材料力學(xué)

前言

　　隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)需要相應(yīng)地調(diào)整，教學(xué)計(jì)劃與管理也在發(fā)生變化。材料力學(xué)是工科各專業(yè)傳統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)課程，目前在教學(xué)中教材內(nèi)容多與學(xué)時(shí)少白勺矛盾很突出，不同學(xué)科、不同學(xué)生對課程的要求也不盡相同。為了更好地適應(yīng)各學(xué)科材料力學(xué)課程教學(xué)的需要，編者參照教育部力學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委.員會最新公布的“材料力學(xué)課程教學(xué)基本要求”（2008年版），根據(jù)各高校師生對原教材（2001年版）使用過程中的反饋信息進(jìn)行了重新編排和修訂?！　”緯譃閮善彩恼乱约案戒?，第一篇從第一章到第八章，.是工科院校各專業(yè)材料力學(xué)課程都應(yīng)學(xué)習(xí)的基本內(nèi)容；第二篇從第九章到第十四章，是加深與擴(kuò)展內(nèi)容，供對本課程要求較高的學(xué)科和學(xué)生選修或自學(xué)。本教材加“*”的部分可根據(jù)學(xué)時(shí)情況選講。本書適合作為高等學(xué)校工科各學(xué)科的中、多學(xué)時(shí)的材料力學(xué)課程教材?！　”窘滩膶υ瓊鹘y(tǒng)教材的內(nèi)容與體系進(jìn)行了改革，注重打好基礎(chǔ)，強(qiáng)化基本概念和基本理論，力求達(dá)到重點(diǎn)突出、條理清晰、結(jié)構(gòu)緊湊、敘述嚴(yán)謹(jǐn)。加強(qiáng)了內(nèi)容的邏輯性與系統(tǒng)性，同時(shí)盡量做到符合讀者的認(rèn)識規(guī)律，提高教學(xué)效率。第一篇以強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性為主線，章節(jié)敘述的次序?yàn)椋壕w論，桿件的內(nèi)力、桿件的應(yīng)力、桿件的變形·簡單超靜定問題、應(yīng)力狀態(tài)分析·強(qiáng)度理論、組合變形、壓桿穩(wěn)定、交變應(yīng)力。這種編排方式將概念相同、研究方法相同的問題集中安排在一章討論，使重點(diǎn)突出，由于問題相似，便于舉一反三，易講易學(xué)，從而達(dá)到提高教學(xué)效率的目的。

內(nèi)容概要

本教材是在2001年出版的《材料力學(xué)》的基礎(chǔ)上，參照教育部力學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會最新公布的“材料力學(xué)課程教學(xué)基本要求”(2008年版)，根據(jù)各高校師生使用過程中的反饋信息進(jìn)行了修訂。本教材為教育部“高等教育面向21世紀(jì)教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革計(jì)劃”的研究成果。修訂過程中，基本保持了本書原有的特色和體系，對部分內(nèi)容進(jìn)行了重新編排與增刪，使教材內(nèi)容更為精煉、合理。本書分為兩篇共14章。第一篇從第一章到第八章，是工科院校各專業(yè)材料力學(xué)課程都應(yīng)學(xué)習(xí)的基本內(nèi)容，它包括桿件的內(nèi)力、桿件的應(yīng)力、桿件的變形、簡單超靜定問題、平面應(yīng)力分析及復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度理論、組合變形、壓桿穩(wěn)定和疲勞強(qiáng)度；第二篇從第九章到第十四章，是加深與擴(kuò)展內(nèi)容，包括能量法、超靜定結(jié)構(gòu)、動載荷、非圓截面扭轉(zhuǎn)、非對稱彎曲和特殊梁的彎曲、平面應(yīng)變分析和含裂紋構(gòu)件的斷裂，供對本課程要求較高的學(xué)科和學(xué)生選修或自學(xué)。　　本教材適合作為高等學(xué)校工科各學(xué)科的中、多學(xué)時(shí)材料力學(xué)課程教材，也可供有關(guān)工程技術(shù)人員參考。

作者簡介

　　馮維明，山東大學(xué)教授。1982年在原山東工業(yè)大學(xué)獲力學(xué)專業(yè)理學(xué)學(xué)士學(xué)位，畢業(yè)后留校在工程力學(xué)系任教至今，1988年在原山東工業(yè)大學(xué)獲固體力學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位?，F(xiàn)任山東大學(xué)工程力學(xué)系主任，華東基礎(chǔ)力學(xué)與應(yīng)用協(xié)會副理事長。　　主要從事非線性動力學(xué)、航天器軌道動力學(xué)和流固耦合振動的研究，曾主持和參與相關(guān)的國家自然科學(xué)基金和國家高科技863資助項(xiàng)目6項(xiàng)。同時(shí)主講材料力學(xué)、理論力學(xué)、工程力學(xué)、實(shí)驗(yàn)力學(xué)、復(fù)合材料力學(xué)等課程，曾主持和參與省、部級教學(xué)研究項(xiàng)目3項(xiàng)。主編出版教材5部，計(jì)200余萬字?！　?009年獲寶鋼優(yōu)秀教師獎，主編教材《工程力學(xué)》獲山東省高等學(xué)校優(yōu)秀教材一等獎，主編教材《理論力學(xué)》獲山東省高等學(xué)校優(yōu)秀教材二等獎，三次獲山東大學(xué)優(yōu)秀教師稱號。

