材料力學

前言

　　本書第1版問世到現(xiàn)在已經(jīng)4年多了，這期間，高等學校的教育教學改革出現(xiàn)了一些新的情況，諸如：由于教學計劃的調(diào)整，課程的教學時數(shù)大幅度減少；擴招后學生入學時的水平發(fā)生了變化；一大批青年教師進入教學第一線；教育技術的迅速發(fā)展和進步推動著教學方法的改革與更新；等等。面對這些新的情況，教材建設需要新思路。　　我們的新思路是：實行課程教學資源的一體化設計，為教學第一線的教師和學生提供高水平、全方位的教學服務，著力提高課程的教學質(zhì)量。因此，需要對原有關于教材的概念加以擴展，形成“課程教學質(zhì)量的整體解決方案”?！　　罢n程教學質(zhì)量的整體解決方案”包括3大部分：資源主體（文字教材——主教材、教師用書和學生用書）；網(wǎng)絡課程與課程教學資源庫?！　榱藢崿F(xiàn)上述“解決方案”，教材建設的理念、內(nèi)容及與之相關的教學方法與技術都需要進行相應的調(diào)整和變革?！　∥覀冞M行教材建設的理念之一是：服務于教學第一線的老師和同學，這是教材建設的靈魂。理念之二是：新時期的教材建設要實現(xiàn)立體化——不僅要有主教材，還要有輔助教材——輔助教和輔助學的教材；不僅要有文字教材，還要有電子教材、網(wǎng)絡教材。理念之三是：要體現(xiàn)新的教學理念——既要充分發(fā)揮教師的主導作用，又要充分尊重學生在教學活動中的主體地位，要有利于啟發(fā)、引導、師生互動。理念之四是：技術的應用要與課程整合，以利于提高課程的深度；利于學生走向外部世界、開闊眼界、聯(lián)系實際；利于學生參與；利于教師們二次開發(fā)。　　本書作為“高等教育百門精品課程教材建設計劃”中的一個立項項目，我們努力將上述理念轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實。因此，與本書同時間世的還有：電子教材（與文字教材完全相同的pdf電子書）；供老師們課堂教學使用的教學軟件（中、英文版）和全部習題的詳細解答；為同學們編寫的學習指導（pdf格式的電子書），分步式解題指南（中、英文版）；基于流媒體技術的網(wǎng)絡課程。關于課程教學資源庫，目前尚未列入計劃?！　】紤]到一般院校的實際情況，本書刪去了“開口薄壁桿件的內(nèi)力與應力分析”一章，將有關“復合材料”及“粘彈性”的內(nèi)容各合并為一章。

內(nèi)容概要

　　《材料力學》是“高等教育百門精品課程教材建設計劃”中的一個立項項目，在面向21世紀課程教材——范欽珊主編的《材料力學》的基礎上，為了適應新的培養(yǎng)計劃要求而修訂的。《材料力學》分為基礎篇和專題篇，共14章?；A篇包括基本概念、桿件的內(nèi)力與內(nèi)力圖、最簡單的材料力學問題、彈性桿桿件橫截面上的正應力分析、彈性桿件橫截面上的切應力分析、應力狀態(tài)分析、一般應力狀態(tài)下的強度失效分析與設計準則、復雜情形成的強度設計、彈性桿件的位移分析與則度設計、壓桿的彈性穩(wěn)定性分析與穩(wěn)定性設計，共10章；專題篇包括材料力學中的能量法、動載荷與疲勞強度概述、復合材料的力學性能簡介，取合物的粘彈性行為與偽彈性設計方法，共4章。本書更加注重了基本概念，加強了工程概念，并引入了大量的工程實例及與工程有關的例題和習題?！　×硗?，與《材料力學》配套的還有：多媒體課堂教學軟件、電子書、網(wǎng)絡課程、供學生用的學習指導與解題指南，以及供老師用的習題詳細解答?！　　恫牧狭W》適合于機械、土木水利、航空航天、交通、動力工程等專業(yè)的材料力學課程教學，基礎篇所需教學時數(shù)為48-56學時；專題篇所需教學時數(shù)學約為16學時。

