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工程力学课程概论1

1 工程力学与工程密切相关1

2 工程力学的主要内容与分析模型6

2-1 工程力学的主要内容6

2-2 工程力学的两种分析模型8

3 工程力学的分析方法9

3-1 工程力学的理论分析方法9

3-2 工程力学的实验分析方法10

3-3 工程力学的计算机分析方法10

第一篇 静力学12

第1章 静力学基础12

1-1 力和力矩12

1-1-1 力的概念12

1-1-2 作用在刚体上的力的运动效应与力的可传性13

1-1-3 力对点之矩15

1-1-4 力系的概念17

1-1-5 合力矩定理17

1-2 力偶及其性质18

1-2-1 力偶18

1-2-2 力偶的性质19

1-2-3 力偶系及其合成20

1-3 约束与约束力21

1-3-1 约束与约束力的概念21

1-3-2 柔性约束21

1-3-3 光滑面约束22

1-3-4 光滑铰链约束23

1-3-5 滚珠轴承与止推轴承25

1-4 平衡的概念26

1-4-1 二力平衡与二力构件26

1-4-2 不平行的三力平衡条件28

1-4-3 加减平衡力系原理28

1-5 受力分析方法与过程29

1-5-1 受力分析概述29

1-5-2 受力图绘制方法应用举例30

1-6 小结与讨论32

1-6-1 关于约束与约束力32

1-6-2 关于受力分析32

1-6-3 关于二力构件33

1-6-4 关于静力学中某些原理的适用性33

习题34

第2章 力系的简化38

2-1 力系等效与简化的概念38

2-1-1 力系的主矢与主矩38

2-1-2 等效的概念39

2-1-3 简化的概念39

2-2 力系简化的基础——力向一点平移定理39

2-3 平面力系的简化40

2-3-1 平面汇交力系与平面力偶系的合成结果40

2-3-2 平面一般力系向一点简化41

2-3-3 平面力系的简化结果41

2-4 固定端约束的约束力43

2-5 小结与讨论45

2-5-1 关于力的矢量性质的讨论45

2-5-2 关于平面力系简化结果的讨论45

2-5-3 关于实际约束的讨论45

习题46

第3章 静力学平衡问题50

3-1 平面力系的平衡条件与平衡方程50

3-1-1 平面一般力系的平衡条件与平衡方程50

3-1-2 平面一般力系平衡方程的其他形式55

3-1-3 平面汇交力系与平面力偶系的平衡方程57

3-2 简单的空间力系平衡问题57

3-2-1 力对轴之矩58

3-2-2 空间力系的简化60

3-2-3 空间力系的平衡条件61

3-3 简单的刚体系统平衡问题63

3-3-1 刚体系统静定与静不定的概念63

3-3-2 刚体系统的平衡问题的特点与解法64

3-4 考虑摩擦时的平衡问题69

3-4-1 滑动摩擦定律69

3-4-2 考虑摩擦时的平衡问题70

3-5 小结与讨论72

3-5-1 关于坐标系和力矩中心的选择72

3-5-2 关于受力分析的重要性73

3-5-3 关于求解刚体系统平衡问题时应注意的几个方面74

3-5-4 摩擦角与自锁的概念75

习题77

第二篇 材料力学89

第4章 材料力学的基本概念89

4-1 关于材料的基本假定90

4-1-1 均匀连续性假定90

4-1-2 各向同性假定90

4-1-3 小变形假定90

4-2 弹性杆件的外力与内力91

4-2-1 外力91

4-2-2 内力与内力分量91

4-2-3 截面法91

4-3 弹性体受力与变形特点94

4-4 杆件横截面上的应力95

4-4-1 正应力与剪应力定义95

4-4-2 应力与内力分量之间的关系96

4-5 正应变与剪应变97

4-6 线弹性材料的应力-应变关系98

4-7 杆件受力与变形的基本形式98

4-7-1 拉伸或压缩98

4-7-2 剪切99

4-7-3 扭转99

4-7-4 平面弯曲100

4-7-5 组合受力与变形100

4-8 小结与讨论101

4-8-1 关于静力学模型与材料力学模型101

4-8-2 关于静力学概念与原理在材料力学中的可用性与限制性101

习题101

第5章 轴向拉伸与压缩104

5-1 工程中承受拉伸与压缩的杆件104

5-2 轴力与轴力图106

5-3 拉压杆件的应力与变形108

5-3-1 应力计算108

5-3-2 变形计算108

5-4 拉压杆件的强度计算114

5-4-1 强度条件、安全因数与许用应力114

5-4-2 三类强度计算问题114

5-4-3 强度计算举例115

5-5 拉伸与压缩时材料的力学性能118

5-5-1 材料拉伸时的应力-应变曲线118

5-5-2 韧性材料拉伸时的力学性能119

5-5-3 脆性材料拉伸时的力学性能120