書籍目錄

第一篇 基本內(nèi)容 　第一章 緒論 　　1.1 材料力學(xué)的任務(wù) 　　1.2 變形固體的基本假設(shè) 　　1.3 基本概念 　　1.4 桿件變形的基本形式 　　習(xí)題 　第二章桿件的內(nèi)力 　　2.1 桿件內(nèi)力的一般描述·截面法 　　2.2 軸向拉伸或壓縮的概念·軸力與軸力圖 　　2.3 扭轉(zhuǎn)的概念·扭矩與扭矩圖 　　2.4 彎曲的概念·剪力與彎矩 　　2.5 剪力方程與彎矩方程·剪力圖與彎矩圖 　　2.6 載荷集度、剪力與彎矩之間的關(guān)系 　　2.7 平面剛架與平面曲桿的彎曲內(nèi)力 　　習(xí)題 　第三章 桿件的應(yīng)力與強(qiáng)度計(jì)算 　　3.1 引言 　　3.2 拉（壓）桿的應(yīng)力 　　3.3 材料在拉伸與壓縮時(shí)的力學(xué)性能 　　3.4 失效、許用應(yīng)力與強(qiáng)度條件 　　3.5 圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)的切應(yīng)力及強(qiáng)度條件 　　3.6 梁彎曲時(shí)的正應(yīng)力 　　3.7 梁的彎曲正應(yīng)力強(qiáng)度條件 　　3.8 梁的彎曲切應(yīng)力與強(qiáng)度條件 　　3.9 梁的優(yōu)化設(shè)計(jì) 　　3.10 連接件的強(qiáng)度計(jì)算 　　3.11 應(yīng)力集中 　　習(xí)題 　第四章 桿件的變形·簡單超靜定問題 　　4.1 引言 　　4.2 軸向拉伸或壓縮時(shí)的變形 　　4.3 圓軸扭轉(zhuǎn)變形與剛度條件 　　4.4 梁的變形·撓曲線微分方程及其積分 　　4.5 疊加法求梁彎曲變形 　　4.6 超靜定問題的概念及解法 　　4.7 溫度應(yīng)力和裝配應(yīng)力 　　4.8 梁的剛度條件與提高剛度的措施 　　習(xí)題 　第五章 應(yīng)力狀態(tài)分析·強(qiáng)度理論 　　5.1 應(yīng)力狀態(tài)的概念 　　5.2 平面應(yīng)力狀態(tài)分析·應(yīng)力圓 　　5.3 梁的主應(yīng)力·主應(yīng)力跡線的概念 　　5.4 空間應(yīng)力狀態(tài)的最大切應(yīng)力 　　5.5 廣義胡克定律 　　5.6 空間應(yīng)力狀態(tài)的應(yīng)變比能 　　5.7 強(qiáng)度理論 　　習(xí)題 　第六章 組合變形 　　6.1 組合變形與疊加原理 　　6.2 拉伸（壓縮）與彎曲的組合 　　6.3 斜彎曲 　　6.4 偏心拉伸（壓縮）·截面核心 　　6.5 扭轉(zhuǎn)與彎曲的組合 　　習(xí)題 　第七章壓桿穩(wěn)定 　　7.1 壓桿穩(wěn)定的概念 　　7.2 兩端鉸支細(xì)長壓桿的臨界壓力 　　7.3 其他支座條件下細(xì)長壓桿的臨界壓力 　　7.4 歐拉公式的適用范圍·經(jīng)驗(yàn)公式 　　7.5 壓桿的穩(wěn)定計(jì)算 　　7.6 提高壓桿穩(wěn)定性的措施 　　習(xí)題 　第八章 交變應(yīng)力與疲勞強(qiáng)度 　　8.1 交變應(yīng)力與疲勞破壞的基本概念 　　8.2 材料的疲勞極限 　　8.3 影響疲勞極限的主要因素 　　8.4 構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算 　　習(xí)題 第二篇 加深與擴(kuò)展內(nèi)容 　第九章 能量法 　　9.1 概述 　　9.2 應(yīng)變能的普遍表達(dá)式 　　9.3 互等定理 　　9.4 卡氏定理 　　9.5 虛功原理 　　9.6 單位載荷法·莫爾積分 　　9.7 計(jì)算莫爾積分的圖乘法 　　習(xí)題 　第十章超靜定結(jié)構(gòu) 　　10.1 概述 　　10.2 用力法解超靜定結(jié)構(gòu) 　　10.3 對稱與反對稱性質(zhì)的利用 　　10.4 連續(xù)梁與三彎矩方程 　　習(xí)題 　第十一章動載荷 　　11.1 概述 　　11.2 動靜法的應(yīng)用 　　11.3 桿件受沖擊時(shí)的應(yīng)力與變形 　　11.4 沖擊韌度 　　11.5 