工程力学教程 1PDF电子书下载

课程总论 1

1 工程与工程力学 1

2 工程力学的研究对象与模型 14

3 工程力学的研究方法 14

第一篇 刚体静力学 17

第1章 引论 17

1-1 刚体静力学模型：刚体、分布力与集中力、理想刚性约束 18

1-1-1 工程实际对象的力学分析程序 18

1-1-2 物体的理想化——刚体 18

1-1-3 受力的理想化——分布力与集中力 20

1-1-4 物体间接触性质和连接方式的理想化——理想刚性约束 21

1-2 物体的受力分析方法与受力图 27

1-3 刚体静力学对变形体静力学的适用性 31

1-4 结论与讨论 32

1-4-1 结论 32

1-4-2 讨论 33

习题 33

第2章 力系的等效与简化 40

2-1 力矩 41

2-1-1 力对点之矩 41

2-1-2 力对轴之矩 41

2-1-3 力对点之矩与力对轴之矩的关系 43

2-1-4 汇交力系的合力之矩定理 43

2-2 力系的基本特征量：主矢与主矩 44

2-2-1 主矢 44

2-2-2 主矩 45

2-3 等效力系定理及其对基本力系的应用 46

2-3-1 等效力系定理 46

2-3-2 对力偶及力偶系的应用 47

2-4 一般力系的简化 53

2-4-1 力向一点平移定理 53

2-4-2 空间一般力系的简化 54

2-5 力系简化的最后结果与一般力系的合力之矩定理 56

2-5-1 力系简化的最后结果，力螺旋 56

2-5-2 力系有合力时的合力之矩定理 58

2-6 结论与讨论 60

2-6-1 结论 60

2-6-2 讨论 60

习题 61

第3章 力系的平衡 67

3-1 力系的平衡条件与平衡方程 67

3-1-1 平衡条件 67

3-1-2 平衡方程 68

3-1-3 平衡方程的其他形式 69

3-1-4 关于式(3-6)的证明 69

3-2 平面力系平衡方程应用于单刚体 70

3-3 平面力系平衡方程应用于简单多刚体系统 73

3-4 空间力系平衡方程的应用 78

3-5 超静定问题的基本概念 80

3-5-1 物体的自由度概念 80

3-5-2 刚体的三种约束状态 80

3-5-3 静定与超静定问题 81

3-6 结论与讨论 82

3-6-1 结论 82

3-6-2 讨论 84

习题 84

第4章 刚体静力学专门问题 95

4-1 平面静定桁架的静力分析 95

4-1-1 桁架及其工程应用 95

4-1-2 桁架的力学模型 97

4-1-3 桁架静力分析的基本方法 99

4-2 摩擦与考虑摩擦时的平衡问题 101

4-2-1 摩擦的类型 101

4-2-2 滑动摩擦 102

4-2-3 摩擦角与自锁现象 103

4-2-4 考虑滑动摩擦的平衡问题 107

4-2-5 滚动阻碍 113

4-3 结论与讨论 116

4-3-1 关于桁架分析的几点结论 116

4-3-2 关于桁架的几点讨论 117

4-3-3 关于摩擦平衡问题的重要结论 118

4-3-4 关于摩擦平衡问题的讨论 118

习题 119

第二篇 弹性静力学(一) 129

第5章 引论 129

5-1 弹性体及其理想化 130

5-1-1 弹性变形与弹性体 130

5-1-2 各向同性弹性体与各向异性弹性体 130

5-1-3 各向同性弹性体的均匀连续性假定 130

5-2 弹性体受力与变形特征 131

5-3 工程结构与构件 132

5-3-1 弹性体的几何分类 132

5-3-2 工程结构及其构件 132

5-4 结论与讨论 132

习题 132

第6章 杆件的内力分析 136

6-1 内力主矢、主矩及内力分量 136

6-2 平衡微分方程 137

6-2-1 平面载荷作用的情形 138

6-2-2 扭转力偶作用的情形 140

6-2-3 一般情形 141

6-3 平衡微分方程的应用 142

6-3-1 纵向载荷引起的内力图 142

6-3-2 梁的剪力图与弯矩图 143

6-3-3 刚架的剪力图与弯矩图 145

6-3-4 复杂载荷作用下杆件的内力图 147

6-4 结论与讨论 149

6-4-1 结论 149

6-4-2 几点重要讨论 149

习题 151

第7章 弹性杆件横截面上的正应力分析 157

7-1 应力、应变及其相互关系 158

7-1-1 正应力和切应力 158

7-1-2 正应变与切应变 158

7-1-3 线弹性材料的物性关系 159

7-2 杆件横截面上的正应力分析 160

7-2-1 平面假定与变形协调方程 160

