工程力學

前言

　　這部教材是國家級精品課程“工程力學”的建設項目之一，其內(nèi)容包含理論力學中的靜力學部分和材料力學的主要部分。　　四川大學的工程力學課程在近十余年中經(jīng)歷了一個著重于外延調(diào)整轉(zhuǎn)化到著重于內(nèi)涵深入的發(fā)展過程。這門課程傳統(tǒng)定位于為工業(yè)工程類專業(yè)服務的技術基礎課，但這一定位在近年有所改變。四川大學的辦學定位是創(chuàng)辦一流的研究型綜合大學，這就要求本科的基礎性課程應該在培養(yǎng)研究型人才和復合型人才方面做出貢獻。同時，學習本課程的學生有了很大變化，他們的專業(yè)對力學的專門知識要求不高，工程力學是本科階段唯一的力學課程。隨著本校文、理、工、醫(yī)的學科融合，一些非工業(yè)工程專業(yè)（如生物醫(yī)學工程、管理工程、化工安全工程等）也將本課程列為必修課程，某些理科專業(yè)（如應用物理等），甚至醫(yī)科、文科專業(yè)的學生也在選修本課程。比較起力學專門知識，這些專業(yè)更看重的是力學的思維方式和研究方法。針對這些情況，我們把課程重新定位為“應用科學基礎課”。在課程目標方面，把培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和科學素質(zhì)作為課程改革的出發(fā)點，并把“工程力學，我們身邊的科學”作為課程的基本理念；在課程內(nèi)容和體系方面，在強調(diào)課程的應用性的同時，把課程的基礎性放到重要位置。　　為了實現(xiàn)上述設想，這部教材在以下幾方面做出了努力：　?。?）重視學生對知識的積累、發(fā)展和創(chuàng)新過程的體驗和理解。對于基本概念、基本原理和基本方法的引入、證明和應用，不僅講“怎么做”，而且講“為什么要這么做”，還要引導學生思考“怎么會想到要這樣做”。同時輔之以圖形，引導學生的思維從形象到邏輯，從具體到抽象的轉(zhuǎn)化。讓學生從知識的琢磨、討論和研究的過程中領悟知識的發(fā)展和創(chuàng)新，從而培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和能力?！　。?）重視方法論的啟迪。教材中把力學分析、物理分析和幾何分析作為核心思想貫穿始終，強化分析問題的總體思路分析，增加了對一些例題結(jié)果的評估和延伸。努力提高學生在總體上把握力學問題的能力?！　。?）重視知識的綜合應用，有意識地加大了對綜合問題分析的力度和深度?！　≡趦?nèi)容的編寫方面也有較大的改進。在“變形固體的基本概念”、“梁的彎曲變形”、“復雜應力狀態(tài)分析及其應用”等章節(jié)與國內(nèi)同類教材相比有明顯的變化，出現(xiàn)了一些新的提法和處理方式。這些變化一方面來源于對國外教材的借鑒，一方面也來源于編者對于若干問題的研究體會?！　”窘滩闹匾晫W生認知規(guī)律的研究、適應和利用。內(nèi)容的安排方面力求深度適宜，難點分散，在循序漸進的同時適當增大梯度；語言敘述方面力求在準確的同時做到流暢通俗，易于理解和自學。盡管這部教材是新的，但其體系、內(nèi)容和方法在近幾年的教學實踐中已經(jīng)得到了體現(xiàn)，并已取得了較好的效果。因此，本教材應該說是近幾年教學改革及實踐的一個反映和總結(jié)?！　”緯牧硪粋€特點，就是提供了較多的思考題和習題。這一方面是讓學生有充分思考和練習的機會，另一方面也為教師因材施教提供了一個平臺。對于部分較深入內(nèi)容的拓展就是以習題的形式出現(xiàn)的。習題和思考題充分注意了多樣性與新穎性。其中有許多非工業(yè)工程類的題目，這是為了強調(diào)課程的基本理念而設置的?！　「鶕?jù)我們的經(jīng)驗，講授本書內(nèi)容需要64～80學時。書中帶“*”的章節(jié)可以根據(jù)情況選講，跳過這些章節(jié)不會影響到后續(xù)的內(nèi)容?！　”緯俏倚９こ塘W教學團隊編寫的。參與本書編寫的人員如下：　　主編：秦世倫　　籌劃與審稿：王清遠，蔣文濤，魏泳濤　　編寫人員：徐雙武（第1、5、6章），董世明（第2、4章），李亞蘭（第3、10章），石秋英（第8、9章），秦世倫（其余各章及最后統(tǒng)稿）　　編者　　于四川大學　　2011年12月

