目录
第3 版前言
第2 版前言
第1 版前言
工程力学课程总论
0. 1 工程力学课程内容及其在工程设计中的
作用 1
0. 2 工程力学的研究模型 5
0. 3 工程力学课程的分析方法 5
第1 篇 工程静力学
第1 章 工程静力学基础 8
1. 1 力和力矩 8
1. 1. 1 力的概念 8
1. 1. 2 作用在刚体上的力的效应与力的
可传性 9
1. 1. 3 力对点之矩 9
1. 1. 4 力系的概念 11
1. 1. 5 合力矩定理 11
1. 2 力偶及其性质 12
1. 2. 1 力偶 12
1. 2. 2 力偶的性质 13
1. 2. 3 力偶系及其合成 13
1. 3 约束与约束力 14
1. 3. 1 约束与约束力的概念 14
1. 3. 2 柔性约束 14
1. 3. 3 光滑刚性面约束 15
1. 3. 4 光滑铰链约束 15
1. 3. 5 滑动轴承与推力轴承 17
1. 4 平衡的概念 17
1. 4. 1 二力平衡与二力构件 17
1. 4. 2 不平行的三力平衡条件 19
1. 4. 3 加减平衡力系原理 19
1. 5 受力分析方法与过程 19
1. 5. 1 受力分析概述 19
1. 5. 2 受力图绘制方法应用举例 20
1. 6 结论与讨论 22
1. 6. 1 关于约束与约束力 22
1. 6. 2 关于受力分析 22
1. 6. 3 关于二力构件 23
1. 6. 4 关于工程静力学中某些原理的
适用性 23
习题 24
第2 章 力系的简化 27
2. 1 力系等效与简化的概念 27
2. 1. 1 力系的主矢与主矩 27
2. 1. 2 力系等效的概念 27
2. 1. 3 力系简化的概念 28
2. 2 力系简化的基础———力向一点平移
定理 28
2. 3 平面力系的简化 29
2. 3. 1 平面汇交力系与平面力偶系的
简化结果 29
2. 3. 2 平面一般力系向一点简化 29
2. 3. 3 平面力系的简化结果 30
2. 4 固定端约束的约束力 32
2. 5 结论与讨论 33
2. 5. 1 关于力的矢量性质的讨论 33
2. 5. 2 关于平面力系简化结果的讨论 33
2. 5. 3 关于实际约束的讨论 33
习题 33
第3 章 工程构件的静力学平衡问题 36
3. 1 平面力系的平衡条件与平衡方程 36
3. 1. 1 平面一般力系的平衡条件与平衡
方程 36
3. 1. 2 平面一般力系平衡方程的其他
形式 40
3. 2 简单的刚体系统平衡问题 42
3. 2. 1 刚体自由度的概念 42
3. 2. 2 刚体系统静定与超静定的概念 43
3. 2. 3 刚体系统的平衡问题的特点与
解法 44
3. 3 考虑摩擦时的平衡问题 47
3. 3. 1 滑动摩擦定律 48
3. 3. 2 考虑摩擦时构件的平衡问题 49
3. 4 结论与讨论 51
3. 4. 1 关于坐标系和力矩中心的选择 51
3. 4. 2 关于受力分析的重要性 51
3. 4. 3 关于求解刚体系统平衡问题时
要注意的几个方面 52
3. 4. 4 摩擦角与自锁的概念 53
3. 4. 5 空间力系平衡条件与平衡方程
简述 55
习题 56
第2 篇 材料力学
第4 章 材料力学的基本概念 61
4. 1 关于材料的基本假定 61
4. 1. 1 均匀连续性假定 61
4. 1. 2 各向同性假定 62
4. 1. 3 小变形假定 62
4. 2 弹性杆件的外力与内力 62
4. 2. 1 外力 62
4. 2. 2 内力 62
4. 2. 3 截面法 内力分量 63
4. 3 弹性体受力与变形特征 64
4. 4 杆件横截面上的应力 65
4. 4. 1 正应力与切应力的定义 65
4. 4. 2 正应力､切应力与内力分量之间的
