材料力學

本套教材包括《材料力學》主教材、相配套的多媒體課堂教學課件及規範化練習冊。

本教材根據21世紀我國高等教育新的培養計劃對材料力學課程的內容加以精選，考慮到機械類應用型本科院校生源的實際情況，在保證基礎的前提下廣泛涉及諸多工程實踐，強化對學生工程應用能力的培養。

全教材共13章內容。前6章為材料力學基礎與基本變形，第7、8兩章為應力狀態分析與組合變形，第9章為壓桿穩定，第10章為構件的疲勞強度，第11章為能量法，第12章為靜不定問題分析，第13章為非金屬材料的力學性能簡介。各章均附有思考題與習題，並在書末附有答案。本教材的推薦學時數為56～80學時。

本教材適用於應用型本科機械、包裝、土木、航空、航天、裝備、製造、地質、採礦、冶金、材料專業學生學習之用。

第1章 緒論 1

1.1 材料力學的任務與研究對象 1

1.1.1 材料力學的任務 1

1.1.2 材料力學的研究對象 2

1.2 材料力學的基本假設 2

1.3 外力與內力 4

1.4 應力與應變 5

1.5 桿件變形的基本形式 7

思考題 8

習題 8

第2章 軸向拉壓與材料的力學性能 11

2.1 引言 11

2.2 拉壓桿的內力與應力 12

2.2.1 軸力與軸力圖 12

2.2.2 橫截面上的應力 13

2.2.3 聖維南原理 14

2.2.4 拉壓桿斜截面上的應力 15

2.3 材料拉伸與壓縮時的力學性能 17

2.3.1 拉伸試驗與應力[CD*2]應變曲線 17

2.3.2 低碳鋼拉伸時的力學性能 19

2.3.3 卸載與再載入規律 20

2.3.4 材料的塑性 21

2.3.5 其他材料拉伸時的力學性能 21

2.3.6 複合材料與高分子材料的拉伸力學性能 22

2.3.7 材料在壓縮時的力學性能 23

2.3.8 應力集中 24

2.4 拉壓桿的強度計算 25

2.4.1 失效與許用應力 25

2.4.2 強度條件 26

2.5 拉壓桿的變形計算 29

2.5.1 拉壓桿的軸向變形與胡克定律 29

2.5.2 拉壓桿的橫向變形與泊松比 29

2.5.3 軸向拉壓時的應變能 32

2.6 簡單拉壓靜不定問題 33

2.6.1 靜不定問題分析 33

2.6.2 熱應力與預應力 36

2.7 連接件的強度計算 37

2.7.1 剪切與剪切強度條件 37

2.7.2 擠壓與擠壓強度計算 38

思考題 41

習題 42

第3章 扭轉 47

3.1 引言 47

3.2 扭力偶矩、扭矩與扭矩圖 48

3.3 薄壁圓筒扭轉試驗與剪切胡克定律 50

3.4 圓軸扭轉的應力與變形 52

3.4.1 試驗與假設 52

3.4.2 圓軸扭轉切應力的一般公式 53

3.4.3 最大扭轉切應力 54

3.4.4 圓軸的扭轉變形 55

3.5 圓軸扭轉時的強度條件與剛度條件 56

3.6 圓柱形密圈螺旋彈簧的應力與變形 61

3.7 非圓截面軸扭轉 64

思考題 66

習題 67

第4章 彎曲內力 70

4.1 引言 70

4.2 梁的計算簡圖 71

4.3 彎曲內力及內力圖 72

4.3.1 梁橫截面上的內力——剪力與彎矩 72

4.3.2 剪力圖與彎矩圖 74

4.4 剪力、彎矩與載荷集度間的微分關係 79

4.5 平面剛架與曲桿的內力 83

思考題 85

習題 85

第5章 彎曲應力 90

5.1 彎曲正應力 90

5.1.1 試驗與假設 90

5.1.2 彎曲正應力的一般公式 91

5.1.3 最大彎曲正應力 93

5.1.4 彎曲正應力公式的適用範圍 94

5.2 彎曲切應力簡介 95

5.2.1 矩形截面梁的彎曲切應力 96

5.2.2 圓形截面的彎曲切應力 98

5.2.3 薄壁截面梁的彎曲切應力 98

5.2.4 彎曲正應力與彎曲切應力的比較 99

5.3 彎曲強度條件及其應用 100

5.3.1 彎曲正應力強度條件 100

5.3.2 彎曲切應力強度條件 101

5.4 提高梁彎曲強度的主要措施 106

思考題 109

習題 109

第6章 彎曲變形 114

6.1 引言 114

6.2 確定梁位移的積分法 115

6.2.1 撓曲線微分方程 115

6.2.2 積分法求梁的變形 116

6.3 確定梁位移的疊加法 119