內(nèi)容概要

本書是國家級精品課程的配套教材。
書中系統(tǒng)介紹了剛體靜力學的基本概念、匯交力系、力偶系、任意力系、桿件的內(nèi)力、變形固體的基本概念、桿件的拉伸與壓縮、軸的扭轉(zhuǎn)、梁的彎曲應力、梁的彎曲變形、復雜應力狀態(tài)分析及其應用、彈性壓桿穩(wěn)定等內(nèi)容。教材努力與工程實際和生活實際緊密結(jié)合，把工程實際問題簡化為力學模型作為學生結(jié)合工程的切入口，以此引導學生理解工程問題。與此同時，教材加大了非工程類實踐與課程結(jié)合的力度并提供數(shù)量較多的例題與習題。
本書適合于工科類如土木工程、工程管理、工程造價、食品工程、化學工程、紡織、材料、地質(zhì)、建筑環(huán)境與設備、市政工程、機械工程等專業(yè)的本科生作為教材使用，同時適合于準備參加國家注冊考試的有關工程技術人員作為參考書閱讀學習，本書也可作為高等學校工科專業(yè)理論力學、材料力學的參考書目。

書籍目錄

第1章 緒論
1.1 工程與力學的關系
1.2 工程力學的主要內(nèi)容
1.3 剛體、變形固體及其基本假定
1.4 桿件及其基本變形形式
1.5 荷載的分類
1.6 工程力學的研究方法
第2章 剛體靜力學的基本概念
2.1 矢量知識回顧
2.1.1 矢量的概念
2.1.2 矢量的運算
2.2 靜力學基本概念
2.2.1 剛體、平衡和力的概念
2.2.2 力系的概念
2.2.3 靜力學公理
2.3 約束和約束力
2.3.1 約束和約束力的概念
2.3.2 約束的一些基本類型
2.4 受力圖
思考題2
習題2
第3章 匯交力系
3.1 匯交力系的簡化與合成
3.1.1 匯交力系合成的幾何法
3.1.2 匯交力系合成的解析法
3.2 匯交力系的平衡條件
思考題3
習題3
第4章 力偶系
4.1 力對點之矩
4.1.1 平面問題中力對點的矩
4.1.2 空間問題中力對點的矩
4.2 力對軸之矩
4.2.1 力對軸之矩的概念
4.2.2 力對點之矩與力對軸之矩的關系
4.3 力系的主矢和主矩
4.3.1 力系的主矢和主矩的概念
4.3.2 力系等效定理
4.4 力偶及其性質(zhì)
4.5 力偶系的合成與平衡
思考題4
習題4
第5章 任意力系
5.1 力系的簡化
5.1.1 力線平移定理
5.1.2 空間任意力系向一點的簡化
5.1.3 空間任意力系的簡化結(jié)果
5.1.4 平面任意力系的簡化結(jié)果
5.1.5 平行力系及物體的形心
5.2 任意力系的平衡條件
5.2.1 平衡條件與平衡方程
5.2.2 平衡方程的應用
5.3 物系平衡
5.3.1 物體系統(tǒng)平衡問題
5.3.2 靜定和超靜定問題的概念
5.3.3 平面桁架
思考題5
習題 5
第6章 桿件的內(nèi)力
6.1 內(nèi)力的定義及其符號規(guī)定
6.2 內(nèi)力方程與內(nèi)力圖
6.3 梁的平衡微分方程及其應用
6.3.1 梁的平衡微分方程
6.3.2 梁承受集中荷載的情況
6.3.3 根據(jù)外荷載畫剪力彎矩圖
6.3.4 彎矩的峰值
6.4 簡單剛架的內(nèi)力圖
思考題6
習題6
第7章 變形固體的基本概念