作者簡介

　　范欽珊，清華大學教授，博士生導師。歷任教育部工科力學課程教學指導委員會副主任、基礎力學課程指導組組長。 長期從事“非線性屈曲理論與應用”、“反應堆結構力學”等方面的研究。同時從事“材料力學”、“工程力學”等本科生教學工作與教學軟件研制。教齡43年，共為5000多名本科生授過課，培養(yǎng)碩士生15名，博士生3名。主持教育部面向21世紀 “力學系列課程改革項目”，2000年通過鑒定；在全國26個省、市、自治區(qū)作200多場關于教學改革的報告與示范教學。主持全國性研討會、培訓班15次，培訓青年教師150多人；主持清華大學211工程、世行貸款目、985力學教學項目建設，取得了一批創(chuàng)新性成果，受到國內(nèi)評審專家和世行官員的一致好評。參與清華大學材料力學精品課程建設?！　〕霭娼滩摹Ｖc譯著21部；課堂教學軟件共5套； “材料力學問題求解器”軟件一套；研制 “新世紀網(wǎng)絡課程”－－工程力學（1）（2），已通過國家驗收；建立了清華大學力學教學基地網(wǎng)站，2年來，訪問者達到18000人次。在國內(nèi)外發(fā)表論文70余篇。 獲全國優(yōu)秀科技圖書獎1項；國家級優(yōu)秀教學成果獎2項；北京市優(yōu)秀教學成果獎1項；省部級科技進步二等獎2項，一等獎1項；優(yōu)秀教材二等獎2項，一等獎1項；全國高校自然科學二等獎1項；國家科技進步二等獎1項。在2003年教育部首屆全國高等學校教學名師評獎活動中，獲得“教學名師獎”?！　》稓J珊教授是國家教育部“教學、科研”雙強的首批名師之一。多年來，在繁重的教學、科研工作之余，范欽珊教授同本學科專業(yè)教師和教育技術專業(yè)人員一起，致力于“工程力學”教學資源庫的建設。

