設(shè)計(jì)力學(xué)

前言

　　近年來(lái)，越來(lái)越多的高等院校面向藝術(shù)類學(xué)生設(shè)立了工業(yè)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品造型、環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)等專業(yè)，面向此類專業(yè)設(shè)置“工業(yè)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程，對(duì)于提高學(xué)生的設(shè)計(jì)能力具有重要意義?！肮I(yè)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程教學(xué)主要包括兩個(gè)方面的教學(xué)內(nèi)容：機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)與工程力學(xué)。目前普遍存在的一個(gè)教學(xué)難題是，如何面向藝術(shù)、設(shè)計(jì)、工程管理類專業(yè)學(xué)生傳授機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、工程力學(xué)這兩門工科性強(qiáng)的課程的知識(shí)。建設(shè)好面向藝術(shù)類專業(yè)的機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、工程力學(xué)等相關(guān)工科教材，對(duì)于提高藝術(shù)類學(xué)生的設(shè)計(jì)能力至關(guān)重要。目前，工程力學(xué)方面的教材主要以面向職業(yè)技術(shù)教育編寫的教材為主，此類教材主要是在對(duì)工科學(xué)生使用的教材內(nèi)容進(jìn)行刪減和簡(jiǎn)化的基礎(chǔ)上得到的，在內(nèi)容及體系結(jié)構(gòu)上沒(méi)有做過(guò)多的改動(dòng)。我們?cè)诮鼛啄杲虒W(xué)中采用此類教材時(shí)，感覺(jué)其不適應(yīng)教學(xué)要求?！　¤b于上述原因，武漢工程大學(xué)力學(xué)教研室組織相關(guān)骨干教師，在仔細(xì)分析、調(diào)研的基礎(chǔ)上，編寫了這本面向藝術(shù)類、工程管理類等專業(yè)的《設(shè)計(jì)力學(xué)》教材。本教材與一般工程力學(xué)教材相比較，在內(nèi)容及體系結(jié)構(gòu)上作了較大調(diào)整，針對(duì)教學(xué)實(shí)際刪除了組合變形、剛度分析等難度較大的內(nèi)容；省略了公式推導(dǎo)過(guò)程，改由以表格形式直接給出公式應(yīng)用形式；不拘泥于傳統(tǒng)編排的結(jié)構(gòu)體系，緊密結(jié)合專業(yè)需要，廣泛采用設(shè)計(jì)過(guò)程中的力學(xué)實(shí)例由淺入深地進(jìn)行講解，理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，相信本教材專業(yè)針對(duì)性更強(qiáng)，特色也更鮮明?！　∪珪卜?章，第1章以工業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)例為對(duì)象，闡述設(shè)計(jì)力學(xué)重要性及研究的主要內(nèi)容，希望能夠使學(xué)生一開始就將專業(yè)內(nèi)容與力學(xué)知識(shí)結(jié)合起來(lái)進(jìn)行學(xué)習(xí)，明白學(xué)習(xí)本課程的必要性；第2章主要講解力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，為后續(xù)章節(jié)的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)；第3章主要通過(guò)工業(yè)實(shí)例講解平面靜力學(xué)基本問(wèn)題及分析方法；第4章介紹平面結(jié)構(gòu)幾何組成的基本概念；第5、6、7章以大量工程實(shí)例來(lái)講解力學(xué)面對(duì)的三個(gè)問(wèn)題——強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性，其中又以求解強(qiáng)度為主，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的安全性問(wèn)題提供分析方法。

內(nèi)容概要

　　《設(shè)計(jì)力學(xué)》是根據(jù)最近各高等院校設(shè)置的工業(yè)設(shè)計(jì)、工業(yè)工程、藝術(shù)設(shè)計(jì)、工程管理、環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)等新專業(yè)的教學(xué)需求而編寫的一門力學(xué)基礎(chǔ)課教材，它綜合了理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等基礎(chǔ)力學(xué)知識(shí)，對(duì)經(jīng)典內(nèi)容加以精選，并與專業(yè)需求相結(jié)合，簡(jiǎn)練而富有新意。本教材以力學(xué)的基本概念和原理為主線，結(jié)合工業(yè)設(shè)計(jì)類專業(yè)特點(diǎn)，優(yōu)化課程體系，重組教學(xué)內(nèi)容，易于理解和接受。　　全書共分7章，包括導(dǎo)論、力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、平面結(jié)構(gòu)的靜力平衡問(wèn)題、平面結(jié)構(gòu)的幾何組成、構(gòu)件的內(nèi)力與內(nèi)力圖、構(gòu)件的應(yīng)力分析、構(gòu)件的變形等內(nèi)容。本教材注重基本概念的講解，強(qiáng)調(diào)工程概念，強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)，突出應(yīng)用，引入了大量與工程設(shè)計(jì)力學(xué)相關(guān)的工程設(shè)計(jì)例題及習(xí)題。第1至6章是本課程的基本內(nèi)容，第7章是選學(xué)內(nèi)容，任課教師可根據(jù)教學(xué)任務(wù)安排進(jìn)行選擇?！　　对O(shè)計(jì)力學(xué)》特別適用于對(duì)力學(xué)知識(shí)要求不高的專業(yè)，可作為普通高等院校工業(yè)造型、藝術(shù)設(shè)計(jì)以及高職、夜大、電大、中專等對(duì)力學(xué)要求較低專業(yè)學(xué)生的教材，也可作為廣大有關(guān)設(shè)計(jì)技術(shù)人員的自學(xué)參考書。

