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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 两种不同的理论分析方法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13

第1章 静力学基础13

1-1 力和力矩13

1-1-1 力的概念13

1-1-2 作用在刚体上的力的效应与力的可传性14

1-1-3 力对点之矩16

1-1-4 力系的概念18

1-1-5 合力矩定理18

1-2 力偶及其性质19

1-2-1 力偶19

1-2-2 力偶的性质20

1-2-3 力偶系及其合成21

1-3 约束与约束力22

1-3-1 约束与约束力的概念22

1-3-2 绳索约束与带约束22

1-3-3 光滑面约束23

1-3-4 光滑铰链约束24

1-3-5 滑动轴承与止推轴承26

1-4 平衡的概念27

1-4-1 二力平衡与二力构件27

1-4-2 不平行的三力平衡条件29

1-4-3 加减平衡力系原理29

1-5 受力分析方法与过程30

1-5-1 受力分析概述30

1-5-2 受力图绘制方法应用举例31

1-6 结论与讨论33

1-6-1 关于约束与约束力33

1-6-2 关于受力分析34

1-6-3 关于二力构件34

1-6-4 关于静力学中某些原理的适用性34

习题35

第2章 力系的简化41

2-1 力系等效与简化的概念41

2-1-1 力系的主矢与主矩41

2-1-2 等效的概念42

2-1-3 简化的概念42

2-2 力系简化的基础——力向一点平移定理42

2-3 平面力系的简化43

2-3-1 平面汇交力系与平面力偶系的合成结果43

2-3-2 平面一般力系向一点简化44

2-3-3 平面力系的简化结果45

2-4 固定端约束的约束力47

2-5 结论与讨论48

2-5-1 关于力的矢量性质的讨论48

2-5-2 关于平面力系简化结果的讨论48

2-5-3 关于实际约束的讨论49

习题49

第3章 静力学平衡问题51

3-1 平面力系的平衡条件与平衡方程51

3-1-1 平面一般力系的平衡条件与平衡方程51

3-1-2 平面一般力系平衡方程的其他形式57

3-1-3 平面汇交力系与平面力偶系的平衡方程58

3-2 简单的空间力系平衡问题59

3-2-1 力对轴之矩60

3-2-2 空间力系的简化61

3-2-3 空间力系的平衡条件63

3-3 简单的刚体系统平衡问题64

3-3-1 刚体系统静定与静不定的概念65

3-3-2 刚体系统的平衡问题的特点与解法65

3-4 考虑摩擦时的平衡问题70

3-4-1 滑动摩擦定律70

3-4-2 考虑摩擦时的平衡问题72

3-5 结论与讨论77

3-5-1 关于坐标系和力矩中心的选择77

3-5-2 关于受力分析的重要性77

3-5-3 关于求解刚体系统平衡问题时应注意的几个方面78

3-5-4 摩擦角与自锁的概念79

习题81

第二篇 材料力学91

第4章 材料力学的基本概念91

4-1 关于材料的基本假定92

4-1-1 均匀连续性假定92

4-1-2 各向同性假定92

4-1-3 小变形假定92

4-2 弹性杆件的外力与内力93

4-2-1 外力93

4-2-2 内力与内力分量93

4-2-3 截面法93

4-3 弹性体受力与变形特点96

4-4 杆件横截面上的应力96

4-4-1 正应力与切应力定义96

4-4-2 应力与内力分量之间的关系98

4-5 正应变与切应变98

4-6 线弹性材料的应力-应变关系99

4-7 杆件受力与变形的基本形式100

4-7-1 拉伸或压缩100

4-7-2 剪切101

4-7-3 扭转101

4-7-4 平面弯曲102

4-7-5 组合受力与变形102

4-8 结论与讨论103

4-8-1 关于静力学模型与材料力学模型103

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103

习题104

第5章 轴向拉伸与压缩106

5-1 轴力与轴力图106

5-2 拉压杆件的应力与变形108

5-2-1 应力计算108

5-2-2 变形计算109

5-3 拉压杆件的强度计算114

5-3-1 强度条件、安全因数与许用应力115

5-3-2 三类强度计算问题115

5-3-3 强度计算举例115