書籍目錄

基礎篇第1章 基本概念1.1 什么是“材料力學1.2 材料力學發(fā)展俺史1.3 變形體及其理想化1.4 各向同性與各向異性彈性體1.5 彈性體受力與變形特征1.6 應力，應變及其相互關系1.6.1 應力——分布內(nèi)力集度1.6.2 應力與內(nèi)力分量之間的關系1.6.3 應變——點變形程度的度量1.6.4 應力與應變之間的物性關系1.7 工程結構與構件1.7.1 彈性體的幾何分類1.7.2 T程結構與構件1.8 桿件受力與變形的幾種形式1.8.1 軸向拉伸(或壓縮)1.8.2 剪切1.8.3 扭轉(zhuǎn)1.8.4 彎曲1.8.5 組合受力與變形1.9 結論與討論1.9.1 關于剛體與變形體模型1.9.2 剛體靜力學概念與原理在材料力學中的可用性與限制性習題第2章 桿件的內(nèi)力與內(nèi)力圖2.1 內(nèi)力與內(nèi)力分量2.1.1 內(nèi)力主矢與主矩2.1.2 內(nèi)力分量2.1.3 內(nèi)力分量的正負號規(guī)則2.2 外力與內(nèi)力之間的相依關系2.2.1 彈性體的平衡原理2.2.2 截面法2.2.3 桿件內(nèi)力變化的一般規(guī)律2.2.4 控制面2.2.5 平衡微分方程2.3 桿件的內(nèi)力圖2.3.1 軸力圖2.3.2 扭矩圖2.3.3 剪力圖與彎矩圖2.4 剛架的內(nèi)力圖2.5 結論與討論2.5.1 關于桿件內(nèi)力分析的幾點結論2.5.2 力系簡化在確定控制面上內(nèi)力時的應用2.5.3 重視對平衡微分方程的理解和應用2.5.4 疊加原理的應用限制習題山第3章 最簡單的材料力學問題3.1 軸向載荷作用下桿件橫截面上的應力3.2 最簡單的強度問題3.2.1 強度設計準則、安全因數(shù)與許用應力3.2.2 三類強度問題3.2.3 強度計算舉例3.3 軸向載荷作用下的變形分析與計算3.3.1 絕對變形彈性模量3.3.2 相對變形正應變3.3.3 橫向變形與泊松比93.4 軸向載荷作用下材料的力學性能3.4.1 軸向拉伸時的應力一應變曲線3.4.2 彈性力學性能3.4.3 極限應力值強度指標3.4.4 韌性指標3.4.5 軸向壓縮時材料的力學性能3.5 結論與討論3.5.1 軸向拉伸及壓縮應力和變形公式的應用條件3.5.2 加力點附近區(qū)域的應力分布3.5.3 應力集中的概念3.5.4 卸載、再加載時材料的力學行為習題第4章 彈性桿件橫截面上的正應力分析4.1 與應力分析相關的截面圖形幾何性質(zhì)4.1.1 靜矩、形心及其相互關系4.1.2 慣性矩、極慣性矩、慣性半徑4.1.3 主軸與形心主軸、主慣性矩與形心主慣性矩的概念4.2 平面彎曲時梁橫截面上的正應力4.2.1 粱彎曲的若干定義與概念4.2.2 純彎曲時梁橫截面上正應力分析4.2.3 彎曲正應力公式的應用與推廣4.3 斜彎曲時梁橫截面上的正應力4.3.1 產(chǎn)生斜彎曲的加載條件4.3.2 疊加法確定斜彎曲時橫截面上的正應力4.3.3 最大正應力4.4 彎矩與軸力同時作用時桿件橫截面上的正應力4.5 基于最大正應力的強度計算4.5.1 基于最大正應力的強度條件4.5.2 強度計算步驟4.5.3 強度計算舉例4.6 結論與討論4.6.1 彎曲正應力公式應用中的幾個問題4.6.2 對稱性驗證平面假定的正確性4.6.3 關于截面的慣性矩：4.6.4 關于形心和形心主軸4．6.5 關于中性軸的討論4.6.6 提高梁強度的措施習題第5章 彈性桿件橫截面上的切應力分析5.1 切應力互等定理剪切胡克定律5.1.1 切應力互等定理5.1.2 剪切胡克定律5.2 圓軸扭轉(zhuǎn)時橫截面上的切應力分析5.2.1 平面假定與切應變分布規(guī)律5.2.2 橫截面上的切應力分布5.2.3 圓軸扭轉(zhuǎn)時扭轉(zhuǎn)角變化率以及橫截面上的切應力表達式5.2.4 最大切應力與扭轉(zhuǎn)截面系數(shù)5.3 薄壁截面梁彎曲時橫截面上的切應力流與彎曲中心5.3.1 切應力流5.3.2 彎曲中心5.4 薄壁截面梁的彎曲切應力公式推廣應用到實心截面梁5.4.1 寬度和高度分別為和入的矩形截面5.4.2 直徑為d的圓截面5.4.3 內(nèi)、外直徑分別為d、D的圓環(huán)截面5.4.4 工字形截面5.5 基于最大切應力的強度計算5.6 結論與討論5.6.1 矩形截面桿扭轉(zhuǎn)時橫截面上的切應力5.6.2 橫向載荷作用下開口薄壁桿件扭轉(zhuǎn)變形5.6.3 實心截面梁彎曲切應力的誤差分析5.6.4 實心截面細長梁彎曲正應力與彎曲切應力的量級比較5.6.5 薄壁截面梁與實心截面梁上外力簡化時簡化中心的不同選擇習題第6章 應力狀態(tài)分析6.1 一點處應力狀態(tài)的描述及其分類6.2 平面應力狀態(tài)的應力分析6.2.1 正負號規(guī)則6.2.2 微元的局部平衡6.2.3 不同坐標系中應力狀態(tài)的表達形式6.3 主應力、主方向與面內(nèi)最大切應力6.3.1 主平面、主應力與主方向6.3.2 平面應力狀態(tài)的三個主應力6.3.3 用主應力表示的應力狀態(tài)6.3.4 面內(nèi)最大切應力6.4 類比法的應用平面應力狀態(tài)的應力圓6.4.1 應力圓方程6.4.2 應力圓的畫法6.4.3 應力圓的應用6.5 三向應力狀態(tài)的特例分析6.5.1 三組特殊的方向面6.5.2 三向應力狀態(tài)的應力圓6.5.3 一點處的最大切應力+6.6 一般應力狀態(tài)下各向同性材料的應力－應變關系6.6.1 廣義胡克定律6.6.2 各向同性材料各彈性常數(shù)之間的關系6.7 一般應力狀態(tài)下的應變能密度6.7.1 總應變能密度6.7.2 體積改變能密度與畸變能密度6.8 結論與討論6.8.1 關于應力狀態(tài)的幾點重要結論6.8.2 平衡方法是分析應力狀態(tài)最重要、最基本的方法6.8.3 怎樣將應力圓作為思考和分析問題的重要工具，求解復雜的應力狀態(tài)問題6.8.4 關于應力狀態(tài)的不同的表示方法6.8.5 正確應用廣義胡克定律習題第7章 一般應力狀態(tài)下的強度失效分析與設計準則7.1 構件失效概念與失效分類7.2 強度失效判據(jù)與設計準則概述7.3 屆服準則：7.3.1 最大切應力準則7.3.2 畸變能密度準則7.4 斷襄準則7.4.1 斷裂失效的三種類型7.4.2 最大拉應力準則7.5 強度失效判據(jù)與設計準贈的應用7.6 結論與討論7.6.1 關于強度失效的幾點結論7.6.2 關于設計準則的應用7.6.3 關于安全因數(shù)的確定習題第8章 復雜情形下的強度設計8.1 強度設計原則與設計過程8.1.1 強度設計準則8.1.2 強度設計過程8.1.3 強度設計內(nèi)容8.2 復雜情形下彎曲構件的強度設計8.2.1 彎曲時的可能危險面8.2.2 彎曲時的可能危險點8.2.3 三類危險點的應力狀態(tài)與設計準則的應用……第9章 強性桿件的移分析與則度設計第10章 壓桿的彈性穩(wěn)定性分析與移定性設計專題篇第11章 材料力學中的能量法第12章 動載荷與疲勞強度概述第13章 復合材料的力學性能簡介第14章 聚合物的粘彈性行為與偽彈性設計方法附錄A 型鋼規(guī)格表附錄B 習題答案附錄C 索引主要參考文獻

