工程力学教材

目录

绪论 (1)

第一节质点、刚体及变形体概念 (1)

第二节工程力学课程的内容和学习方法 (2)

第一篇刚体静力学 (1)

第一章刚体的受力分析 (1)

第一节基本概念 (1)

第二节静力学公理 (3)

第三节力在直角坐标轴上的投影 (7)

第四节力对点的矩 (10)

第五节力对轴的矩 (16)

第六节约束和约束反力 (19)

第七节物体的受力分析和受力图 (25)

习题 (31)

第二章力系的简化和平衡方程 (1)

第一节平面汇交力系 (1)

例1 力偶和力偶系 (8)

例2 平面一般力系 (11)

例3 空间一般力系简介 (22)

例4 物体的重心 (26)

习题 (32)

第三章平衡方程的应用 (1)

第一节静定问题及刚体系统平衡 (1)

第二节平面静定桁架的内力计算 (10)

习题 (17)

第四章摩擦 (1)

第一节滑动摩擦 (1)

第二节摩擦角和自锁现象 (3)

第三节滚动摩阻 (6)

第四节考虑摩擦时物体的平衡问题 (9)

习题 (14)

第二篇弹性静力学I（杆件的基本变形）......................................................5－1 第五章轴向拉伸和压缩 (2)

第一节轴向拉伸（压缩）时杆的内力和应力 (2)

第二节轴向拉伸（压缩）时杆的变形 (7)

第三节材料在轴向拉伸和压缩时的力学性能 (10)

第四节许用应力.安全系数.强度条件 (16)

第五节简单拉压超静定问题 (20)

第六节应力集中的概念 (25)

习题 (27)

第六章剪切 (1)

第一节剪切的概念 (1)

第二节剪切的实用计算 (2)

第三节挤压的实用计算 (5)

习题 (10)

第七章扭转 (1)

第一节外力偶矩的计算 (1)

第二节扭矩和扭矩图 (2)

第三节圆轴扭转时的应力和强度计算 (4)

第四节圆轴扭转时的变形和刚度计算 (9)

*第五节圆柱形密圈螺旋弹簧的应力和变形 (11)

*第六节非圆截面杆扭转的概念 (14)

习题 (17)

第八章梁弯曲时内力和应力 (1)

第一节梁的计算简图 (2)

第二节弯曲时的内力 (3)

第三节剪力图和弯矩图 (5)

第四节纯弯曲时的正应力 (11)

第五节剪切弯曲时的正应力强度计算 (14)

第六节弯曲切应力 (18)

第七节提高梁弯曲强度的一些措施 (24)

* 第八节悬索 (27)

习题 (35)

第九章梁的弯曲变形 (1)

第一节工程中的弯曲变形 (1)

第二节梁变形的基本方程 (1)

第三节用叠加法求梁的变形 (6)

第四节简单静不定梁 (12)

第五节梁的刚度校核提高梁弯曲刚度的措施 (15)

习题 (18)

1.弹性静力学II（压杆稳定、强度理论和组合变形）………………………………

第十章压杆稳定与压杆设计 (1)

1.压杆稳定的概念 (1)

1.细长压杆的临界载荷 (2)

1.欧拉公式及经验公式 (5)

1.压杆稳定条件 (8)

1.提高压杆稳定性的措施 (10)

习题 (12)

第十一章复杂应力状态和强度理论 (1)

第一节应力状态概念 (1)

第二节二向应力状态分析 (4)

第三节三向应力状态分析 (11)

第四节广义胡克定律 (12)

第五节强度理论 (13)

习题 (21)

第十二章组合变形的强度计算 (1)

第一节组合变形的概念 (1)

第二节拉伸（压缩）与弯曲的组合变形 (2)

第三节弯曲和扭转的组合变形 (6)

习题 (12)