5-5-4 强度失效概念与极限应力121

5-5-5 压缩时材料的力学性能122

5-6 小结与讨论123

5-6-1 本章的主要结论123

5-6-2 关于应力和变形公式的应用条件124

5-6-3 加力点附近区域的应力分布125

5-6-4 应力集中的概念126

5-6-5 拉伸和压缩静不定问题概述127

习题129

第6章 圆轴扭转134

6-1 工程上传递功率的圆轴及其扭转变形134

6-2 扭矩与扭矩图137

6-2-1 外加扭转力偶矩与功率、转速之间的关系137

6-2-2 截面法确定圆轴横截面上的扭矩137

6-2-3 扭矩的正负号规则138

6-2-4 扭矩图138

6-3 剪应力互等定理139

6-4 圆轴扭转时的剪应力分析140

6-4-1 平面假定140

6-4-2 变形协调方程141

6-4-3 弹性范围内的剪应力-剪应变关系142

6-4-4 静力学方程142

6-4-5 圆轴扭转时横截面上的剪应力表达式143

6-5 圆轴扭转时的强度与刚度计算146

6-5-1 圆轴扭转实验与破坏现象146

6-5-2 圆轴扭转强度计算147

6-5-3 圆轴扭转刚度计算149

6-6 小结与讨论150

6-6-1 圆轴扭转强度与刚度计算及其他150

6-6-2 矩形截面杆扭转时的剪应力151

6-6-3 扭转静不定问题概述153

习题154

第7章 梁的弯曲（1）——弯曲内力158

7-1 工程中的弯曲构件158

7-2 剪力方程与弯矩方程160

7-2-1 弯曲时梁横截面上的剪力与弯矩160

7-2-2 剪力与弯矩的正负号规则160

7-2-3 截面法确定指定截面上剪力和弯矩161

7-2-4 剪力方程和弯矩方程163

7-3 剪力图和弯矩图166

7-4 小结与讨论170

7-4-1 弯矩、剪力与载荷集度之间的微分关系170

7-4-2 绘制弯矩图和剪力图时要注意的几个问题175

习题176

第8章 梁的弯曲（2）——与应力分析相关的截面几何性质179

8-1 为什么要研究截面图形的几何性质179

8-2 静矩、形心及其相互关系180

8-3 惯性矩、极惯性矩、惯性积、惯性半径182

8-4 惯性矩与惯性积的移轴定理184

8-5 惯性矩与惯性积的转轴定理185

8-6 主轴与形心主轴、主惯性矩与形心主惯性矩185

8-7 小结与讨论187

习题188

第9章 梁的弯曲（3）——弯曲应力与弯曲强度计算191

9-1 平面弯曲与纯弯曲的概念191

9-2 纯弯曲时梁横截面上的正应力分析192

9-3 梁的弯曲正应力公式的应用与推广197

9-3-1 计算梁的弯曲正应力需要注意的几个问题197

9-3-2 纯弯曲正应力可以推广到横向弯曲198

9-4 平面弯曲正应力公式应用举例198

9-5 基于弯曲正应力的梁的强度计算201

9-5-1 梁的失效判据201

9-5-2 梁的弯曲强度条件201

9-5-3 梁的弯曲强度计算步骤201

9-6 小结与讨论206

9-6-1 弯曲正应力公式的应用条件206

9-6-2 弯曲剪应力的概念207

9-6-3 剪切与挤压假定计算208

9-6-4 提高梁强度的措施211

习题214

第10章 弯曲刚度221

10-1 弯曲变形与位移的基本概念221

10-1-1 梁弯曲后的挠度曲线221

10-1-2 梁的挠度与转角222

10-1-3 梁的位移与约束密切相关223

10-1-4 梁的位移分析的工程意义223

10-2 小挠度微分方程及其积分224

10-2-1 小挠度曲线微分方程224

10-2-2 积分常数的确定、约束条件与连续条件226

10-3 工程中的叠加法228

10-3-1 叠加法应用于多个载荷作用的情形228

10-3-2 叠加法应用于间断性分布载荷作用的情形230

10-4 简单的静不定梁231

10-5 弯曲刚度计算233

10-5-1 弯曲刚度条件233

10-5-2 刚度计算举例233

10-6 小结与讨论236

10-6-1 关于变形和位移的相依关系236

10-6-2 关于梁的连续光滑曲线237

10-6-3 关于求解静不定问题的讨论238

10-6-4 关于静不定结构特性的讨论239

10-6-5 提高弯曲刚度的途径239

习题243

第11章 应力状态与强度理论249

11-1 基本概念249

11-1-1 什么是应力状态，为什么要研究应力状态249

11-1-2 怎样表示一点处的应力状态250

11-1-3 怎样建立一般应力状态下的强度条件251

11-2 平面应力状态中任意方向面上的应力分析252

11-2-1 方向角与应力分量的正负号规则252

11-2-2 微元的局部平衡253

11-2-3 平面应力状态中任意方向面上的正应力与剪应力253