5-4 拉伸与压缩时材料的力学性能118

5-4-1 材料拉伸时的应力-应变曲线119

5-4-2 韧性材料拉伸时的力学性能119

5-4-3 脆性材料拉伸时的力学性能120

5-4-4 强度失效概念与极限应力121

5-4-5 压缩时材料的力学性能121

5-5 结论与讨论123

5-5-1 本章的主要结论123

5-5-2 关于应力和变形公式的应用条件124

5-5-3 加力点附近区域的应力分布125

5-5-4 应力集中的概念126

5-5-5 拉伸和压缩静不定问题概述126

习题128

第6章 圆轴扭转132

6-1 工程上传递功率的圆轴及其扭转变形132

6-2 扭矩与扭矩图133

6-2-1 外加扭转力偶矩与功率、转速之间的关系133

6-2-2 截面法确定圆轴横截面上的扭矩133

6-2-3 扭矩的正负号规则134

6-2-4 扭矩图135

6-3 切应力互等定理135

6-4 圆轴扭转时的切应力分析136

6-4-1 平面假定137

6-4-2 变形协调方程137

6-4-3 弹性范围内的切应力-切应变关系137

6-4-4 静力学方程138

6-4-5 圆轴扭转时横截面上的切应力表达式139

6-5 圆轴扭转时的强度与刚度计算141

6-5-1 圆轴扭转实验与破坏现象141

6-5-2 圆轴扭转强度计算142

6-5-3 圆轴扭转刚度计算144

6-6 结论与讨论145

6-6-1 圆轴扭转强度与刚度计算及其他145

6-6-2 矩形截面杆扭转时的切应力146

习题148

第7章 弯曲强度152

7-1 工程中的弯曲构件152

7-2 剪力方程与弯矩方程153

7-2-1 弯曲时梁横截面上的剪力与弯矩153

7-2-2 剪力与弯矩的正负号规则154

7-2-3 截面法确定指定截面上的剪力和弯矩154

7-2-4 剪力方程与弯矩方程157

7-3 剪力图与弯矩图160

7-4 与应力分析相关的截面图形几何量165

7-4-1 静矩、形心及其相互关系165

7-4-2 惯性矩、极惯性矩、惯性积、惯性半径167

7-4-3 惯性矩与惯性积的移轴定理169

7-4-4 惯性矩与惯性积的转轴定理170

7-4-5 主轴与形心主轴、主惯性矩与形心主惯性矩171

7-5 平面弯曲时梁横截面上的正应力173

7-5-1 平面弯曲与纯弯曲的概念173

7-5-2 纯弯曲时梁横截面上的正应力分析174

7-5-3 梁的弯曲正应力公式的应用与推广179

7-6 平面弯曲正应力公式应用举例180

7-7 梁的强度计算183

7-7-1 梁的失效判据183

7-7-2 梁的弯曲强度条件183

7-7-3 梁的弯曲强度计算步骤184

7-8 结论与讨论189

7-8-1 弯矩、剪力与载荷集度之间的微分关系189

7-8-2 绘制弯矩图和剪力图时要注意的几个问题195

7-8-3 弯曲正应力公式的应用条件196

7-8-4 弯曲切应力的概念197

7-8-5 剪切与挤压假定计算198

7-8-6 提高梁强度的措施200

习题203

第8章 弯曲刚度209

8-1 弯曲变形与位移的基本概念209

8-1-1 梁弯曲后的挠度曲线209

8-1-2 梁的挠度与转角210

8-1-3 梁的位移与约束密切相关210

8-1-4 梁的位移分析的工程意义211

8-2 小挠度微分方程及其积分212

8-2-1 小挠度曲线微分方程212

8-2-2 积分常数的确定、约束条件与连续条件213

8-3 工程中的叠加法216

8-3-1 叠加法应用于多个载荷作用的情形218

8-3-2 叠加法应用于间断性分布载荷作用的情形220

8-4 简单的静不定梁221

8-5 弯曲刚度计算224

8-5-1 弯曲刚度条件224

8-5-2 刚度计算举例224

8-6 结论与讨论227

8-6-1 关于变形和位移的相依关系227

8-6-2 关于梁的连续光滑曲线227

8-6-3 关于求解静不定问题的讨论228

8-6-4 关于静不定结构特性的讨论228

8-6-5 提高弯曲刚度的途径229

习题230

第9章 应力状态与强度理论234

9-1 基本概念234

9-1-1 什么是应力状态，为什么要研究应力状态234

9-1-2 怎样表示一点处的应力状态235

9-1-3 怎样建立一般应力状态下的强度条件237

9-2 平面应力状态中任意方向面上的应力分析237

9-2-1 方向角与应力分量的正负号规则237

9-2-2 微元的局部平衡238

9-2-3 平面应力状态中任意方向面上的正应力与切应力239