書籍目錄

第1章 緒論1．1 設(shè)計(jì)力學(xué)在工業(yè)設(shè)計(jì)中的作用1．2 工程力學(xué)與產(chǎn)品的形態(tài)美1．3 設(shè)計(jì)力學(xué)的研究?jī)?nèi)容閱讀材料一第2章 力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)2．1 力的基本性質(zhì)2．1．1 力的概念2．1．2 力的種類2．2 力的合成與分解2．2．1 合力與分力2．2．2 力的合成與分解的基本法則2．2．3 合力投影定律2．3 力矩與力偶2．3．1 力矩2．3．2 力偶2．3．3 力的平移定理2．4 載荷的分類2．4．1 按作用在結(jié)構(gòu)上的時(shí)間分類2．4．2 按作用在結(jié)構(gòu)上的分布情況分類2．5 平面結(jié)構(gòu)分類2．5．1 構(gòu)件分類2．5．2 平面桿系分類2．6 約束與反力2．6．1 活動(dòng)鉸支座（滾軸支座）2．6．2 固定鉸支座2．6．3 固定支座2．6．4 柔索約束2．6．5 光滑面約束2．7 平面結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖及受力分析2．7．1 桿件及桿與桿之間的連接構(gòu)造的簡(jiǎn)化2．7．2 支座的簡(jiǎn)化2．7．3 載荷的簡(jiǎn)化2．7．4 畫計(jì)算筒圖實(shí)例閱讀材料二習(xí)題第3章 平面結(jié)構(gòu)的靜力平衡問(wèn)題3．1 基本力系3．1．1 力系的定義3．1．2 力系的分類3．2 受力分析與受力圖3．2．1 受力分析與受力圖定義3．2．2 靜力學(xué)基本公理3．2．3 受力分析舉例3．3 靜力平衡條件與平衡方程3．3．1 靜力平衡的概念3．3．2 靜力平衡方程3．3．3 幾種特殊平面力系的平衡條件3．4 平面結(jié)構(gòu)的靜力分析3．4．1 常見(jiàn)靜力平衡問(wèn)題的分類與求解步驟3．4．2 構(gòu)件的分析實(shí)例閱讀材料三習(xí)題第4章 平面結(jié)構(gòu)的幾何組成4．1 構(gòu)件體系的幾何組成4．2 幾何體系判別準(zhǔn)則4．2．1 幾個(gè)結(jié)構(gòu)名詞4．2．2 兩個(gè)基本判別準(zhǔn)則4．3 幾何體系的分類4．4 幾何體系組成分析閱讀材料四習(xí)題第5章 構(gòu)件的內(nèi)力與內(nèi)力圖5．1 變形體及內(nèi)力與內(nèi)力圖5．1．1 變形體基本假設(shè)5．1．2 內(nèi)力與內(nèi)力圖的研究意義5．2 受力與變形5．2．1 軸向拉伸（或壓縮）5．2．2 剪切5．2．3 扭轉(zhuǎn)5．2．4 彎曲5．2．5 組合受力與組合變形5．3 內(nèi)力5．3．1 內(nèi)力的概念5．3．2 內(nèi)力正負(fù)號(hào)的規(guī)定5．3．3 截面法5．4 內(nèi)力圖5．4．1 軸力與軸力圖5．4．2 扭矩與扭矩圖5．4．3 剪力、彎矩與剪力圖、彎矩圖5．4．4 其他構(gòu)件的內(nèi)力與內(nèi)力圖閱讀材料五習(xí)題第6章 構(gòu)件的應(yīng)力分析6．1 應(yīng)力與應(yīng)變6．1．1 應(yīng)力的概念6．1．2 正應(yīng)變與切應(yīng)變6．1．3 彈性材料的物性關(guān)系6．2 拉壓變形6．2．1 工程中的軸向拉伸、壓縮問(wèn)題6．2．2 軸向拉、壓應(yīng)力分析6．2．3 安全因素、許用應(yīng)力與強(qiáng)度條件6．2．4 應(yīng)力集中6．3 剪切與擠壓6．3．1 構(gòu)件連接與剪切變形6．3．2 剪切強(qiáng)度的實(shí)用計(jì)算6．3．3 擠壓應(yīng)力實(shí)用計(jì)算6．4 扭轉(zhuǎn)應(yīng)力分析6．4．1 工程中的扭轉(zhuǎn)問(wèn)題6．4．2 圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)切應(yīng)力在橫截面的分布規(guī)律6．4．3 圓軸扭轉(zhuǎn)的強(qiáng)度條件及應(yīng)用6．