工程力学（工程静力学与材料力学）第3版

定　　价：45 元 本教材已被 2 所学校申请过！

丛书名：“十三五”国家重点出版物出版规划项目名校名家基础学科系列面向21世纪课程教材

• 作者：范钦珊
• 出版时间：2018/9/1
• ISBN：9787111600572
• 出 版 社：机械工业出版社

• 中图法分类：TB121 
• 纸张：胶版纸
• 开本：16开
• 字数：(单位：千字)

内容简介

根据教育部高等学校力学基础课程教学指导委员会2012 年制订的《高等学校理工科非力学专业力学基础课程教学基本要求》中的《理论力学课程教学基本要求》和《材料力学课程教学基本要求》以及广大读者的意见, 本书增添了一些工程实例图片, 更新了部分例题｡
从力学素质教育的要求出发, 本书更注重基本概念, 而不追求烦琐的理论推导与数学运算｡与以往同类教材相比, 本书难度有所下降, 工程概念有所加强, 引入了大量涉及广泛领域的工程实例及与工程有关的例题和习题｡
全书除“工程力学课程总论” 外, 分为2 篇, 共12 章｡第1 篇为工程静力学, 包括: 工程静力学基础､力系的简化､工程构件的静力学平衡问题等共3 章｡第2 篇为材料力学, 包括: 材料力学的基本概念､杆件的内力图､拉压杆件的应力变形分析与强度设计､梁的强度问题､梁的位移分析与刚度设计､圆轴扭转时的应力变形分析与强度刚度设计､复杂受力时构件的强度设计､压杆的稳定性分析与设计､动载荷与疲劳强度简述等共9 章｡
本书适用于开设少学时工程力学课程的各专业, 也可以作为专科､成人教育各专业的工程力学教材｡

序 言

第3版 前言
本书是根据我国高等教育和教学改革的发展趋势, 以及素质教育与创新精神培养的要求, 在国家面向21 世纪课程教学内容与体系改革的基础上而编写的, 充分反映了近年来工程力学(工程静力学与材料力学) 教学第一线的新成果､新经验｡
承蒙全国工程力学教学第一线的老师厚爱, 本书出版以来, 第1 版印刷了5 次, 累计印数2. 3 万册, 第2 版印刷了15 次, 累计印数4. 9 万册｡在第3 版问世之际, 谨向关心本书的老师和各界的读者表示诚挚的感谢｡
根据教育部高等学校力学教学指导委员会力学基础课程教学指导分委员会制订的《高等学校理工科非力学专业力学基础课程教学基本要求》, 以及教学第一线很多老师的意见, 这一版在内容与体系方面做了如下调整:
1. 更正了原书中的某些表述, 如“二力杆” 的定义等｡
2. 更正了平面图形几何特性中的惯性矩与惯性积的转轴定理表达式｡
3. 补充和更新了一批图片, 包括一些工程实例图片｡
4. 更换和新增了一些例题｡
5. 完善章节内容, 如在第3 章增加了“自由度” 的概念, 并对刚体系统的静定与超静定做了更全面的定义, 增加了考虑摩擦时的平衡形式的讨论; 在第7 章“梁的强度问题” 中增加了“平面弯曲曲率与正应力公式应用举例”; 第10 章的10. 9 节“结论与讨论” 中增加了“关于应力状态的几点重要结论” 和“应用强度设计准则需要注意的几个问题”｡
为了教材建设的可持续发展, 诚邀南京航空航天大学的刘荣梅副教授接替本人担任本书的第一作者, 本人将一如既往地关心和支持后续的修订和出版｡
范钦珊
2017 年10 月于南京