关系 65
4. 5 正应变与切应变 66
4. 6 线弹性材料的应力-应变关系 67
4. 7 杆件受力与变形的基本形式 67
4. 7. 1 拉伸或压缩 67
4. 7. 2 剪切 67
4. 7. 3 扭转 67
4. 7. 4 平面弯曲 68
4. 7. 5 组合受力与变形 68
4. 8 结论与讨论 69
4. 8. 1 关于工程静力学模型与材料力学
模型 69
4. 8. 2 关于弹性体受力与变形特点 69
4. 8. 3 关于工程静力学概念与原理在
材料力学中的可用性与限制性 69
习题 69
第5 章 杆件的内力图 71
5. 1 基本概念与基本方法 71
5. 1. 1 整体平衡与局部平衡的概念 71
5. 1. 2 杆件横截面上的内力与外力的
相依关系 71
5. 1. 3 控制面 72
5. 1. 4 杆件内力分量的正负号规则 72
5. 1. 5 截面法确定指定横截面上的内力
分量 72
5. 2 轴力图与扭矩图 73
5. 2. 1 轴力图 73
5. 2. 2 扭矩图 75
5. 3 剪力图与弯矩图 76
5. 3. 1 剪力方程与弯矩方程 76
5. 3. 2 载荷集度､剪力､弯矩之间的
微分关系 78
5. 3. 3 剪力图与弯矩图的绘制 79
5. 4 结论与讨论 82
5. 4. 1 几点重要结论 82
5. 4. 2 正确应用力系简化方法确定控制
面上的内力分量 83
∗5. 4. 3 剪力､弯矩与载荷集度之间的
微分关系的证明 83
习题 84
第6 章 拉压杆件的应力变形分析与
强度设计 86
6. 1 拉伸与压缩杆件的应力与变形 86
6. 1. 1 应力计算 86
6. 1. 2 变形计算 87
6. 2 拉伸与压缩杆件的强度设计 92
6. 2. 1 强度设计准则､安全因数与许用
应力 92
6. 2. 2 三类强度计算问题 93
6. 2. 3 强度设计准则应用举例 93
6. 3 拉伸与压缩时材料的力学性能 95
6. 3. 1 材料拉伸时的应力-应变曲线 95
6. 3. 2 韧性材料拉伸时的力学性能 96
6. 3. 3 脆性材料拉伸时的力学性能 97
6. 3. 4 强度失效概念与失效应力 97
6. 3. 5 压缩时材料的力学性能 98
6. 4 结论与讨论 99
6. 4. 1 本章的主要结论 99
6. 4. 2 关于应力和变形公式的应用
条件 99
∗6. 4. 3 关于加力点附近区域的应力
分布 100
∗6. 4. 4 关于应力集中的概念 100
∗6. 4. 5 拉伸和压缩超静定问题简述 101
习题 103
第7 章 梁的强度问题 106
7. 1 工程中的弯曲构件 106
7. 2 与应力分析相关的截面图形几何
性质 107
7. 2. 1 静矩､形心及其相互关系 107
7. 2. 2 惯性矩､极惯性矩､惯性积､
惯性半径 109
7. 2. 3 惯性矩与惯性积的移轴定理 110
7. 2. 4 惯性矩与惯性积的转轴定理 111
7. 2. 5 主轴与形心主轴､主惯性矩与
形心主惯性矩 111
7. 3 平面弯曲时梁横截面上的正应力 113
7. 3. 1 平面弯曲与纯弯曲的概念 113
7. 3. 2 纯弯曲时梁横截面上正应力
分析 114
7. 3. 3 梁的弯曲正应力公式的应用与
推广 117
7. 4 平面弯曲曲率与正应力公式应用
举例 118
7. 5 梁的强度计算 121
7. 5. 1 梁的失效判据 121
7. 5. 2 梁的弯曲强度计算准则 121
7. 5. 3 梁的弯曲强度计算步骤 122
7. 6 斜弯曲 126
7. 7 弯矩与轴力同时作用时横截面上的
正应力 128
7. 8 结论与讨论 131
7. 8. 1 关于弯曲正应力公式的应用