附录A 单位制及数值精度…………………………………………………………………

附录B 截面的几何性质……………………………………………………………………

附录C 型钢表……………………………………………………………………………

习题答案…………………………………………………………………………………

参考文献………………………………………………………………………………

绪论

固体的移动﹑旋转和变形，气体和液体的流动等都属于机械运动。力学是研究物体机械运动的科学。机械运动是最简单的一种运动形式，此外物质还有发热﹑发光﹑发生电磁现象﹑化学过程，以及更高级的人类思维活动等各种不同的运动形式。力学分为三个部分：质点和刚体力学、固体力学和流体力学。质点和刚体力学不具有某些工程学科的经验基础，即不依赖于经验和独立观测；力学严谨、强调演绎，看上去更像是数学，但是力学不是抽象的纯理论学科。力学研究物理现象，其目的是解释和预测物理现象，并以此作为工程应用的基础。

力使物体运动状态发生改变的效应称为力的外效应，主要在质点和刚体力学中讨论；而力使物体形状发生改变（即变形）的效应称为力的内效应，属于固体力学范畴。本课程将研究力的外效应和力的内效应。当讨论力的内效应时，主要在物体受到平衡力系状态下进行分析。工程力学学科涉及众多的力学分支及广泛的工程技术内容，本课程只是其中最基础的部分，它涵盖了原有理论力学和材料力学两门课程的基本内容，同时增加了非金属材料力学基础。

力学可以追述到古代希腊亚里斯多得和阿基米德时代，我国古代也有关于力学研究的文献记载。到了17世纪，牛顿提出三定律和万有引力定律，后来达朗贝尔、拉格朗日和哈密顿给出了这些原理的其他形式。20世纪初，爱因斯坦建立了相对论，对牛顿经典力学提出挑战。本教材所研究的运动是速度远小于光速的宏观物体的机械运动，属于经典力学的范畴。经典力学以牛顿定理为基础，采用了与物质运动无关的所谓“绝对”空间﹑时间和质量的概念，应用范围有一定的局限性。对于速度接近光速的物体和基本粒子的运动，则必须用相对论和量子力学的方法加以研究。但是，经过长期的实践证明，现代一般工程中所遇到的大量力学问题，用经典力学来解决，不仅方便简捷，而且能够保持足够的精确度，所以经典力学至今仍有很大的实用意义，并且还在不断地发展。

讨论固体材料的力学起源于17世纪，当时研究对象主要是木材和石料，伽利略研究了梁横截面上正应力分布规律。到了19世纪中叶，研究对象转变为以钢材为主体的金属材料。钢材的特点，使连续均匀、各向同性等基本假设以及线弹性问题的虎克定律成为当今变形体材料力学的基础。固体力学包括材料力学、弹性力学、塑性力学等课程。到了20世纪，材料力学形成两大流派：欧美材料力学体系，其代表为美国斯坦福大学铁木辛柯教授1930年所著的《材料力学》；前苏联工科院校材料力学体系，其代表为列宁格勒铁道学院别辽耶夫教授1932年所著的《材料力学》。

20世纪50年代开始，计算机技术飞速发展，应用不断普及，这对于工程力学的发展起到了巨大的推动作用。在力学理论分析中，人们可以借助计算机推导复杂公式，从而求得复杂的解析解；在实验研究中，计算机不仅可以采集和整理数据、绘制实验曲线、显示图形，还可以帮助人们选用最优参数。

近几十年来，先进制造技术不断出现，工程中除了使用钢铁等金属材料外，聚合物、复合材料和工业陶瓷等材料越来越多地被采用，工程力学研究对象进一步扩展，非金属材料力学成为工程力学课程的一个组成部分。

第一节质点、刚体及变形体概念

工程中涉及机械运动的物体有时十分复杂，在研究物体的机械运动时，必须忽略一些次要因素的影响，对其进行合理的简化，抽象出力学模型。

当所研究物体的运动范围远远超过其本身的几何尺度时，物体的形状和大小对运动的影响很小，这时可将其抽象为只有质量而没有体积的质点。由若干质点组成的系统，称为质点系。质点系中质点之间的联系如果是刚性的，这样的质点系称为刚体；如果联系是弹性的，质点系就是弹性体或变形体；如果质点系中的质点都是自由的，这时质点系便是自由质点系。