工程力學：工程靜力學與材料力學(第3版)（簡體書）

根據教育部高等學校力學基礎課程教學指導委員會2012 年制訂的《高等學校理工科非力學專業力學基礎課程教學基本要求》中的《理論力學課程教學基本要求》和《材料力學課程教學基本要求》以及廣大讀者的意見, 本書增添了一些工程實例圖片, 更新了部分例題｡
從力學素質教育的要求出發, 本書更注重基本概念, 而不追求煩瑣的理論推導與數學運算｡與以往同類教材相比, 本書難度有所下降, 工程概念有所加強, 引入了大量涉及廣泛領域的工程實例及與工程有關的例題和習題｡
全書除“工程力學課程總論” 外, 分為2 篇, 共12 章｡第1 篇為工程靜力學, 包括: 工程靜力學基礎､力系的簡化､工程構件的靜力學平衡問題等共3 章｡第2 篇為材料力學, 包括: 材料力學的基本概念､杆件的內力圖､拉壓杆件的應力變形分析與強度設計､梁的強度問題､梁的位移分析與剛度設計､圓軸扭轉時的應力變形分析與強度剛度設計､複雜受力時構件的強度設計､壓杆的穩定性分析與設計､動載荷與疲勞強度簡述等共9 章｡
本書適用于開設少學時工程力學課程的各專業, 也可以作為專科､成人教育各專業的工程力學教材｡

劉榮梅，南京航空航天大學副教授，碩士生導師。

目錄
第3 版前言
第2 版前言
第1 版前言
工程力學課程總論
0. 1 工程力學課程內容及其在工程設計中的
作用 1
0. 2 工程力學的研究模型 5
0. 3 工程力學課程的分析方法 5
第1 篇 工程靜力學
第1 章 工程靜力學基礎 8
1. 1 力和力矩 8
1. 1. 1 力的概念 8
1. 1. 2 作用在剛體上的力的效應與力的
可傳性 9
1. 1. 3 力對點之矩 9
1. 1. 4 力系的概念 11
1. 1. 5 合力矩定理 11
1. 2 力偶及其性質 12
1. 2. 1 力偶 12
1. 2. 2 力偶的性質 13
1. 2. 3 力偶系及其合成 13
1. 3 約束與約束力 14
1. 3. 1 約束與約束力的概念 14
1. 3. 2 柔性約束 14
1. 3. 3 光滑剛性面約束 15
1. 3. 4 光滑鉸鏈約束 15
1. 3. 5 滑動軸承與推力軸承 17
1. 4 平衡的概念 17
1. 4. 1 二力平衡與二力構件 17
1. 4. 2 不平行的三力平衡條件 19
1. 4. 3 加減平衡力系原理 19
1. 5 受力分析方法與過程 19
1. 5. 1 受力分析概述 19
1. 5. 2 受力圖繪製方法應用舉例 20
1. 6 結論與討論 22
1. 6. 1 關於約束與約束力 22
1. 6. 2 關於受力分析 22
1. 6. 3 關於二力構件 23
1. 6. 4 關於工程靜力學中某些原理的
適用性 23
習題 24
第2 章 力系的簡化 27
2. 1 力系等效與簡化的概念 27
2. 1. 1 力系的主矢與主矩 27
2. 1. 2 力系等效的概念 27
2. 1. 3 力系簡化的概念 28
2. 2 力系簡化的基礎―――力向一點平移
定理 28
2. 3 平面力系的簡化 29
2. 3. 1 平面匯交力系與平面力偶系的
簡化結果 29
2. 3. 2 平面一般力系向一點簡化 29
2. 3. 3 平面力系的簡化結果 30
2. 4 固定端約束的約束力 32
2. 5 結論與討論 33
2. 5. 1 關於力的矢量性質的討論 33
2. 5. 2 關於平面力系簡化結果的討論 33
2. 5. 3 關於實際約束的討論 33
習題 33
第3 章 工程構件的靜力學平衡問題 36
3. 1 平面力系的平衡條件與平衡方程 36
3. 1. 1 平面一般力系的平衡條件與平衡
方程 36
3. 1. 2 平面一般力系平衡方程的其他
形式 40
3. 2 簡單的剛體系統平衡問題 42
3. 2. 1 剛體自由度的概念 42
3. 2. 2 剛體系統靜定與超靜定的概念 43
3. 2. 3 剛體系統的平衡問題的特點與
解法 44
3. 3 考慮摩擦時的平衡問題 47
3. 3. 1 滑動摩擦定律 48
3. 3. 2 考慮摩擦時構件的平衡問題 49
3. 4 結論與討論 51
3. 4. 1 關於坐標系和力矩中心的選擇 51
3. 4. 2 關於受力分析的重要性 51