綜合問題分析 　　習(xí)題 　第十二章 扭轉(zhuǎn)與彎曲的幾個(gè)補(bǔ)充問題 　　12.1 非圓截面桿扭轉(zhuǎn)的概念 　　12.2 薄壁桿件的自由扭轉(zhuǎn) 　　12.3 非對稱彎曲 　　12.4 開口薄壁桿件的彎曲切應(yīng)力·彎曲中心 　　12.5 用有限差分法計(jì)算彎曲變形 　　12.6 組合梁與夾層梁 　　習(xí)題 　第十三章 應(yīng)力與應(yīng)變分析 　　13.1 三向應(yīng)力狀態(tài) 　　13.2 平面應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)變分析 　　13.3 應(yīng)變的測量與應(yīng)力的計(jì)算 　　習(xí)題 　第十四章 含裂紋構(gòu)件的斷裂 　　14.1 概述 　　14.2 應(yīng)力強(qiáng)度因子 　　14.3 斷裂韌度與斷裂準(zhǔn)則 　　14.4 疲勞裂紋擴(kuò)展速率與壽命估計(jì) 　　習(xí)題 附錄Ⅰ 平面圖形的幾何性質(zhì) 　?、?1 靜矩與形心 　　Ⅰ.2 慣性矩、慣性半徑與慣性積 　　Ⅰ.3 平行移軸公式 　?、?4 轉(zhuǎn)軸公式·主慣性軸 　　習(xí)題 附錄Ⅱ 型鋼表 附錄Ⅲ 部分習(xí)題參考答案 參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　在構(gòu)件的設(shè)計(jì)中存在著安全與經(jīng)濟(jì)的矛盾。若構(gòu)件的截面尺寸過小、形狀不合理或材質(zhì)不好，以上要求將不能滿足；反之，若不合理地加大橫截面尺寸，選用優(yōu)質(zhì)材料，雖然滿足了上述要求，卻增加了成本，造成浪費(fèi)。所以，如何合理地選取材料，恰當(dāng)?shù)卮_定構(gòu)件的截面形狀和尺寸，是構(gòu)件設(shè)計(jì)中的重要問題。例如，取一張薄紙板，兩端支承，中間加載荷，在較小的載荷下，紙板將產(chǎn)生較大的變形。若將該紙板折成槽形或卷成圓筒形，仍按同樣的支承條件加載荷，承受的載荷將大大增加。由此可知，后者的截面形狀是合理的。又如，自然界中植物的秸稈，如麥秸稈和毛竹等，經(jīng)過長期的自然選擇，其截面形狀是合理的。所以工程結(jié)構(gòu)中大量使用槽鋼、工字鋼和管材等?！　【C上所述，材料力學(xué)的任務(wù)就是研究構(gòu)件在外力作用下的受力、變形和破壞的規(guī)律，為合理設(shè)計(jì)構(gòu)件提供強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)理論和計(jì)算方法?！　〔牧狭W(xué)研究問題的方法有兩類，即理論分析和實(shí)驗(yàn)研究。這兩種方法都很重要，是相輔相成的。實(shí)驗(yàn)為理論分析提供必要的材料參數(shù)和假設(shè)依據(jù)，驗(yàn)證理論公式的正確性，同時(shí)理論和概念又在實(shí)驗(yàn)中起指導(dǎo)作用。對于受力復(fù)雜的重要構(gòu)件要同時(shí)進(jìn)行理論分析和實(shí)驗(yàn)研究。另外，隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，數(shù)值計(jì)算方法已成為解決工程問題的有效方法?！　?.2 變形固體的基本假設(shè)　　固體因受外力作用而變形，故稱為變形固體。為便于對變形固體制成的構(gòu)件進(jìn)行理論分析，通常略去一些次要因素，根據(jù)變形固體的主要性質(zhì)做如下假設(shè)：　?。?）連續(xù)性假設(shè)假設(shè)組成固體的物質(zhì)是密實(shí)和連續(xù)的。微觀上，組成固體的粒子之間存在空隙并不連續(xù)，但是這種空隙與構(gòu)件的尺寸相比極其微小，可以忽略不計(jì)。于是可以認(rèn)為固體在其整個(gè)體積內(nèi)是連續(xù)的。這樣，可以把力學(xué)量表示為固體各點(diǎn)坐標(biāo)的連續(xù)函數(shù)，應(yīng)用一般的數(shù)學(xué)分析方法。

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