《材料力學(xué)》2015版圖書

本書以工科機械、土木相關(guān)專業(yè)的學(xué)生為讀者對象，亦適合從事設(shè)計的工程技術(shù)人員參考。

前言

第1章 概述 1

第2章 桿件的拉伸與壓縮 14

第3章 連接件的剪切與擠壓 57

第4章 圓軸扭轉(zhuǎn) 76

第5章 梁彎曲內(nèi)力與應(yīng)力 109

第6章 梁彎曲變形及強度和剛度 156

第7章 應(yīng)力狀態(tài)與強度理論 198

第8章 組合變形與強度設(shè)計 236

第9章 壓桿穩(wěn)定 274

第10章 動載荷應(yīng)力與交變應(yīng)力 299

第11章 能量分析法與超靜定系統(tǒng) 336

附錄A 平面圖形的幾何性質(zhì) 372

附錄B 型鋼規(guī)格參數(shù) 380

習(xí)題參考答案 388

參考文獻 398

本書以材料力學(xué)的主干內(nèi)容為脈絡(luò)，介紹材料力學(xué)的知識和應(yīng)用方法。主要內(nèi)容包括：概述、桿件的拉伸與壓縮、連接件的剪切與擠壓、圓軸扭轉(zhuǎn)、梁彎曲內(nèi)力與應(yīng)力、梁彎曲變形及強度和剛度、應(yīng)力狀態(tài)與強度理論、組合變形與強度設(shè)計、壓桿穩(wěn)定、動載荷應(yīng)力與交變應(yīng)力、能量分析方法與超靜定系統(tǒng)等。全書力圖從工程實際出發(fā)，介紹材料力學(xué)的工程應(yīng)用實例。

“材料力學(xué)”是機械與土木類工科學(xué)生必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程。因此，它不但要給學(xué)生介紹材料力學(xué)知識，更要有助于培養(yǎng)學(xué)生的思維方法和解決問題的能力，為培養(yǎng)學(xué)生良好的素質(zhì)打下基礎(chǔ)。材料力學(xué)與實際問題結(jié)合緊密，同時對理論基礎(chǔ)要求比較多。針對應(yīng)用型本科教學(xué)需要，材料力學(xué)教材應(yīng)從實際出發(fā)，引用更多的新鮮實例，提高學(xué)生掌握知識和應(yīng)用知識以及解決問題的能力，同時也能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。因此，有一本合適的教學(xué)參考書對學(xué)好“材料力學(xué)”課程非常重要。

本書第1版自2004年出版以來受到很多教學(xué)第一線的教師和同學(xué)以及業(yè)余讀者的厚愛，已連續(xù)印刷了6次。同時，廣大讀者也提出了一些寶貴的修改要求和具體意見。

著者最近幾年在全國7個大區(qū)（東北在哈爾濱工業(yè)大學(xué)、西北在西北工業(yè)大學(xué)、華北在北京交通大學(xué)、中南在華中科技大學(xué)、西南在重慶大學(xué)、華南在華南理工大學(xué)、華東在南京航空航天大學(xué)）講學(xué)的同時，對我國高等學(xué)?！安牧狭W(xué)”的教學(xué)狀況和對“材料力學(xué)”教材的需求進行了大量調(diào)研，與全國500多名基礎(chǔ)力學(xué)教師以及近2000名同學(xué)交換關(guān)于“材料力學(xué)”教材使用和修改的意見。通過上述調(diào)研，我們進一步認(rèn)識到，當(dāng)初編寫教材的理念基本上是正確的，這就是：在面向21世紀(jì)課程教學(xué)內(nèi)容與體系改革的基礎(chǔ)上，進一步對教學(xué)內(nèi)容加以精選，盡量壓縮教材篇幅，同時進行包括主教材、教學(xué)參考書--教師用書和學(xué)生用書、電子教材--電子教案與電子書等在內(nèi)的教學(xué)資源一體化的設(shè)計，努力為教學(xué)第一線的教師和同學(xué)提供高水平、全方位的服務(wù)。

本書是在上述調(diào)研的基礎(chǔ)上，根據(jù)新的培養(yǎng)計劃和教學(xué)基本要求，從一般院校的實際情況出發(fā)，刪去大部分院校不需要的教學(xué)內(nèi)容。在面向21世紀(jì)課程教學(xué)內(nèi)容與體系改革的基礎(chǔ)上，對于傳統(tǒng)內(nèi)容進一步加以精選，大大壓縮教材篇幅，以滿足60學(xué)時左右“材料力學(xué)”課程的教學(xué)要求。