11-3 应力状态中的主应力与最大剪应力255

11-3-1 主平面、主应力与主方向255

11-3-2 平面应力状态的三个主应力255

11-3-3 面内最大剪应力与一点处的最大剪应力256

11-4 分析应力状态的应力圆方法260

11-4-1 应力圆方程260

11-4-2 应力圆的画法260

11-4-3 应力圆的应用261

11-5 一般应力状态下的应力-应变关系 应变能密度263

11-5-1 广义胡克定律263

11-5-2 各向同性材料各弹性常数之间的关系265

11-5-3 总应变能密度266

11-5-4 体积改变能密度与畸变能密度267

11-6 一般应力状态下的强度条件268

11-6-1 第一强度理论268

11-6-2 第二强度理论269

11-6-3 第三强度理论270

11-6-4 第四强度理论271

11-7 小结与讨论273

11-7-1 关于应力状态的几点重要结论273

11-7-2 平衡方法是分析应力状态最重要、最基本的方法273

11-7-3 关于应力状态的不同的表示方法274

11-7-4 正确应用广义胡克定律274

11-7-5 应用强度理论需要注意的几个问题275

习题276

第12章 组合受力与变形杆件的强度计算282

12-1 斜弯曲282

12-1-1 产生斜弯曲的加载条件282

12-1-2 叠加法确定横截面上的正应力282

12-1-3 最大正应力与强度条件283

12-2 拉伸（压缩）与弯曲的组合287

12-3 弯曲与扭转的组合291

12-3-1 计算简图291

12-3-2 危险点及其应力状态292

12-3-3 强度条件与设计公式293

12-4 薄壁容器强度设计简述296

12-5 小结与讨论298

12-5-1 关于中性轴的讨论298

12-5-2 关于强度计算的全过程299

习题299

第13章 压杆的稳定性问题304

13-1 压杆稳定性的基本概念304

13-1-1 平衡状态的稳定性和不稳定性304

13-1-2 临界状态与临界载荷305

13-1-3 三种类型压杆的不同临界状态305

13-2 细长压杆的临界载荷——欧拉临界力306

13-2-1 两端铰支的细长压杆306

13-2-2 其他刚性支承细长压杆临界载荷的通用公式308

13-3 长细比的概念 三类不同压杆的判断309

13-3-1 长细比的定义与概念309

13-3-2 三类不同压杆的区分309

13-3-3 三类压杆的临界应力公式310

13-3-4 临界应力总图与λp、λs的确定311

13-4 压杆稳定性计算312

13-4-1 压杆稳定性计算内容312

13-4-2 安全因素法与稳定性安全条件312

13-4-3 压杆稳定性计算过程312

13-5 压杆稳定性计算示例313

13-6 小结与讨论317

13-6-1 稳定性计算的重要性317

13-6-2 影响压杆承载能力的因素318

13-6-3 提高压杆承载能力的主要途径318

13-6-4 稳定性计算中需要注意的几个重要问题319

习题322

第14章 动载荷与疲劳强度简述327

14-1 等加速直线运动时构件上的惯性力与动应力327

14-2 旋转构件的受力分析与动应力计算328

14-3 冲击载荷与冲击应力计算332

14-3-1 冲击载荷概述332

14-3-2 冲击的两种主要模式334

14-3-3 计算冲击载荷的基本假定335

14-3-4 机械能守恒定律的应用335

14-3-5 冲击动荷因数337

14-4 疲劳强度简述339

14-4-1 承受交变应力的火车车轴339

14-4-2 交变应力的名词和术语340

14-4-3 疲劳破坏特征343

14-5 疲劳极限与应力-寿命曲线345

14-6 影响疲劳极限的因素346

14-6-1 应力集中的影响——有效应力集中因数347

14-6-2 零件尺寸的影响——尺寸因数347

14-6-3 表面加工质量的影响——表面质量因数348

14-7 基于无限寿命设计方法的疲劳强度设计348

14-7-1 构件寿命的概念348

14-7-2 无限寿命设计方法——安全因数法349

14-7-3 等幅对称应力循环下的工作安全因数350

14-7-4 等幅交变应力作用下的疲劳寿命估算350

14-8 小结与讨论351

14-8-1 不同情形下动荷系数具有不同的形式351

14-8-2 运动物体突然制动或刹车时的动载荷与动应力351

14-8-3 减小冲击力的有效措施352

14-8-4 提高构件疲劳强度的途径353

习题354

附录A 型钢规格表359

附录B 习题答案375

索引384

参考文献389

Synopsis390

Contents391

主编简介401