目 录

目录
第3 版前言
第2 版前言
第1 版前言
工程力学课程总论
0. 1 工程力学课程内容及其在工程设计中的
作用 1
0. 2 工程力学的研究模型 5
0. 3 工程力学课程的分析方法 5
第1 篇 工程静力学
第1 章 工程静力学基础 8
1. 1 力和力矩 8
1. 1. 1 力的概念 8
1. 1. 2 作用在刚体上的力的效应与力的
可传性 9
1. 1. 3 力对点之矩 9
1. 1. 4 力系的概念 11
1. 1. 5 合力矩定理 11
1. 2 力偶及其性质 12
1. 2. 1 力偶 12
1. 2. 2 力偶的性质 13
1. 2. 3 力偶系及其合成 13
1. 3 约束与约束力 14
1. 3. 1 约束与约束力的概念 14
1. 3. 2 柔性约束 14
1. 3. 3 光滑刚性面约束 15
1. 3. 4 光滑铰链约束 15
1. 3. 5 滑动轴承与推力轴承 17
1. 4 平衡的概念 17
1. 4. 1 二力平衡与二力构件 17
1. 4. 2 不平行的三力平衡条件 19
1. 4. 3 加减平衡力系原理 19
1. 5 受力分析方法与过程 19
1. 5. 1 受力分析概述 19
1. 5. 2 受力图绘制方法应用举例 20
1. 6 结论与讨论 22
1. 6. 1 关于约束与约束力 22
1. 6. 2 关于受力分析 22
1. 6. 3 关于二力构件 23
1. 6. 4 关于工程静力学中某些原理的
适用性 23
习题 24
第2 章 力系的简化 27
2. 1 力系等效与简化的概念 27
2. 1. 1 力系的主矢与主矩 27
2. 1. 2 力系等效的概念 27
2. 1. 3 力系简化的概念 28
2. 2 力系简化的基础———力向一点平移
定理 28
2. 3 平面力系的简化 29
2. 3. 1 平面汇交力系与平面力偶系的
简化结果 29
2. 3. 2 平面一般力系向一点简化 29
2. 3. 3 平面力系的简化结果 30
2. 4 固定端约束的约束力 32
2. 5 结论与讨论 33
2. 5. 1 关于力的矢量性质的讨论 33
2. 5. 2 关于平面力系简化结果的讨论 33
2. 5. 3 关于实际约束的讨论 33
习题 33
第3 章 工程构件的静力学平衡问题 36
3. 1 平面力系的平衡条件与平衡方程 36
3. 1. 1 平面一般力系的平衡条件与平衡
方程 36
3. 1. 2 平面一般力系平衡方程的其他
形式 40
3. 2 简单的刚体系统平衡问题 42
3. 2. 1 刚体自由度的概念 42
3. 2. 2 刚体系统静定与超静定的概念 43
3. 2. 3 刚体系统的平衡问题的特点与
解法 44
3. 3 考虑摩擦时的平衡问题 47
3. 3. 1 滑动摩擦定律 48
3. 3. 2 考虑摩擦时构件的平衡问题 49
3. 4 结论与讨论 51
3. 4. 1 关于坐标系和力矩中心的选择 51
3. 4. 2 关于受力分析的重要性 51
3. 4. 3 关于求解刚体系统平衡问题时
要注意的几个方面 52
3. 4. 4 摩擦角与自锁的概念 53
3. 4. 5 空间力系平衡条件与平衡方程
简述 55
习题 56
第2 篇 材料力学
第4 章 材料力学的基本概念 61
4. 1 关于材料的基本假定 61
4. 1. 1 均匀连续性假定 61
4. 1. 2 各向同性假定 62
4. 1. 3 小变形假定 62
4. 2 弹性杆件的外力与内力 62
4. 2. 1 外力 62
4. 2. 2 内力 62
4. 2. 3 截面法 内力分量 63
4. 3 弹性体受力与变形特征 64
4. 4 杆件横截面上的应力 65
4. 4. 1 正应力与切应力的定义 65
4. 4. 2 正应力､切应力与内力分量之间的
关系 65
4. 5 正应变与切应变 66