7-2-2 应变分布与应力分布 161

7-2-3 静力学平衡方程的应用——待定常数的确定 162

7-2-4 问题的简化——正应力的一般表达式 163

7-3 正应力公式的应用 164

7-3-1 轴向载荷作用下杆件横截面上的正应力 164

7-3-2 平面弯曲正应力 165

7-3-3 斜弯曲时的正应力 167

7-3-4 中性轴的概念及其位置 167

7-3-5 截面核心的概念 167

7-4 应用举例 168

7-5 结论与讨论 173

7-5-1 结论 173

7-5-2 几点重要讨论 173

习题 176

第8章 弹性杆件横截面上的切应力分析 185

8-1 圆轴扭转时横截面上的切应力 186

8-1-1 圆轴扭转变形特征——反对称性论证横截面在变形后保持平面 187

8-1-2 变形协调方程 188

8-1-3 物性关系——剪切胡克定律 189

8-1-4 静力学方程 189

8-1-5 切应力表达式 190

8-1-6 端部加载方式的影响 191

8-2 非圆截面杆扭转时的切应力 194

8-2-1 截面翘曲——非圆截面杆扭转时的变形特征 194

8-2-2 直接由平衡得到的结论 194

8-2-3 薄膜比拟与切应力公式 195

8-3 薄壁梁横截面上的切应力流与弯曲中心 196

8-3-1 切应力流 196

8-3-2 弯曲中心 198

8-4 横向载荷作用下开口薄壁杆件扭转变形 201

8-5 结论与讨论 201

8-5-1 不同变形情形下应力的不同特点 201

8-5-2 实心截面梁的弯曲切应力 202

8-5-3 实心截面细长梁弯曲正应力与弯曲切应力的量级比较 203

8-5-4 确定内力分量时力系简化中心的不同选择 204

习题 204

第9章 应力状态分析 214

9-1 一点处应力状态描述及其分类 215

9-2 平面应力状态的应力坐标变换 216

9-2-1 正负号规则 216

9-2-2 微元的局部平衡 216

9-2-3 应力坐标变换 217

9-3 类比法的应用——应力圆 218

9-3-1 应力圆方程 218

9-3-2 几种对应关系 218

9-3-3 应力圆的应用 219

9-4 主应力、主方向与面内最大切应力 220

9-4-1 主平面、主应力与主方向 220

9-4-2 面内最大切应力 221

9-4-3 应力状态的主应力表示 221

9-5 三向应力状态的特例分析 221

9-5-1 三组特殊方向面 222

9-5-2 三向应力状态的应力圆 223

9-5-3 一点处应力状态中的最大切应力 223

9-6 各向同性材料在一般应力状态下的应力-应变关系 224

9-6-1 广义胡克定律 224

9-6-2 各向同性材料各弹性常数之间的关系 225

9-7 一般应力状态下的应变比能 226

9-7-1 总应变比能 226

9-7-2 体积改变比能与形状改变比能 227

9-8 应用举例 228

9-9 结论与讨论 234

9-9-1 关于应力状态的几点重要结论 234

9-9-2 几点讨论 234

习题 235

第10章 杆件横截面的位移分析 245

10-1 杆件微段变形与杆件横截面位移 246

10-1-1 微段的变形 246

10-1-2 杆件的总体变形与横截面位移 247

10-2 确定梁位移的积分法 252

10-2-1 奇异函数 252

10-2-2 弯矩方程的奇异函数形式 253

10-2-3 积分法确定梁的挠度和转角 254

10-3 工程计算中的叠加法 255

10-3-1 第一类叠加法——应用于多个载荷作用的情形 256

10-3-2 第二类叠加法——应用于确定弹性支承梁或简单刚架结构的位移 258

10-3-3 第三类叠加法——组合变形引起的位移 260

10-4 简单的超静定问题 261

10-4-1 超静定的基本概念 261

10-4-2 求解超静定问题的基本方法 261

10-4-3 几种简单的超静定问题 262

10-5 结论与讨论 266

10-5-1 关于变形和位移的重要结论 266

10-5-2 关于求解超静定问题的方法 266

10-5-3 关于约束性质的讨论 266

10-5-4 关于积分法的讨论 267

10-5-5 关于超静定结构性质的讨论 271

习题 271

第11章 弹性平衡稳定性分析 284

11-1 弹性稳定性的基本概念 285

11-1-1 弹性稳定性的静力学判别准则 285

11-1-2 弹性压杆的平衡构形及分叉屈曲 285

11-2 确定分叉载荷的平衡方法 286