4．4 應(yīng)用舉例6．5 平面彎曲的應(yīng)力分析6．5．1 彎曲變形與平面彎曲變形6．5．2 平面彎曲時(shí)橫截面上的應(yīng)力分布規(guī)律6．5．3 梁的強(qiáng)度條件及其應(yīng)用6．5．4 提高梁承載能力的主要措施閱讀材料六習(xí)題第7章 構(gòu)件的變形7．1 變形與應(yīng)變7．2 軸向拉伸與壓縮變形7．2．1 絕對(duì)變形7．2．2 相對(duì)變形——線應(yīng)變7．2．3 胡克定律7．3 扭轉(zhuǎn)變形7．3．1 圓軸扭轉(zhuǎn)變形量計(jì)算公式7．3．2 剛度條件7．4 平面彎曲變形7．4．1 梁的彎曲變形實(shí)例7．4．2 度量彎曲變形的參量——撓度和轉(zhuǎn)角7．4．3 彎曲變形計(jì)算的查表法和疊加法7．4．4 梁的剛度條件與剛度設(shè)計(jì)7．4．5 影響結(jié)構(gòu)剛度的因素7．5 壓桿的穩(wěn)定性7．5．1 壓桿穩(wěn)定性的概念7．5．2 細(xì)長(zhǎng)壓桿臨界壓力7．5．3 壓桿臨界應(yīng)力7．5．4 壓桿的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)7．5．5 提高壓桿穩(wěn)定性的措施閱讀材料七習(xí)題附錄型鋼規(guī)格表參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第1章緒論　　1.1 設(shè)計(jì)力學(xué)在工業(yè)設(shè)計(jì)中的作用　　首先以一種簡(jiǎn)單的產(chǎn)品——椅子的設(shè)計(jì)為例，來(lái)闡述工業(yè)、藝術(shù)設(shè)計(jì)中產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與力學(xué)的關(guān)系。早期的椅子主要采用木材制作，制作方法復(fù)雜且不耐用。從20世紀(jì)20年代開始，鋼管材料被用于家具的制作，從而開辟了現(xiàn)代家具設(shè)計(jì)的新時(shí)代。圖1.1所示是包豪斯學(xué)校教師布勞耶（Marcen Breuer，1902—1981）設(shè)計(jì)的“U”形鋼管椅，其作為早期鋼管家具代表作被載入了工業(yè)設(shè)計(jì)史籍中。　　對(duì)從事工業(yè)、藝術(shù)設(shè)計(jì)的工作者而言，有創(chuàng)意的外觀、較高的舒適度及功能化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是其作品設(shè)計(jì)構(gòu)造的“靈魂”。同時(shí)，從形成創(chuàng)意到完成設(shè)計(jì)，每一個(gè)步驟都必須建立在對(duì)產(chǎn)品的安全性能、用料成本等問(wèn)題進(jìn)行全面分析的基礎(chǔ)上。一般而言，設(shè)計(jì)產(chǎn)品的安全性能與制作成本是一對(duì)矛盾體，產(chǎn)品安全性能越好，成本越高；反之，成本越低，安全性能就可能越低。因此，產(chǎn)品的高性價(jià)比成為重要的設(shè)計(jì)目標(biāo)，而這就不可避免地需要正確分析、處理一些與力學(xué)相關(guān)的問(wèn)題。對(duì)于布勞耶設(shè)計(jì)的鋼管椅，在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮以下幾個(gè)力學(xué)問(wèn)題。　?。?）人坐在椅子上、后仰倚背和前傾起立時(shí)，要使椅子保持穩(wěn)定，不致傾倒，在地面上支撐整個(gè)椅子的那段“U”形鋼管的橫寬、縱深及寬深比各應(yīng)該是多少。這個(gè)問(wèn)題是設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)之初就必須考慮的，但只有通過(guò)對(duì)椅子進(jìn)行詳細(xì)的受力分析才能夠解答，這屬于靜力學(xué)研究的范疇。

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