修訂的主要內(nèi)容有三個方面：第一，刪去了“新材料的材料力學(xué)概述”一章；新增“簡單的靜不定系統(tǒng)”一章；將原來的第2、3兩章合并為一章，新增加“連接件的剪切與擠壓強度計算”作為第3章；將“梁的強度問題”一章分解為兩章--“梁的剪力圖與彎矩圖”和“梁的應(yīng)力分析與強度計算”。第二，改寫了部分章節(jié)，主要有: “材料力學(xué)概述”一章中，增加了內(nèi)力分量以及內(nèi)力分量與應(yīng)力的關(guān)系等內(nèi)容；“梁的應(yīng)力分析與強度計算”一章中增加了彎曲剪應(yīng)力的分析過程；“材料力學(xué)中的能量方法”一章中重寫了虛位移一節(jié)。第三，替換了部分例題和習(xí)題，進一步降低了難度。

修訂后本書依然分為基礎(chǔ)篇與專題篇，共12章。基礎(chǔ)篇共9章，包括： 第1章材料力學(xué)概述，第2章軸向載荷作用下桿件的材料力學(xué)問題，第3章連接件的剪切與擠壓強度計算，第4章圓軸扭轉(zhuǎn)時的強度與剛度計算，第5章梁的剪力圖與彎矩圖，第6章梁的應(yīng)力分析與強度計算，第7章梁的變形分析與剛度問題，第8章應(yīng)力狀態(tài)與強度理論及其工程應(yīng)用，第9章壓桿的穩(wěn)定問題；專題篇共3章，包括： 第10章材料力學(xué)中的能量方法，第11章簡單的靜不定系統(tǒng)，第12章動載荷與疲勞強度概述。其中帶*的章節(jié)教師可根據(jù)情況選用。

為了保持教材建設(shè)的連續(xù)性，本書第2版由清華大學(xué)航天航空學(xué)院殷雅俊教授擔(dān)任第2主編。殷雅俊教授系清華大學(xué)“國家基礎(chǔ)課程力學(xué)教學(xué)基地”負(fù)責(zé)人、“國家力學(xué)實驗教學(xué)示范中心”副主任、國家精品課程“材料力學(xué)”負(fù)責(zé)人，長期堅持教學(xué)與科研結(jié)合，堅持教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法改革，在教學(xué)與科學(xué)研究領(lǐng)域取得了一些創(chuàng)新性成果。他的加入將會確保不斷提高本書質(zhì)量，不斷反映“材料力學(xué)”教學(xué)的最新成果。同時，還邀請南京航空航天大學(xué)虞偉建副教授參與第2版的編著工作，因此，本書第2版也反映了最近幾年南京航空航天大學(xué)力學(xué)教育與教學(xué)的成果。

21世紀(jì)新事物層出不窮，沒有也不應(yīng)該有一成不變的教材，我們將努力跟上時代的步伐，以不斷提高“材料力學(xué)”課程教學(xué)質(zhì)量為己任，不斷地從理念、內(nèi)容、方法與技術(shù)等方面對“材料力學(xué)”教材加以修訂，使之日臻完善。