6.4 梁的剛度條件及合理設計 124

6.5 簡單靜不定梁 125

思考題 129

習題 129

第7章 應力狀態與強度理論 132

7.1 引言 132

7.2 平面應力狀態分析的解析法 135

7.3 平面應力狀態分析的幾何法——應力圓 138

7.4 三嚮應力狀態下的最大應力 142

7.5 廣義胡克定律 144

7.6 複雜應力狀態下的應變能與畸變能 147

7.7 強度理論概述 148

思考題 153

習題 154

第8章 組合變形 157

8.1 引言 157

8.2 拉（壓）彎組合變形 158

8.2.1 桿件同時承受橫向力與軸向力作用 158

8.2.2 偏心拉(壓) 160

*8.2.3 截面核心 162

8.3 彎曲與扭轉的組合 163

思考題 168

習題 169

第9章 壓桿穩定 173

9.1 引言 173

9.2 細長壓桿的臨界載荷 174

9.2.1 兩端鉸支細長壓桿的臨界載荷 175

9.2.2 大撓度理論與實際壓桿 176

9.2.3 兩端非鉸支細長壓桿的臨界載荷 177

9.2.4 歐拉公式的一般形式 178

9.3 壓桿的臨界應力 179

9.4 壓桿的穩定條件與合理設計 182

9.4.1 壓桿的穩定條件 182

9.4.2 折減係數法 183

9.4.3 壓桿的合理設計 184

思考題 186

習題 186

第10章 構件的疲勞強度 189

10.1 引言 189

10.2 交變應力的描述及其分類 190

10.3 S-N曲線與材料的疲勞極限 192

10.4 影響構件疲勞極限的因素 193

10.5 構件的疲勞強度計算與提高構件疲勞強度的途徑 197

10.5.1 對稱循環應力下構件的疲勞強度條件 197

10.5.2 非對稱循環應力下構件的疲勞強度條件 197

10.5.3 彎扭組合交變應力下構件的疲勞強度條件 198

10.5.4 提高構件疲勞強度的途徑 201

思考題 201

習題 202

第11章 能量法 204

11.1 外力功與應變能的一般表達式 204

11.1.1 外力功的計算 204

11.1.2 應變能的計算 205

11.1.3 互等定理 207

11.2 變形體虛功原理 208

11.3 單位載荷法 209

11.4 衝擊應力分析 214

11.4.1 鉛垂衝擊應力分析 214

11.4.2 水平衝擊應力分析 216

11.4.3 吊索衝擊應力分析 217

11.4.4 扭轉衝擊應力分析 218

*11.5 構件加速運動時的動應力分析 219

11.5.1 構件作加速直線平動時的動應力分析 219

11.5.2 構件轉動時的動應力分析 220

思考題 221

習題 222

第12章 靜不定問題分析 226

12.1 引言 226

12.2 用力法分析求解靜不定問題 227

12.2.1 外力靜不定結構分析 227

12.2.2 內力靜不定結構分析 230

12.3 對稱與反對稱靜不定問題分析 232

12.3.1 結構對稱、載荷對稱的靜不定結構分析 233

12.3.2 結構對稱、載荷反對稱的靜不定結構分析 236

12.3.3 平面靜不定剛架空間受力分析 238

思考題 240

習題 240

第13章 非金屬材料的力學性能簡介 243

13.1 複合材料的力學性能 243

13.1.1 引言 243

13.1.2 複合材料的縱向力學性能 244

13.1.3 複合材料的橫向力學性能與面內切變模量 248

13.1.4 短纖維複合材料的力學性能 250

13.2 聚合物的力學性能 255

13.2.1 聚合物的分類 255

13.2.2 聚合物的力學狀態與轉變 256

13.2.3 聚合物的力學性能 257

13.3 陶瓷材料的力學性能 261

13.3.1 陶瓷材料的彈性性能 261

13.3.2 陶瓷材料的疲勞與抗熱震性 263

思考題 265

附錄A 平面圖形的常用幾何性質 266

A.1 平面圖形的靜矩與形心 266

A.2 慣性矩、慣性積、慣性半徑與極慣性矩 269

A.3 慣性矩的平行軸公式 273

思考題 274

習題 275

附錄B 單位制及數值精度 277

附錄C 型鋼規格表 279

習題答案 292

參考文獻 301