4. 6 线弹性材料的应力-应变关系 67
4. 7 杆件受力与变形的基本形式 67
4. 7. 1 拉伸或压缩 67
4. 7. 2 剪切 67
4. 7. 3 扭转 67
4. 7. 4 平面弯曲 68
4. 7. 5 组合受力与变形 68
4. 8 结论与讨论 69
4. 8. 1 关于工程静力学模型与材料力学
模型 69
4. 8. 2 关于弹性体受力与变形特点 69
4. 8. 3 关于工程静力学概念与原理在
材料力学中的可用性与限制性 69
习题 69
第5 章 杆件的内力图 71
5. 1 基本概念与基本方法 71
5. 1. 1 整体平衡与局部平衡的概念 71
5. 1. 2 杆件横截面上的内力与外力的
相依关系 71
5. 1. 3 控制面 72
5. 1. 4 杆件内力分量的正负号规则 72
5. 1. 5 截面法确定指定横截面上的内力
分量 72
5. 2 轴力图与扭矩图 73
5. 2. 1 轴力图 73
5. 2. 2 扭矩图 75
5. 3 剪力图与弯矩图 76
5. 3. 1 剪力方程与弯矩方程 76
5. 3. 2 载荷集度､剪力､弯矩之间的
微分关系 78
5. 3. 3 剪力图与弯矩图的绘制 79
5. 4 结论与讨论 82
5. 4. 1 几点重要结论 82
5. 4. 2 正确应用力系简化方法确定控制
面上的内力分量 83
∗5. 4. 3 剪力､弯矩与载荷集度之间的
微分关系的证明 83
习题 84
第6 章 拉压杆件的应力变形分析与
强度设计 86
6. 1 拉伸与压缩杆件的应力与变形 86
6. 1. 1 应力计算 86
6. 1. 2 变形计算 87
6. 2 拉伸与压缩杆件的强度设计 92
6. 2. 1 强度设计准则､安全因数与许用
应力 92
6. 2. 2 三类强度计算问题 93
6. 2. 3 强度设计准则应用举例 93
6. 3 拉伸与压缩时材料的力学性能 95
6. 3. 1 材料拉伸时的应力-应变曲线 95
6. 3. 2 韧性材料拉伸时的力学性能 96
6. 3. 3 脆性材料拉伸时的力学性能 97
6. 3. 4 强度失效概念与失效应力 97
6. 3. 5 压缩时材料的力学性能 98
6. 4 结论与讨论 99
6. 4. 1 本章的主要结论 99
6. 4. 2 关于应力和变形公式的应用
条件 99
∗6. 4. 3 关于加力点附近区域的应力
分布 100
∗6. 4. 4 关于应力集中的概念 100
∗6. 4. 5 拉伸和压缩超静定问题简述 101
习题 103
第7 章 梁的强度问题 106
7. 1 工程中的弯曲构件 106
7. 2 与应力分析相关的截面图形几何
性质 107
7. 2. 1 静矩､形心及其相互关系 107
7. 2. 2 惯性矩､极惯性矩､惯性积､
惯性半径 109
7. 2. 3 惯性矩与惯性积的移轴定理 110
7. 2. 4 惯性矩与惯性积的转轴定理 111
7. 2. 5 主轴与形心主轴､主惯性矩与
形心主惯性矩 111
7. 3 平面弯曲时梁横截面上的正应力 113
7. 3. 1 平面弯曲与纯弯曲的概念 113
7. 3. 2 纯弯曲时梁横截面上正应力
分析 114
7. 3. 3 梁的弯曲正应力公式的应用与
推广 117
7. 4 平面弯曲曲率与正应力公式应用
举例 118
7. 5 梁的强度计算 121
7. 5. 1 梁的失效判据 121
7. 5. 2 梁的弯曲强度计算准则 121
7. 5. 3 梁的弯曲强度计算步骤 122
7. 6 斜弯曲 126
7. 7 弯矩与轴力同时作用时横截面上的
正应力 128
7. 8 结论与讨论 131
7. 8. 1 关于弯曲正应力公式的应用
条件 131
7. 8. 2 弯曲切应力的概念 131
7. 8. 3 关于截面的惯性矩 132
7. 8. 4 提高梁强度的措施 132