条件 131
7. 8. 2 弯曲切应力的概念 131
7. 8. 3 关于截面的惯性矩 132
7. 8. 4 提高梁强度的措施 132
习题 134
第8 章 梁的位移分析与刚度设计 139
8. 1 基本概念 139
8. 1. 1 梁弯曲后的挠度曲线 139
8. 1. 2 梁的挠度与转角 140
8. 1. 3 梁的位移与约束密切相关 140
8. 1. 4 梁的位移分析的工程意义 141
8. 2 小挠度微分方程及其积分 142
8. 2. 1 小挠度曲线微分方程 142
8. 2. 2 积分常数的确定 约束条件与连续
条件 143
8. 3 工程中的叠加法 145
8. 3. 1 叠加法应用于多个载荷作用的
情形 145
8. 3. 2 叠加法应用于间断性分布载荷
作用的情形 147
8. 4 简单的超静定梁 148
8. 4. 1 求解超静定梁的基本方法 148
8. 4. 2 几种简单的超静定问题示例 148
8. 5 梁的刚度设计 149
8. 5. 1 刚度设计准则 149
8. 5. 2 刚度设计举例 150
8. 6 结论与讨论 152
8. 6. 1 关于变形和位移的相依关系 152
8. 6. 2 关于梁的连续光滑曲线 152
∗ 8. 6. 3 关于求解超静定问题的讨论 152
8. 6. 4 关于求解超静定结构特性的
讨论 153
8. 6. 5 提高刚度的途径 154
习题 156
第9 章 圆轴扭转时的应力变形分析与
强度刚度设计 159
9. 1 工程上传递功率的圆轴及其扭转
变形 159
9. 2 切应力互等定理 159
9. 3 圆轴扭转时的切应力分析 160
9. 3. 1 变形协调方程 161
9. 3. 2 弹性范围内的切应力-切应变
关系 161
9. 3. 3 静力学方程 161
9. 3. 4 圆轴扭转时横截面上的切应力
表达式 162
9. 4 承受扭转时圆轴的强度设计与刚度
设计 165
9. 4. 1 扭转试验与扭转破坏现象 165
9. 4. 2 扭转强度设计 166
9. 4. 3 抗扭刚度设计 168
9. 5 结论与讨论 169
9. 5. 1 关于圆轴强度与刚度设计 169
9. 5. 2 矩形截面杆扭转时的切应力 169
习题 171
第10 章 复杂受力时构件的强度
设计 174
10. 1 基本概念 174
10. 1. 1 什么是应力状态, 为什么要研究
应力状态 174
10. 1. 2 应力状态分析的基本方法 175
10. 1. 3 建立复杂受力时失效判据的
思路与方法 175
10. 2 平面应力状态分析———任意方向面
上应力的确定 176
10. 2. 1 方向角与应力分量的正负号
约定 176
10. 2. 2 微元的局部平衡方程 177
10. 2. 3 平面应力状态中任意方向面上
的正应力与切应力 177
10. 3 应力状态中的主应力与最大切
应力 178
10. 3. 1 主平面､主应力与主方向 178
10. 3. 2 平面应力状态的三个主应力 179
10. 3. 3 面内最大切应力与一点的最大
切应力 179
10. 4 分析应力状态的应力圆方法 183
10. 4. 1 应力圆方程 183
10. 4. 2 应力圆的画法 183
10. 4. 3 应力圆的应用 184
10. 5 复杂应力状态下的应力-应变关系 应变
能密度 186
10. 5. 1 广义胡克定律 186
10. 5. 2 各向同性材料各弹性常数之间
的关系 187
10. 5. 3 总应变能密度 188
10. 5. 4 体积改变能密度与畸变能
密度 188
10. 6 复杂应力状态下的强度设计准则 189
10. 6. 1 最大拉应力准则 189