章節(jié)摘錄

　　位移（displaCement）是指彈性體受力變形后，一點位置的改變。對于桿件則指橫截面在桿件受力變形后的位置改變?！　∥灰剖菞U件各部分變形累加的結果。位移與變形有著密切聯(lián)系，但又有嚴格區(qū)別。有變形不一定處處有位移；有位移也不一定該處有變形。這是因為，桿件橫截面的位移不僅與變形有關，而且還與桿件所受的約束有關?！　≈灰趶椥苑秶鷥?nèi)加載，不管產(chǎn)生什么位移，桿件均保持為連續(xù)體，并在約束處滿足變形協(xié)調(diào)要求?！　≡跀?shù)學上，確定桿件橫截面位移的過程主要是積分運算，積分限或積分常數(shù)則與約束條件和連續(xù)條件有關?！　∪舨牧系膽Γ瓚冴P系滿足胡克定律，又在彈性范圍內(nèi)加載，則位移與力（均為廣義的）之間均存在線性關系。因此，不同的力在同一處引起的同一種位移可以相互疊加。　　本章將在第3、4、5章中有關變形分析的基礎上，建立位移與桿件橫截面上的內(nèi)力分量以及剛度之間的關系，進而建立彈性桿件剛度設計（Stiffnessdesign）準則。

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