳定理论》,《工程中的振动问 材料力学发展史》等二十多种书籍, 题》和《材料力学发展史》等二十多种书籍, 均可列为力学名著. 均可列为力学名著.

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莫尔创造的莫尔圆

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铁木生柯教授的专著

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还有对流体力学和塑性壳体理论作出重大贡献 的近代力学奠基人卡门; 的近代力学奠基人卡门;我国著名的科学家和力 学家钱学森;伟大的地质学家, 学家钱学森;伟大的地质学家,地质力学的开创 者李四光等等. 者李四光等等.

著名的科学家钱学森

伟大的地质学家李四光