衷心希望關(guān)愛本書的廣大讀者繼續(xù)對本書的缺點和不足提出寶貴意見。

基 礎(chǔ) 篇

第1章 材料力學(xué)概述3

1.1 “材料力學(xué)”的研究內(nèi)容3

1.2 桿件的受力與變形形式4

1.3 工程構(gòu)件靜力學(xué)設(shè)計的主要內(nèi)容5

1.4 關(guān)于材料的基本假定6

1.5 彈性體受力與變形特征 7

1.6 材料力學(xué)的分析方法9

1.7 內(nèi)力與內(nèi)力分量9

1.8 應(yīng)力及其與內(nèi)力分量之間的關(guān)系10

1.9 應(yīng)變以及應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系11

1.10 結(jié)論與討論13

習(xí)題14

第2章 軸向載荷作用下桿件的材料力學(xué)問題17

2.1 軸力與軸力圖17

2.2 軸向載荷作用下桿件橫截面上的應(yīng)力20

2.3 最簡單的強度問題22

2.4 軸向載荷作用下的變形分析與計算26

2.5 兩種典型材料拉伸時的力學(xué)性能29

2.6 兩種典型材料壓縮時的力學(xué)性能34

2.7 結(jié)論與討論35

習(xí)題40

第3章 連接件的剪切與擠壓強度計算47

3.1 鉚接件的強度失效形式及相應(yīng)的強度計算方法47

3.2 焊縫強度的剪切假定計算51

3.3 結(jié)論與討論55

習(xí)題55

第4章 圓軸扭轉(zhuǎn)時的強度與剛度計算59

4.1 外加扭力矩、扭矩與扭矩圖59

4.2 剪應(yīng)力互等定理 剪切胡克定律61

4.3 圓軸扭轉(zhuǎn)時橫截面上的剪應(yīng)力分析與強度設(shè)計62

4.4 圓桿扭轉(zhuǎn)時的變形及剛度條件70

4.5 結(jié)論與討論72

習(xí)題74

第5章 梁的剪力圖與彎矩圖77

5.1 工程中的彎曲構(gòu)件77

5.2 梁的內(nèi)力及其與外力的相互關(guān)系78

5.3 剪力方程與彎矩方程81

5.4 剪力圖與彎矩圖84

5.5 載荷集度、剪力、彎矩之間的微分關(guān)系87

*5.6 剛架的內(nèi)力與內(nèi)力圖91

5.7 結(jié)論與討論93

習(xí)題95

第6章 梁的應(yīng)力分析與強度計算99

6.1 與應(yīng)力分析相關(guān)的截面圖形幾何性質(zhì)99

6.2 平面彎曲時梁橫截面上的正應(yīng)力105

6.3 梁的強度計算116

*6.4 彎曲剪應(yīng)力分析122

6.5 斜彎曲的應(yīng)力計算與強度設(shè)計130

6.6 彎矩與軸力同時作用時橫截面上的正應(yīng)力135

6.7 結(jié)論與討論139

習(xí)題145

第7章 梁的變形分析與剛度問題151

7.1 梁的變形與梁的位移151

7.2 梁的小撓度微分方程及其積分153

7.3 疊加法確定梁的撓度與轉(zhuǎn)角158

7.4 梁的剛度問題166

7.5 簡單的靜不定梁168

7.6 結(jié)論與討論171

習(xí)題174

第8章 應(yīng)力狀態(tài)與強度理論及其工程應(yīng)用179

8.1 應(yīng)力狀態(tài)的基本概念179

8.2 平面應(yīng)力狀態(tài)任意方向面上的應(yīng)力181

8.3 應(yīng)力狀態(tài)中的主應(yīng)力與最大剪應(yīng)力184

8.4 應(yīng)力圓及其應(yīng)用189

8.5 一般應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系193

8.6 一般應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)變能密度194

8.7 強度理論概述196

8.8 關(guān)于脆性斷裂的強度理論197

8.9 關(guān)于屈服的強度理論199

8.10 圓軸承受彎曲與扭轉(zhuǎn)共同作用時的強度計算202

8.11 圓柱形薄壁容器的應(yīng)力分析與強度設(shè)計簡述207

8.12 結(jié)論與討論209

習(xí)題212

第9章 壓桿的穩(wěn)定問題217

9.1 壓桿穩(wěn)定的基本概念217

9.2 兩端鉸支壓桿的臨界載荷 歐拉公式219

9.3 不同剛性支承對壓桿臨界載荷的影響221

9.4 臨界應(yīng)力與臨界應(yīng)力總圖222

9.5 壓桿穩(wěn)定性設(shè)計的安全因數(shù)法228

9.6 結(jié)論與討論231

習(xí)題234

專 題 篇

第10章 材料力學(xué)中的能量方法241

10.1 基本概念241

10.2 互等定理244

10.3 虛位移原理、各種受力形式下內(nèi)力虛功的表達式247

10.4 莫爾方法251

10.5 應(yīng)用于直桿的圖乘法254

10.6 結(jié)論與討論258

習(xí)題259

第11章 簡單的靜不定系統(tǒng)261

11.1 靜不定系統(tǒng)的幾個基本概念261

11.2 力法與正則方程263

11.3 對稱性與反對稱性在求解靜不定問題中的應(yīng)用265

11.4 空間靜不定結(jié)構(gòu)的特殊情形268

11.5 圖乘法在求解靜不定問題中的應(yīng)用269

11.6 結(jié)論與討論274

習(xí)題275

第12章 動載荷與疲勞強度概述279

12.1 等加速度直線運動時構(gòu)件上的慣性力與動應(yīng)力279

12.2 旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的受力分析與動應(yīng)力計算280

12.3 構(gòu)件上的沖擊載荷與沖擊應(yīng)力計算284

12.4 疲勞強度概述288

12.5 疲勞極限與應(yīng)力-壽命曲線293

12.6 影響疲勞壽命的因素294

12.7 基于無限壽命設(shè)計方法的疲勞強度296

12.8 結(jié)論與討論298

習(xí)題300

附錄303

附錄A 型鋼規(guī)格表305

附錄B 習(xí)題答案320

附錄C

索引328

參考文獻335

1 緒論

1.1 材料力學(xué)的任務(wù)