3. 4. 3 關於求解剛體系統平衡問題時
要注意的幾個方面 52
3. 4. 4 摩擦角與自鎖的概念 53
3. 4. 5 空間力系平衡條件與平衡方程
簡述 55
習題 56
第2 篇 材料力學
第4 章 材料力學的基本概念 61
4. 1 關於材料的基本假定 61
4. 1. 1 均勻連續性假定 61
4. 1. 2 各向同性假定 62
4. 1. 3 小變形假定 62
4. 2 彈性杆件的外力與內力 62
4. 2. 1 外力 62
4. 2. 2 內力 62
4. 2. 3 截面法 內力分量 63
4. 3 彈性體受力與變形特徵 64
4. 4 杆件橫截面上的應力 65
4. 4. 1 正應力與切應力的定義 65
4. 4. 2 正應力､切應力與內力分量之間的
關係 65
4. 5 正應變與切應變 66
4. 6 線彈性材料的應力-應變關係 67
4. 7 杆件受力與變形的基本形式 67
4. 7. 1 拉伸或壓縮 67
4. 7. 2 剪切 67
4. 7. 3 扭轉 67
4. 7. 4 平面彎曲 68
4. 7. 5 組合受力與變形 68
4. 8 結論與討論 69
4. 8. 1 關於工程靜力學模型與材料力學
模型 69
4. 8. 2 關於彈性體受力與變形特點 69
4. 8. 3 關於工程靜力學概念與原理在
材料力學中的可用性與限制性 69
習題 69
第5 章 杆件的內力圖 71
5. 1 基本概念與基本方法 71
5. 1. 1 整體平衡與局部平衡的概念 71
5. 1. 2 杆件橫截面上的內力與外力的
相依關係 71
5. 1. 3 控制面 72
5. 1. 4 杆件內力分量的正負號規則 72
5. 1. 5 截面法確定指定橫截面上的內力
分量 72
5. 2 軸力圖與扭矩圖 73
5. 2. 1 軸力圖 73
5. 2. 2 扭矩圖 75
5. 3 剪力圖與彎矩圖 76
5. 3. 1 剪力方程與彎矩方程 76
5. 3. 2 載荷集度､剪力､彎矩之間的
微分關係 78
5. 3. 3 剪力圖與彎矩圖的繪製 79
5. 4 結論與討論 82
5. 4. 1 幾點重要結論 82
5. 4. 2 正確應用力系簡化方法確定控制
面上的內力分量 83
∗5. 4. 3 剪力､彎矩與載荷集度之間的
微分關係的證明 83
習題 84
第6 章 拉壓杆件的應力變形分析與
強度設計 86
6. 1 拉伸與壓縮杆件的應力與變形 86
6. 1. 1 應力計算 86
6. 1. 2 變形計算 87
6. 2 拉伸與壓縮杆件的強度設計 92
6. 2. 1 強度設計準則､安全因數與許用
應力 92
6. 2. 2 三類強度計算問題 93
6. 2. 3 強度設計準則應用舉例 93
6. 3 拉伸與壓縮時材料的力學性能 95
6. 3. 1 材料拉伸時的應力-應變曲線 95
6. 3. 2 韌性材料拉伸時的力學性能 96
6. 3. 3 脆性材料拉伸時的力學性能 97
6. 3. 4 強度失效概念與失效應力 97
6. 3. 5 壓縮時材料的力學性能 98
6. 4 結論與討論 99
6. 4. 1 本章的主要結論 99
6. 4. 2 關於應力和變形公式的應用
條件 99
∗6. 4. 3 關於加力點附近區域的應力
分佈 100
∗6. 4. 4 關於應力集中的概念 100
∗6. 4. 5 拉伸和壓縮超靜定問題簡述 101
習題 103
第7 章 梁的強度問題 106
7. 1 工程中的彎曲構件 106
7. 2 與應力分析相關的截面圖形幾何
性質 107
7. 2. 1 靜矩､形心及其相互關係 107
7. 2. 2 慣性矩､極慣性矩､慣性積､
慣性半徑 109
7. 2. 3 慣性矩與慣性積的移軸定理 110
7. 2. 4 慣性矩與慣性積的轉軸定理 111
7. 2. 5 主軸與形心主軸､主慣性矩與
形心主慣性矩 111
7. 3 平面彎曲時梁橫截面上的正應力 113
7. 3. 1 平面彎曲與純彎曲的概念 113
7. 3. 2 純彎曲時梁橫截面上正應力
分析 114
7. 3. 3 梁的彎曲正應力公式的應用與
推廣 117
7. 4 平面彎曲曲率與正應力公式應用
舉例 118
7. 5 梁的強度計算 121
7. 5. 1 梁的失效判據 121
7. 5. 2 梁的彎曲強度計算準則 121