7.1 應力的基本概念
7.1.1 應力矢量的一般概念
7.1.2 切應力互等定理
7.2 應變的基本概念
7.3 材料的力學性能
7.3.1 材料力學性能的方向性
7.3.2 材料的變形能力
7.3.3 材料力學性能中的時間效應
7.4 材料的簡單本構模型
7.4.1 線彈性體
7.4.2 彈塑性體?
7.4.3 黏彈性體?
7.5 材料的破壞及構件的失效
7.5.1 構件的強度、剛度和穩(wěn)定性條件
7.5.2 構件的疲勞簡介
思考題 7
習題7
第8章 桿件的拉伸與壓縮
8.1 桿件拉伸和壓縮的應力
8.2 拉伸和壓縮的變形
8.2.1 拉壓桿的變形
8.2.2 簡單桁架的結(jié)點位移
8.3 拉壓超靜定問題
8.3.1 拉壓超靜定問題及其求解方法
8.3.2 裝配應力
8.3.3 熱應力
8.4 連接件中應力的實用計算
思考題 8
習題8
第9章 軸的扭轉(zhuǎn)
9.1 圓軸扭轉(zhuǎn)的應力
9.2 圓軸扭轉(zhuǎn)的變形
9.3 扭轉(zhuǎn)超靜定問題
9.4 矩形截面軸的扭轉(zhuǎn)
思考題9
習題9
第10章 梁的彎曲應力
10.1 梁的彎曲正應力
10.1.1 梁橫截面上的正應力公式
10.1.2 梁的最大彎曲正應力
10.2 梁的彎曲切應力
10.3 梁的強度設計
思考題10
習題10
第11章 梁的彎曲變形
11.1 撓度曲線微分方程
11.2 積分法求梁的變形
11.3 疊加法計算梁的撓度與轉(zhuǎn)角
11.3.1 荷載的分解與重組
11.3.2 逐段剛化法
11.3.3 利用結(jié)構的對稱性
11.4 簡單超靜定問題
11.5 梁的剛度設計
思考題11
習題11
第12章 復雜應力狀態(tài)分析及其應用
12.1 應力狀態(tài)分析
12.1.1 單元體和應力狀態(tài)矩陣
12.1.2 應力狀態(tài)分析
12.1.3 應力狀態(tài)的理論分析*
12.1.4 三向應力狀態(tài)簡介
12.2 應變狀態(tài)分析
12.2.1 應變狀態(tài)
12.2.2 應變的測量
12.2.3 三向應變簡介
12.2.4 斜方向上應變公式的證明*
12.3 廣義胡克定律
12.4 強度準則
12.5 組合變形應力分析
12.5.1 拉（壓）彎組合
12.5.2 斜彎曲
12.5.3 截面核心的概念
12.5.4 彎扭組合
思考題12
習題12
第13章 彈性壓桿穩(wěn)定
13.1 壓桿穩(wěn)定的一般性概念
13.1.1 失穩(wěn)與臨界荷載
13.1.2 剛性桿的穩(wěn)定
13.2 理想壓桿
13.2.1 理想壓桿的臨界荷載
13.2.2 理想壓桿的臨界應力
13.2.3 壓桿的穩(wěn)定性設計
思考題13
習題13
附錄Ⅰ 截面圖形的幾何性質(zhì)
Ⅰ.1 幾何圖形的一次矩
Ⅰ.2 幾何圖形的二次矩
Ⅰ.3 平行移軸定理
附錄Ⅰ 思考題
附錄Ⅰ 習題
附錄Ⅱ 簡單梁的撓度與轉(zhuǎn)角
附錄 Ⅲ 常用工程材料的力學性能
附錄 Ⅳ 型鋼表
附錄 Ⅴ 習題參考答案
參考文獻

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