11-2-1 两端铰支的压杆 287

11-2-2 其他刚性支承条件下的压杆 289

11-2-3 弹性支承压杆 289

11-3 杆的热屈曲 291

11-4 柔度 非弹性屈曲 292

11-5 大柔度杆弹性屈曲的试验验证 294

11-5-1 试样 294

11-5-2 加载与位移测量装置 294

11-5-3 试验结果及其与非线性理论结果比较 295

11-6 结论与讨论 296

11-6-1 关于平衡的充要条件与平衡构形稳定性判别准则 296

11-6-2 其他形式构件的屈曲问题 297

习题 298

第12章 失效分析与设计准则 303

12-1 轴向载荷作用下材料的力学行为 材料失效 304

12-1-1 应力—应变曲线 304

12-1-2 弹性模量 305

12-1-3 比例极限 305

12-1-4 弹性极限 305

12-1-5 屈服应力 306

12-1-6 应变硬化与颈缩 307

12-1-7 拉延行为 307

12-1-8 强度极限 307

12-1-9 延伸率 韧性指标 307

12-1-10 卸载与再加载时材料的力学行为 309

12-1-11 单向压缩时材料的力学行为 309

12-1-12 材料在单向应力状态下的失效判据 310

12-2 构件失效概念与失效分类 311

12-3 强度失效判据与设计准则概述 311

12-4 屈服准则 312

12-4-1 最大切应力准则 312

12-4-2 形状改变比能准则 313

12-5 断裂准则 316

12-5-1 断裂失效的三种类型 316

12-5-2 无裂纹体的断裂失效判据——最大拉应力准则 316

12-5-3 带裂纹体的脆性断裂概述 317

12-6 莫尔准则 318

12-7 强度失效判据与设计准则的应用 321

12-8 屈曲失效与稳定性设计准则 326

12-8-1 试验依据 326

12-8-2 ？表达式与？-λ曲线 327

12-8-3 稳定性设计准则 329

12-9 结论与讨论 333

12-9-1 关于失效的几点结论 333

12-9-2 关于屈服准则的讨论 333

12-9-3 安全因数的选择 334

12-9-4 失效分析的重要性 334

习题 335

第13章 杆类构件的静力学设计 343

13-1 设计原则与设计过程 344

13-1-1 强度设计 344

13-1-2 刚度设计 344

13-1-3 稳定性设计 345

13-2 拉压杆的强度设计 345

13-3 连接件的工程假定计算 349

13-3-1 剪切假定计算 349

13-3-2 挤压假定计算 350

13-3-3 焊缝假定计算 352

13-3-4 胶粘接缝假定计算 354

13-3-5 综合性例题 355

13-4 梁的强度设计 359

13-4-1 梁内可能危险面与可能危险点 359

13-4-2 三类危险点的应力状态与设计准则的应用 362

13-4-3 梁的许用应力 363

13-4-4 梁的强度设计程序与应用举例 364

13-5 梁的刚度设计 374

13-6 轴的强度设计 379

13-6-1 承受弯曲与扭转的圆轴 379

13-6-2 承受弯矩、扭矩、剪力和轴力的圆杆 383

13-7 压杆稳定性设计应用举例 387

13-8 结论与讨论 393

13-8-1 关于构件的力学模型 393

13-8-2 一点强度设计与极限强度设计 393

13-8-3 提高构件强度的途径 394

13-8-4 提高构件刚度的途径 395

13-8-5 提高压杆承载能力的途径 397

习题 399

附录A 质量几何与面积几何 431

A-1 质心、重心和形心 431

A-1-1 质心 431

A-1-2 重心 432

A-1-3 形心 432

A-2 质量与面积的惯性矩、惯性积 433

A-2-1 刚体质量的转动惯量、惯性积 433

A-2-2 平面图形的惯性矩、极惯性矩和惯性积 434

A-2-3 质量与面积的有关几何性质对比 434

A-2-4 简单几何形状的转动惯量和惯性矩 435

A-3 惯性矩和惯性积的移轴及转轴定理 436

A-3-1 移轴定理 436

A-3-2 转轴定理 437

A-4 惯性主轴与形心惯性主轴，主惯性矩与形心主惯性矩 438

A-5 例题 439

A-6 结论与讨论 443

习题 444

附录B 学习研究问题集 448

附录C 型钢规格表 458

附录D 习题答案 469

附录E 索引 483

附录F 主要参考书目 489

主编简介 490