1.2 材料力學(xué)的發(fā)展簡況

1.3 變形固體及其基本假設(shè)

1.4 外力及分類

1.5 內(nèi)力、截面法和應(yīng)力

1.6 變形與應(yīng)變

1.7 桿件的基本變形形式

習(xí)題

2 軸向拉伸、壓縮與剪切

2.1 工程實際中的軸向拉伸或壓縮問題

2.2 軸向拉伸或壓縮時的內(nèi)力

2.3 軸向拉伸或壓縮時的應(yīng)力

2.4 材料拉伸或壓縮時的力學(xué)性能

2.5 軸向拉伸或壓縮時的強度計算

2.6 軸向拉伸或壓縮時的變形

2.7 應(yīng)變能的概念

2.8 拉伸或壓縮超靜定問題

2.9 應(yīng)力集中的概念

2.10 剪切與擠壓的實用計算

習(xí)題

3 扭轉(zhuǎn)

3.1 工程實際中的扭轉(zhuǎn)問題

3.2 外力偶矩的計算扭矩和扭矩圖

3.3 薄壁圓筒的扭轉(zhuǎn)

3.4 圓軸扭轉(zhuǎn)時的應(yīng)力強度計算

3.5 圓軸扭轉(zhuǎn)時的變形剛度計算

3.6 非圓截面桿扭轉(zhuǎn)的概念

習(xí)題

4 彎曲內(nèi)力

4.1 工程實際中的彎曲問題

4.2 剪力和彎矩

4.3 剪力方程和彎矩方程剪力圖和彎矩圖

4.4 剪力、彎矩和分布載荷集度問的關(guān)系

4.5 平面剛架和曲桿的內(nèi)力圖

習(xí)題

5 彎曲應(yīng)力

5.1 橫截面上的正應(yīng)力

5.2 梁的彎曲正應(yīng)力強度條件

5.3 梁的彎曲切應(yīng)力及其強度計算

5.4 提高梁彎曲強度的措施

習(xí)題

6 彎曲變形

6.1 工程實際中的彎曲變形問題

6.2 梁的撓曲線近似微分方程

6.3 積分法求梁的變形

6.4 疊加法求梁的變形

6.5 梁的剛度計算提高梁彎曲剛度的措施

6.6 簡單超靜定梁

習(xí)題

7 應(yīng)力狀態(tài)與強度理論

7.1 應(yīng)力狀態(tài)概述

7.2 二向應(yīng)力狀態(tài)

7.3 三向應(yīng)力狀態(tài)

7.4 應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系

7.5 材料的破壞形式

7.6 常用強度理論

習(xí)題

8 組合變形

8.1 概述

8.2 拉伸（或壓縮）與彎曲的組合

8.3 扭轉(zhuǎn)與彎曲的組合

習(xí)題

9 壓桿穩(wěn)定

9.1 壓桿穩(wěn)定的概念

9.2 細(xì)長壓桿的臨界力

9.3 歐拉公式的適用范圍 臨界應(yīng)力總圖

9.4 壓桿的穩(wěn)定計算

9.5 提高壓桿穩(wěn)定性的措施

習(xí)題

10 動載荷與交變應(yīng)力

10.1 概述

10.2 構(gòu)件有加速度時的動應(yīng)力計算

10.3 構(gòu)件受沖擊時的動應(yīng)力計算

10.4 交變應(yīng)力下材料的持久極限及其影響因素

10.5 對稱和非對稱循環(huán)下構(gòu)件的疲勞強度計算

10.6 提高構(gòu)件抗沖擊與疲勞的措施

習(xí)題

11 能量法及超靜定結(jié)構(gòu)

11.1 功應(yīng)變能

11.2 互等定理

11.3 單位載荷法

11.4 靜不定結(jié)構(gòu)概述

11.5 用力法求解靜不定結(jié)構(gòu)

11.6 對稱性及反對稱性質(zhì)的應(yīng)用

習(xí)題

附錄Ⅰ 截面的幾何性質(zhì)

Ⅰ.1 靜矩和形心

Ⅰ.2 慣性矩、慣性積和極慣性矩

Ⅰ.3 平行移軸公式

Ⅰ.4 轉(zhuǎn)軸公式

習(xí)題

附錄Ⅱ 型鋼表

附錄Ⅲ 索引

習(xí)題參考答案

參考文獻