工程力學

全書分靜力學和材料力學兩部分。靜力學共5章，內容包括靜力學基本公理、定理，平面匯交力系，平面力偶系，平面任意力系，摩擦；材料力學共10章，內容包括軸向拉伸、壓縮，剪切，扭轉，彎曲，組合變形，交變應力，壓桿穩定。

書後有實驗和附錄。內容包括材料的拉伸實驗、壓縮實驗、扭轉實驗，彈性模量E、切變模量G的測定，電測法及疲勞實驗；附錄包括型鋼規格表、幾種主要材料的機械性能表、習題參考答案及參考文獻。

本書可供高等院校的材料、環境、化工、冶金、地質等工科各專業學生使用，也可供相關專業教師、學生及自學者使用和參考。

為適應高等院校教學改革的發展趨勢，按照高等院校工科非機械類專業的教學大綱和要求，根據全面更新的工程力學課程教學內容和課程體系，依據高等院校加強基礎、淡化專業、分流培養的教學方針，編者結合長期從事理論力學、材料力學、工程力學等課程的教學經驗以及北京市高等學校教育教學改革項目的成果，有針對性地編寫了這本工程力學教材。

編寫本書時，我們對內容進行了精心挑選，注重力學系統的完整性和嚴密性，力求做到主次分明、詳略恰當、難易適中、側重基礎，同時也結合新的工程應用實例，注重培養學生用力學知識解決工程實際問題的能力。實驗部分在驗證實驗的基礎上，增加了綜合性實驗，旨在培養學生理論聯繫實際和解決實際問題的能力。本書適合少學時工程力學教學，針對不同的專業，教師可酌情取捨。