∗10. 6. 2 最大拉应变准则 190
10. 6. 3 最大切应力准则 191
10. 6. 4 畸变能密度准则 191
10. 7 圆轴承受弯曲与扭转共同作用时的
强度计算 193
10. 7. 1 计算简图 193
10. 7. 2 危险点及其应力状态 194
10. 7. 3 强度设计准则与设计公式 195
10. 8 薄壁容器强度设计简述 198
10. 8. 1 环向应力与纵向应力 198
10. 8. 2 强度设计简述 199
10. 9 结论与讨论 201
10. 9. 1 关于应力状态的几点重要
结论 201
10. 9. 2 平衡方法是分析应力状态最
重要､最基本的方法 201
10. 9. 3 正确应用广义胡克定律 202
10. 9. 4 应用强度设计准则需要注意的
几个问题 202
习题 203
第11 章 压杆的稳定性分析与设计 206
11. 1 弹性平衡稳定性的基本概念 206
11. 1. 1 平衡状态的稳定性和不
稳定性 206
11. 1. 2 临界状态与临界载荷 207
11. 1. 3 三种类型的压杆的不同临界
状态 207
11. 2 细长压杆的临界载荷———欧拉
临界力 207
11. 2. 1 两端铰支的细长压杆 207
11. 2. 2 其他刚性支承细长压杆临界
载荷的通用公式 209
11. 3 长细比的概念 三类不同压杆的
判断 210
11. 3. 1 长细比的定义与概念 210
11. 3. 2 三类不同压杆的区分 210
11. 3. 3 三类压杆的临界应力公式 211
11. 3. 4 临界应力总图与λp ､λs 值的
确定 211
11. 4 压杆的稳定性设计 212
11. 4. 1 压杆稳定性设计内容 212
11. 4. 2 安全因数法与稳定性设计
准则 212
11. 4. 3 压杆稳定性设计过程 213
11. 5 压杆稳定性分析与稳定性设计
示例 213
11. 6 结论与讨论 218
11. 6. 1 稳定性计算的重要性 218
11. 6. 2 影响压杆承载能力的因素 218
11. 6. 3 提高压杆承载能力的主要
途径 219
11. 6. 4 稳定性计算中需要注意的几个
重要问题 220
习题 221
第12 章 动载荷与疲劳强度简述 224
12. 1 等加速直线运动时构件上的动载荷
与动应力 224
12. 2 旋转构件的受力分析与动应力
计算 225
12. 3 冲击载荷与冲击应力计算 228
12. 3. 1 计算冲击载荷的基本假定 228
12. 3. 2 机械能守恒定律的应用 229
12. 3. 3 冲击动荷因数 230
12. 4 疲劳强度概述 234
12. 4. 1 交变应力的名词和术语 234
12. 4. 2 疲劳失效特征 236
12. 4. 3 疲劳极限与应力-寿命曲线 238
12. 5 影响疲劳寿命的因素 239
12. 5. 1 应力集中的影响———有效应力
集中因数 239
12. 5. 2 零件尺寸的影响———尺寸
因数 240
12. 5. 3 表面加工质量的影响———表面
质量因数 240
12. 6 有限寿命设计与无限寿命设计 240
12. 6. 1 基本概念 240
12. 6. 2 无限寿命设计方法简述 241
12. 6. 3 等幅对称应力循环下的工作安全
因数 241
12. 7 结论与讨论 242
12. 7. 1 不同情形下动荷因数具有不同的
形式 242
12. 7. 2 运动物体突然制动时的动载荷与
动应力 242
12. 7. 3 提高构件疲劳强度的途径 242
习题 243
附录 245
附录A 型钢表(GB/ T 706—2008) 245
附录B 习题答案 260
附录C 索引 264
参考文献 268