材料力学、结构力学基本假定逻辑关系

假定名称材料力学
(Mechanics of Materials)
结构力学
(Structural Mechanics)
逻辑关系
连续性假定材料是连续的(无空隙、无缺陷)应力、应变在物体内连续分布。继承: 同样假定组成结构的材料是连续的。完全相同: 这是所有连续介质力学(固体力学、流体力学)的基石。
均匀性假定材料在物体内各点具有相同的力学性质(弹性模量E、泊松比ν等)。继承+放宽: 通常假定组成结构的材料是均匀的。但在分析组合结构(如钢-混凝土),允许不同构件或不同区域材料性质不同。基本相同,但结构力学更灵活: 材料力学通常针对单一均质构件。结构力学处理由多种均质材料组成的结构时,其均匀性是指每个构件或材料区域内部均匀。
各向同性假定材料在各个方向上具有相同的力学性质。继承+放宽: 通常假定材料是各向同性的。但在分析特定结构(如复合材料结构、正交各向异性板)时,会考虑各向异性。基本相同,但结构力学可处理各向异性: 材料力学基础理论基于各向同性。结构力学理论框架本身允许引入各向异性本构关系。
线弹性假定 (小变形)核心基础: 应力与应变满足线性关系(胡克定律),且变形量远小于构件原始尺寸。是推导大多数基本公式(如弯曲正应力、扭转剪应力公式)的前提。应用: 是线弹性结构分析(绝大多数基础结构分析课程内容)的核心基础。用于求解静定和超静定结构的内力与变形。核心继承与核心应用: 两者都高度依赖此假定进行理论推导和计算。是连接微观材料行为与宏观结构响应的桥梁。 结构力学的线性分析完全建立在此假定之上。
平截面假定 (梁弯曲)核心专属: 梁发生纯弯曲变形时,横截面保持平面且垂直于变形后的轴线。是推导梁弯曲正应力公式 (σ = My/I) 的关键。抽象化/内化: 不再显式强调此假定,而是将其隐含在“梁单元”或“杆件”的力学模型定义中。默认杆件在弯曲时服从此规律(基于材料力学结论)。逻辑关键点: 材料力学微观推导了此假定下的应力分布。结构力学将此结论抽象化为梁/杆构件的基本力学行为模型,直接使用其结论(内力-变形关系、截面特性)。结构力学依赖于此假定的正确性,但不再重复推导。
小变形假定重要前提: 构件变形(位移、转角)远小于其原始尺寸。用于忽略几何非线性,简化平衡方程(在原始构型建立平衡)和应变定义。核心基础:不仅是材料性质线性的前提,更是结构几何线性分析的前提:
* 内力分析可在未变形结构上进行。
* 叠加原理成立。
* 结构位移很小,不影响力的作用线和结构几何构成。
继承与强化: 材料力学需要它简化单个构件的分析。结构力学更加强调其全局意义,它是进行常规结构内力分析(静定、力法、位移法)和保证解的唯一性、应用叠加原理的绝对必要条件。没有小变形假定,超静定结构分析方法(力法、位移法)将失效。
结构/构件理想化假定主要关注单一、标准构件(杆、轴、梁)。核心扩展:
* 结点假定: 理想化构件连接点(铰结点、刚结点、组合结点),明确力的传递方式和约束条件。
* 支座假定: 理想化结构与基础的连接(固定铰、滑动铰、固定端、定向支座、弹性支座等),明确约束反力的性质和数量。
* 杆件模型: 将构件抽象为只承受特定类型内力的“杆件”:二力杆(仅轴力)、梁(弯、剪、有时轴)、柱(压/拉弯)等。忽略次要变形(如轴力杆的弯曲、梁的轴向变形有时可忽略)。
核心差异: 这是结构力学独有的、核心的假定,使其能够从构件层面上升到系统层面。它定义了结构的计算简图,是分析任何实际结构的第一步,也是结构力学区别于材料力学的显著标志。材料力学基本不涉及结点、支座和复杂杆件系统的理想化。

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对比维度材料力学
(Mechanics of Materials)
结构力学
(Structural Mechanics)
研究对象单个构件(梁、柱、轴等)整体结构(桁架、刚架、拱等)
基本假定侧重材料性质、应力应变关系结构组成、连接方式、外力作用形式
是否包含材料力学假定是(继承使用)是(作为基础)
分析内容内力、应力、应变、变形内力分布、位移、稳定性、动力响应等
假设复杂度较简单(关注材料本身)更复杂(考虑结构整体行为)
数学模型常微分方程、积分法静定/超静定结构分析、矩阵方法、能量法等
是否依赖材料力学

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