設(shè)計力學(xué)

前言

　　近年來，越來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、產(chǎn)品造型、環(huán)境藝術(shù)設(shè)計等專業(yè)，面向此類專業(yè)設(shè)置“工業(yè)設(shè)計基礎(chǔ)”課程，對于提高學(xué)生的設(shè)計能力具有重要意義?！肮I(yè)設(shè)計基礎(chǔ)”課程教學(xué)主要包括兩個方面的教學(xué)內(nèi)容：機械設(shè)計基礎(chǔ)與工程力學(xué)。目前普遍存在的一個教學(xué)難題是，如何面向藝術(shù)、設(shè)計、工程管理類專業(yè)學(xué)生傳授機械設(shè)計基礎(chǔ)、工程力學(xué)這兩門工科性強的課程的知識。建設(shè)好面向藝術(shù)類專業(yè)的機械設(shè)計基礎(chǔ)、工程力學(xué)等相關(guān)工科教材，對于提高藝術(shù)類學(xué)生的設(shè)計能力至關(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工科學(xué)生使用的教材內(nèi)容進行刪減和簡化的基礎(chǔ)上得到的，在內(nèi)容及體系結(jié)構(gòu)上沒有做過多的改動。我們在近幾年教學(xué)中采用此類教材時，感覺其不適應(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，針對教學(xué)實際刪除了組合變形、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)計過程中的力學(xué)實例由淺入深地進行講解，理論與實踐緊密結(jié)合，相信本教材專業(yè)針對性更強，特色也更鮮明。　　全書共分7章，第1章以工業(yè)設(shè)計實例為對象，闡述設(shè)計力學(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)知識結(jié)合起來進行學(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，為后續(xù)章節(jié)的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)；第3章主要通過工業(yè)實例講解平面靜力學(xué)基本問題及分析方法；第4章介紹平面結(jié)構(gòu)幾何組成的基本概念；第5、6、7章以大量工程實例來講解力學(xué)面對的三個問題——強度、剛度、穩(wěn)定性，其中又以求解強度為主，為產(chǎn)品設(shè)計中的安全性問題提供分析方法。

內(nèi)容概要

　　《設(shè)計力學(xué)》是根據(jù)最近各高等院校設(shè)置的工業(yè)設(shè)計、工業(yè)工程、藝術(shù)設(shè)計、工程管理、環(huán)境藝術(shù)設(shè)計等新專業(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，對經(jīng)典內(nèi)容加以精選，并與專業(yè)需求相結(jié)合，簡練而富有新意。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)計類專業(yè)特點，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、平面結(jié)構(gòu)的靜力平衡問題、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，強調(diào)工程概念，強調(diào)基礎(chǔ)，突出應(yīng)用，引入了大量與工程設(shè)計力學(xué)相關(guān)的工程設(shè)計例題及習(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)安排進行選擇?！　　对O(shè)計力學(xué)》特別適用于對力學(xué)知識要求不高的專業(yè)，可作為普通高等院校工業(yè)造型、藝術(shù)設(shè)計以及高職、夜大、電大、中專等對力學(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)計力學(xué)在工業(yè)設(shè)計中的作用1．2 工程力學(xué)與產(chǎn)品的形態(tài)美1．3 設(shè)計力學(xué)的研究內(nèi)容閱讀材料一第2章 力學(xué)基礎(chǔ)知識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)計算簡圖及受力分析2．7．1 桿件及桿與桿之間的連接構(gòu)造的簡化2．7．2 支座的簡化2．7．3 載荷的簡化2．7．4 畫計算筒圖實例閱讀材料二習(xí)題第3章 平面結(jié)構(gòu)的靜力平衡問題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 常見靜力平衡問題的分類與求解步驟3．4．2 構(gòu)件的分析實例閱讀材料三習(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 幾何體系判別準則4．2．1 幾個結(jié)構(gòu)名詞4．2．2 兩個基本判別準則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)力正負號的規(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 剪切強度的實用計算6．3．3 擠壓應(yīng)力實用計算6．4 扭轉(zhuǎn)應(yīng)力分析6．4．1 工程中的扭轉(zhuǎn)問題6．4．2 圓軸扭轉(zhuǎn)時切應(yīng)力在橫截面的分布規(guī)律6．4．3 圓軸扭轉(zhuǎn)的強度條件及應(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 平面彎曲時橫截面上的應(yīng)力分布規(guī)律6．5．3 梁的強度條件及其應(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 絕對變形7．2．2 相對變形——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 彎曲變形計算的查表法和疊加法7．4．4 梁的剛度條件與剛度設(shè)計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 細長壓桿臨界壓力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

章節(jié)摘錄

　　第1章緒論　　1.1 設(shè)計力學(xué)在工業(yè)設(shè)計中的作用　　首先以一種簡單的產(chǎn)品——椅子的設(shè)計為例，來闡述工業(yè)、藝術(shù)設(shè)計中產(chǎn)品的設(shè)計與力學(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)計的新時代。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)計史籍中?！　氖鹿I(yè)、藝術(shù)設(shè)計的工作者而言，有創(chuàng)意的外觀、較高的舒適度及功能化結(jié)構(gòu)設(shè)計，是其作品設(shè)計構(gòu)造的“靈魂”。同時，從形成創(chuàng)意到完成設(shè)計，每一個步驟都必須建立在對產(chǎn)品的安全性能、用料成本等問題進行全面分析的基礎(chǔ)上。一般而言，設(shè)計產(chǎn)品的安全性能與制作成本是一對矛盾體，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)品的高性價比成為重要的設(shè)計目標，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)的問題。對于布勞耶設(shè)計的鋼管椅，在設(shè)計過程中需要考慮以下幾個力學(xué)問題。　?。?）人坐在椅子上、后仰倚背和前傾起立時，要使椅子保持穩(wěn)定，不致傾倒，在地面上支撐整個椅子的那段“U”形鋼管的橫寬、縱深及寬深比各應(yīng)該是多少。這個問題是設(shè)計者在設(shè)計之初就必須考慮的，但只有通過對椅子進行詳細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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