9-3 应力状态中的主应力与最大切应力240

9-3-1 主平面、主应力与主方向240

9-3-2 平面应力状态的三个主应力241

9-3-3 面内最大切应力与一点处的最大切应力241

9-4 分析应力状态的应力圆方法244

9-4-1 应力圆方程244

9-4-2 应力圆的画法245

9-4-3 应力圆的应用246

9-5 一般应力状态下的应力-应变关系 应变能密度248

9-5-1 广义胡克定律248

9-5-2 各向同性材料各弹性常数之间的关系249

9-5-3 总应变能密度250

9-5-4 体积改变能密度与畸变能密度251

9-6 一般应力状态下的强度条件252

9-6-1 第一强度理论252

9-6-2 第二强度理论253

9-6-3 第三强度理论254

9-6-4 第四强度理论255

9-7 结论与讨论257

9-7-1 关于应力状态的几点重要结论257

9-7-2 平衡方法是分析应力状态最重要、最基本的方法257

9-7-3 关于应力状态的不同的表示方法257

9-7-4 正确应用广义胡克定律258

9-7-5 应用强度理论需要注意的几个问题258

习题260

第10章 组合受力与变形杆件的强度计算263

10-1 斜弯曲263

10-1-1 产生斜弯曲的加载条件263

10-1-2 叠加法确定横截面上的正应力263

10-1-3 最大正应力与强度条件264

10-2 拉伸（压缩）与弯曲的组合268

10-3 弯曲与扭转的组合272

10-3-1 计算简图272

10-3-2 危险点及其应力状态273

10-3-3 强度条件与设计公式274

10-4 薄壁容器强度设计简述277

10-5 结论与讨论279

10-5-1 关于中性轴的讨论279

10-5-2 关于强度计算的全过程280

习题280

第11章 压杆的稳定性问题285

11-1 压杆稳定性的基本概念285

11-1-1 平衡状态的稳定性和不稳定性285

11-1-2 临界状态与临界载荷286

11-1-3 三种类型压杆的不同临界状态286

11-2 细长压杆的临界载荷——欧拉临界力287

11-2-1 两端铰支的细长压杆287

11-2-2 其他刚性支承细长压杆临界载荷的通用公式289

11-3 长细比的概念三类不同压杆的判断290

11-3-1 长细比的定义与概念290

11-3-2 三类不同压杆的区分290

11-3-3 三类压杆的临界应力公式291

11-3-4 临界应力总图与λp、λs的确定292

11-4 压杆稳定性计算292

11-4-1 压杆稳定性计算内容292

11-4-2 安全因素法与稳定性安全条件293

11-4-3 压杆稳定性计算过程293

11-5 压杆稳定性计算示例293

11-6 结论与讨论298

11-6-1 稳定性计算的重要性298

11-6-2 影响压杆承载能力的因素299

11-6-3 提高压杆承载能力的主要途径299

11-6-4 稳定性计算中需要注意的几个重要问题300

习题302

第12章 动载荷与疲劳强度简述306

12-1 等加速直线运动时构件上的惯性力与动应力306

12-2 旋转构件的受力分析与动应力计算307

12-3 冲击载荷与冲击应力计算311

12-3-1 计算冲击载荷的基本假定311

12-3-2 机械能守恒定律的应用312

12-3-3 冲击动荷系数313

12-4 疲劳强度简述315

12-4-1 交变应力的有关名词和术语315

12-4-2 疲劳破坏特征317

12-5 疲劳极限与应力-寿命曲线320

12-6 影响疲劳极限的因素322

12-6-1 应力集中的影响——有效应力集中因数322

12-6-2 零件尺寸的影响——尺寸因数323

12-6-3 表面加工质量的影响——表面质量因数323

12-7 基于无限寿命设计方法的疲劳强度设计324

12-7-1 构件寿命的概念324

12-7-2 无限寿命设计方法——安全因数法324

12-7-3 等幅对称应力循环下的工作安全因数325

12-7-4 等幅交变应力作用下的疲劳寿命估算325

12-8 结论与讨论326

12-8-1 不同情形下动荷系数具有不同的形式326

12-8-2 运动物体突然制动或刹车时的动载荷与动应力326

12-8-3 提高构件疲劳强度的途径327

习题327

附录 型钢规格表330

习题答案346

索引352

参考文献357

Synopsis358

Contents359

主编简介369