7. 5. 3 梁的彎曲強度計算步驟 122
7. 6 斜彎曲 126
7. 7 彎矩與軸力同時作用時橫截面上的
正應力 128
7. 8 結論與討論 131
7. 8. 1 關於彎曲正應力公式的應用
條件 131
7. 8. 2 彎曲切應力的概念 131
7. 8. 3 關於截面的慣性矩 132
7. 8. 4 提高梁強度的措施 132
習題 134
第8 章 梁的位移分析與剛度設計 139
8. 1 基本概念 139
8. 1. 1 梁彎曲後的撓度曲線 139
8. 1. 2 梁的撓度與轉角 140
8. 1. 3 梁的位移與約束密切相關 140
8. 1. 4 梁的位移分析的工程意義 141
8. 2 小撓度微分方程及其積分 142
8. 2. 1 小撓度曲線微分方程 142
8. 2. 2 積分常數的確定 約束條件與連續
條件 143
8. 3 工程中的疊加法 145
8. 3. 1 疊加法應用于多個載荷作用的
情形 145
8. 3. 2 疊加法應用于間斷性分佈載荷
作用的情形 147
8. 4 簡單的超靜定梁 148
8. 4. 1 求解超靜定梁的基本方法 148
8. 4. 2 幾種簡單的超靜定問題示例 148
8. 5 梁的剛度設計 149
8. 5. 1 剛度設計準則 149
8. 5. 2 剛度設計舉例 150
8. 6 結論與討論 152
8. 6. 1 關於變形和位移的相依關係 152
8. 6. 2 關於梁的連續光滑曲線 152
∗ 8. 6. 3 關於求解超靜定問題的討論 152
8. 6. 4 關於求解超靜定結構特性的
討論 153
8. 6. 5 提高剛度的途徑 154
習題 156
第9 章 圓軸扭轉時的應力變形分析與
強度剛度設計 159
9. 1 工程上傳遞功率的圓軸及其扭轉
變形 159
9. 2 切應力互等定理 159
9. 3 圓軸扭轉時的切應力分析 160
9. 3. 1 變形協調方程 161
9. 3. 2 彈性範圍內的切應力-切應變
關係 161
9. 3. 3 靜力學方程 161
9. 3. 4 圓軸扭轉時橫截面上的切應力
表達式 162
9. 4 承受扭轉時圓軸的強度設計與剛度
設計 165
9. 4. 1 扭轉試驗與扭轉破壞現象 165
9. 4. 2 扭轉強度設計 166
9. 4. 3 抗扭剛度設計 168
9. 5 結論與討論 169
9. 5. 1 關於圓軸強度與剛度設計 169
9. 5. 2 矩形截面杆扭轉時的切應力 169
習題 171
第10 章 複雜受力時構件的強度
設計 174
10. 1 基本概念 174
10. 1. 1 什麼是應力狀態, 為什麼要研究
應力狀態 174
10. 1. 2 應力狀態分析的基本方法 175
10. 1. 3 建立複雜受力時失效判據的
思路與方法 175
10. 2 平面應力狀態分析―――任意方向面
上應力的確定 176
10. 2. 1 方向角與應力分量的正負號
約定 176
10. 2. 2 微元的局部平衡方程 177
10. 2. 3 平面應力狀態中任意方向面上
的正應力與切應力 177
10. 3 應力狀態中的主應力與最大切
應力 178
10. 3. 1 主平面､主應力與主方向 178
10. 3. 2 平面應力狀態的三個主應力 179
10. 3. 3 面內最大切應力與一點的最大
切應力 179
10. 4 分析應力狀態的應力圓方法 183
10. 4. 1 應力圓方程 183
10. 4. 2 應力圓的畫法 183
10. 4. 3 應力圓的應用 184
10. 5 複雜應力狀態下的應力-應變關係 應變
能密度 186
10. 5. 1 廣義胡克定律 186
10. 5. 2 各向同性材料各彈性常數之間
的關係 187
10. 5. 3 總應變能密度 188
10. 5. 4 體積改變能密度與畸變能
密度 188
10. 6 複雜應力狀態下的強度設計準則 189
10. 6. 1 最大拉應力準則 189
∗10. 6. 2 最大拉應變準則 190
10. 6. 3 最大切應力準則 191
10. 6. 4 畸變能密度準則 191
10. 7 圓軸承受彎曲與扭轉共同作用時的
強度計算 193
10. 7. 1 計算簡圖 193
10. 7.