§1-1　材料力学的研究对象与任务

为了方便，习惯上把组成机械的零部件或结构工程中的构件统称为构件。显然这些基本受力单元的形状是各种各样的。材料力学只讨论那些在一个方向上尺寸占优势的一维构件，即杆件。例如图1-1所示桥式起重机的主梁、钢丝绳和图1-2所示悬臂吊车架的横梁AB、斜杆CD。两个方向的尺寸占优势的二维构件（板、壳）和三维构件（如水坝）将在弹性力学中讨论。

图　1-1

图　1-2

按横截面的面积是否变化可将杆件分为等截面杆[图1-3（a）、（b）]和变截面杆[图1-3（c）]。按轴线是直线还是曲线可将杆件分为直杆[图1-3（a）、（c）、（d）]和曲杆[图1-3（b）]。本教材中，如未作说明，构件即认为是等截面直杆。

为使构件能够安全可靠地工作，首先要求其具有足够的抵抗破坏的能力。例如储气罐在额定压力范围内不能爆炸；起重机的钢丝绳在额定起吊范围内不能断裂；传动系中的齿轮轴不能断裂等。通常将构件抵抗破坏的能力称为强度。其次，对于某些构件，还要求其具有足够的抵抗变形的能力。如机床主轴的变形不应过大，否则就会影响加工精度。构件抵抗变形的能力称为刚度。实践中还发现，某些构件在特定外载如压力作用下，应具有足够的保持其原有平衡状态的能力。例如千斤顶的螺杆、内燃机的挺杆等。构件保持其原有平衡状态的能力称为稳定性。构件的强度、刚度和稳定性问题是材料力学所要研究的主要内容。

虽然在大多数情况下，希望构件具有足够的强度、刚度或稳定性，但有时也利用其相反的特性。例如，压力锅的易熔片在排气阀失灵而锅内压力达到一定值时，必须熔断；汽车座椅下的弹簧必须产生足够的变形才能起到缓冲的作用，从而保证乘客的舒适性。

此外还要说明的是，对于一个具体的构件，并不总是要求其能够同时满足上述三个要求，例如传动轴，只需按照强度和刚度要求设计；不过，对于一些特殊的构件，还会提出一些特殊的要求，如耐磨要求、耐冲击要求等。

图　1-3

由于构件的强度、刚度和稳定性问题均与所用材料的力学性能有关，所以材料力学同样关注不同的材料所具有的不同的力学性能，以扬长避短，趋利避害。

显然构件的设计除了要满足强度、刚度或稳定性方面的要求外，还应尽可能地合理选用材料和节省材料，从而降低制造成本并减轻自重。

综上所述，材料力学研究各种材料组成的构件在外力作用下变形与破坏的规律，为合理设计构件提供有关强度、刚度和稳定性方面的基本理论与方法。

虽然对于大多数等截面杆件，借助于理论分析可以完成其强度、刚度和稳定性方面的设计，但在某些情况下，例如构件的横截面发生突然变化或受载比较复杂的情况，理论分析会面临很大的困难，而要借助于实验研究。此外某些理论分析的结果也需要经过实验验证。因此实验研究和理论分析一样，在材料力学中占有非常重要的地位。