习题 134
第8 章 梁的位移分析与刚度设计 139
8. 1 基本概念 139
8. 1. 1 梁弯曲后的挠度曲线 139
8. 1. 2 梁的挠度与转角 140
8. 1. 3 梁的位移与约束密切相关 140
8. 1. 4 梁的位移分析的工程意义 141
8. 2 小挠度微分方程及其积分 142
8. 2. 1 小挠度曲线微分方程 142
8. 2. 2 积分常数的确定 约束条件与连续
条件 143
8. 3 工程中的叠加法 145
8. 3. 1 叠加法应用于多个载荷作用的
情形 145
8. 3. 2 叠加法应用于间断性分布载荷
作用的情形 147
8. 4 简单的超静定梁 148
8. 4. 1 求解超静定梁的基本方法 148
8. 4. 2 几种简单的超静定问题示例 148
8. 5 梁的刚度设计 149
8. 5. 1 刚度设计准则 149
8. 5. 2 刚度设计举例 150
8. 6 结论与讨论 152
8. 6. 1 关于变形和位移的相依关系 152
8. 6. 2 关于梁的连续光滑曲线 152
∗ 8. 6. 3 关于求解超静定问题的讨论 152
8. 6. 4 关于求解超静定结构特性的
讨论 153
8. 6. 5 提高刚度的途径 154
习题 156
第9 章 圆轴扭转时的应力变形分析与
强度刚度设计 159
9. 1 工程上传递功率的圆轴及其扭转
变形 159
9. 2 切应力互等定理 159
9. 3 圆轴扭转时的切应力分析 160
9. 3. 1 变形协调方程 161
9. 3. 2 弹性范围内的切应力-切应变
关系 161
9. 3. 3 静力学方程 161
9. 3. 4 圆轴扭转时横截面上的切应力
表达式 162
9. 4 承受扭转时圆轴的强度设计与刚度
设计 165
9. 4. 1 扭转试验与扭转破坏现象 165
9. 4. 2 扭转强度设计 166
9. 4. 3 抗扭刚度设计 168
9. 5 结论与讨论 169
9. 5. 1 关于圆轴强度与刚度设计 169
9. 5. 2 矩形截面杆扭转时的切应力 169
习题 171
第10 章 复杂受力时构件的强度
设计 174
10. 1 基本概念 174
10. 1. 1 什么是应力状态, 为什么要研究
应力状态 174
10. 1. 2 应力状态分析的基本方法 175
10. 1. 3 建立复杂受力时失效判据的
思路与方法 175
10. 2 平面应力状态分析———任意方向面
上应力的确定 176
10. 2. 1 方向角与应力分量的正负号
约定 176
10. 2. 2 微元的局部平衡方程 177
10. 2. 3 平面应力状态中任意方向面上
的正应力与切应力 177
10. 3 应力状态中的主应力与最大切
应力 178
10. 3. 1 主平面､主应力与主方向 178
10. 3. 2 平面应力状态的三个主应力 179
10. 3. 3 面内最大切应力与一点的最大
切应力 179
10. 4 分析应力状态的应力圆方法 183
10. 4. 1 应力圆方程 183
10. 4. 2 应力圆的画法 183
10. 4. 3 应力圆的应用 184
10. 5 复杂应力状态下的应力-应变关系 应变
能密度 186
10. 5. 1 广义胡克定律 186
10. 5. 2 各向同性材料各弹性常数之间
的关系 187
10. 5. 3 总应变能密度 188
10. 5. 4 体积改变能密度与畸变能
密度 188
10. 6 复杂应力状态下的强度设计准则 189
10. 6. 1 最大拉应力准则 189
∗10. 6. 2 最大拉应变准则 190
10. 6. 3 最大切应力准则 191
10. 6. 4 畸变能密度准则 191
10. 7 圆轴承受弯曲与扭转共同作用时的
强度计算 193
10. 7. 1 计算简图 193
10. 7.