本書可供高等院校的材料、環境、化工、冶金、地質等工科各專業學生使用，也可供相關專業教師、學生及自學者使用和參考。

由於時間倉促，書中難免有不當之處，請讀者不吝賜教。

緒論1

第1篇 靜 力 學

第1章 物體的受力分析4

1.1 靜力學基本概念4

1.1.1 力的概念4

1.1.2 剛體的概念4

1.2 靜力學基本公理5

1.2.1 公理1 二力平衡原理5

1.2.2 公理2 加減平衡力系原理5

1.3 約束和約束力6

1.3.1 約束的概念6

1.3.2 工程中常見的幾種約束及約束力6

1.4 物體的受力分析8

1.4.1 物體的受力分析8

1.4.2 力的分類9

1.4.3 受力圖9

1.4.4 討論12

習題13第2章 平面匯交力系14

2.1 力的分解和力的投影14

2.1.1 力的分解14

2.1.2 力的投影14

2.2 平面匯交力系的合成15

2.2.1 平面匯交力系合成的幾何法15

2.2.2 平面匯交力系合成的解析法16

2.2.3 說明17

2.3 平面匯交力系的平衡條件和平衡方程17

2.3.1 平面匯交力系的平衡條件17

2.3.2 平面匯交力系的平衡方程17

2.3.3 平面匯交力系平衡方程應用說明18

習題20第3章 平面力偶系23

3.1 平面力對點的矩23

3.1.1 平面力對點的矩的實例23

3.1.2 平面力對點的矩23

3.1.3 合力矩定理23

3.2 平面力偶及其性質24

3.2.1 力偶的定義24

3.2.2 力偶的性質24

3.2.3 力偶矩24

3.2.4 同平面內力偶的等效定理25

3.2.5 常見的力偶表示符號25

3.3 平面力偶系的合成和平衡條件26

3.3.1 平面力偶系的概念26

3.3.2 平面力偶系的合成26

3.3.3 平面力偶系的平衡條件27

習題28第4章 平面任意力系31

4.1 平面任意力系的簡化31

4.1.1 力的平移定理31

4.1.2 平面任意力系的簡化32

4.1.3 平面任意力系簡化結果分析33

4.1.4 分佈力系的合力33

4.1.5 關於固定端的約束力34

4.2 平面任意力系的平衡條件和平衡方程35

4.2.1 平面任意力系的平衡條件35

4.2.2 平面任意力系的平衡方程35

4.2.3 平面任意力系平衡方程的其他形式35

4.3 物系的平衡39

4.4 靜定與超靜定的概念43

習題43第5章 摩擦47

引言47

5.1 滑動摩擦47

5.1.1 靜滑動摩擦力47

5.1.2 動滑動摩擦力48

5.2 摩擦角和自鎖現象48

5.2.1 摩擦角48

5.2.2 自鎖現象49

5.2.3 自鎖現象的應用49

5.3 摩擦平衡問題49

習題52

第2篇 材 料 力 學

第6章 材料力學導論54

6.1 材料力學的研究內容和基本假設54

6.1.1 材料力學的研究內容54

6.1.2 材料力學的研究對象55

6.1.3 變形體的基本假設56

6.2 外力及其分類57

6.2.1 外力的概念57

6.2.2 外力的分類57

6.3 內力、截面法和應力的概念58

6.3.1 內力的概念58

6.3.2 截面法求內力58

6.3.3 應力的概念59

6.4 位移與應變的概念60

6.4.1 位移60

6.4.2 應變61

6.5 桿件變形的基本形式62

6.5.1 桿的概念62

6.5.2 桿件變形的基本形式62

習題63第7章 拉伸與壓縮64

7.1 軸向拉伸與壓縮的概念64

7.2 軸向拉壓桿橫截面上的內力和應力65

7.2.1 軸向拉壓桿橫截面上的內力65

7.2.2 軸力圖66

7.2.3 軸向拉壓桿橫截面上的應力66

7.3 材料在拉伸時的力學性能69

7.3.1 拉伸試驗和應力-應變曲線69

7.3.2 低碳鋼拉伸時的力學性能70

7.3.3 表徵材料塑性的兩個物理量--延伸率δ和斷面收縮率Ψ72

7.3.4 材料在卸載和再載入時的力學性能72

7.3.5 其他塑性材料在拉伸時的力學性能73

7.3.6 鑄鐵拉伸時的力學性能73

7.4 材料在壓縮時的力學性能74

7.4.1 低碳鋼的壓縮試驗74

7.4.2 鑄鐵的壓縮試驗74

7.5 失效、安全係數和強度計算75

7.5.1 概念75

7.5.2 強度條件76

7.6 軸向拉伸與壓縮時的變形79

7.6.1 縱向變形和橫向變形的概念79

7.6.2 縱向變形的計算79

7.6.3 橫向變形的計算 泊松比80

7.7 應力集中的概念81

習題82第8章 剪切與擠壓的實用計算86

8.1 剪切86

8.1.1 剪切和剪切變形的概念86

8.1.2 剪力、剪應力和剪切強度條件86

8.2 擠壓88

8.2.1 擠壓的基本概念89

8.2.2 擠壓應力的計算89

8.2.3 擠壓強度條件89

習題91第9章 扭轉93

9.1 扭轉的概念和實例93

9.2 外力偶矩的計算、扭矩和扭矩圖93

9.2.1 外力偶矩的計算93

9.2.2 扭矩和扭矩圖94

9.3 剪應力互等定理、剪切胡克定律96

9.3.1 薄壁圓筒的扭轉97

9.3.2 剪應力互等定理97

9.3.3 剪切胡克定律98

9.4 圓軸扭轉時的應力和強度條件98

9.4.1 圓軸扭轉時的應力98

9.4.2 極慣性矩與抗扭截面係數101

9.4.3 圓軸扭轉的強度條件102

9.5 圓軸扭轉時的變形和剛度條件104

9.5.1 圓軸扭轉時的變形104

9.5.2 圓軸扭轉的剛度條件105

習題106第10章 彎曲內力109

10.1 彎曲的概念和實例109

10.1.1 引例109

10.1.2 彎曲的基本概念109

10.2 受彎桿件的簡化110

10.2.1 梁的載荷110

10.2.2 梁的幾種力學模型111

10.3 剪力和彎矩112

10.3.1 用截面法求彎曲梁橫截面的內力112

10.3.2 剪力和彎矩的符號113

10.4 剪力方程和彎矩方程、剪力圖和彎矩圖113

習題118第11章 彎曲應力119

11.1 純彎曲梁的正應力119

11.1.1 變形的幾何關係119

11.1.2 變形的物理關係121

11.1.3 變形的靜力學研究121

11.1.4 梁的彎曲正應力122

11.2 常用截面的慣性矩、平行移軸公式123

11.2.1 常用截面的慣性矩124

11.2.2 平行移軸定理125

11.3 彎曲正應力的強度條件125

11.4 提高梁彎曲強度的措施128

習題129第12章 彎曲變形133

12.1 梁的撓度和轉角133

12.1.1 彈性曲線133

12.1.2 撓度和轉角133

12.2 彈性曲線的近似微分方程134

12.2.1 彈性曲線的微分方程134

12.2.2 邊界條件135

12.3 疊加法求梁的變形138

12.4 梁的剛度校核141

習題142第13章 組合變形145

13.1 組合變形與疊加原理145

13.1.1 組合變形的概念145

13.1.2 疊加原理146

13.2 組合變形的應力分析146

習題151第14章 交變應力153

14.1 交變應力與疲勞破壞153

14.1.1 交變應力153

14.1.2 疲勞破壞154

14.2 交變應力的循環特徵、應力幅和平均應力155

14.2.1 交變應力的基本參數155

14.2.2 常用的兩種特殊的交變應力156

14.3 對稱循環下構件的持久極限156

14.3.1 對稱循環下的彎曲疲勞試驗157

14.3.2 持久極限158

14.4 影響構件持久極限的主要因素158

14.4.1 構件外形的影響158

14.4.2 構件尺寸的影響160

14.4.3 構件表面質量的影響160

14.5 對稱循環下構件的疲勞強度計算162

14.6 提高構件抗疲勞能力的措施163

14.6.1 採用合理的結構形式，減緩應力集中164

14.6.2 提高構件表面質量，以提高構件的持久極限164

習題164第15章 壓桿穩定165

15.1 壓桿穩定的概念165

15.1.1 壓桿的定義165

15.1.2 壓桿的失穩165

15.1.3 壓桿的臨界載荷166

15.2 細長壓桿的臨界載荷166

15.2.1 兩端鉸支細長壓桿的臨界載荷166

15.2.2 其他支撐條件下壓桿的臨界載荷168

15.3 歐拉公式的適用範圍170

15.3.1 臨界應力和柔度的概念170

15.3.2 歐拉公式的適用範圍171

15.3.3 中柔度桿的臨界應力171

15.3.4 經驗公式的適用範圍172

15.4 壓桿的穩定性設計174

15.4.1 壓桿的穩定條件174

15.4.2 提高壓桿穩定性的措施175

15.4.3 合理選擇材料175

習題176

實 驗

實驗一 材料的拉伸實驗180實驗二 材料的壓縮實驗183實驗三 彈性模量E的測定185實驗四 材料的扭轉實驗187實驗五 切變模量G的測定190實驗六 電測法192實驗七 疲勞實驗196部分實驗設備的介紹199

附 錄

附錄A 型鋼規格表208附錄B 幾種主要材料的機械性能表222附錄C 習題參考答案223參考文獻228