第1章 引论 1
1-1 关于材料力学 1
l-2 材料力学简史 1
l-3 材料力学中的理想化与基本假定 2
1-4 外力、内力和应力 3
1-4-1 外力 3
1-4-2 内力与内力分量 3
1-4-3 应力 确定应力问题的超静定性质 5
1-5 杆件典型的受力与变形形式 6
1-5-1 轴向拉伸(或压缩) 6
1-5-2 剪切 6
1-5-3 扭转 7
1-5-4 弯曲 7
1-5-5 组合受力与变形 7
习题 7
第一篇 简单的材料力学问题 10
第2章 拉压杆件的应力与变形计算 10
2-1 引言 10
2-2 轴力与轴力图 10
2-3 拉压杆件横截面上的正应力 11
2-4 拉压杆件斜截面上的应力 12
2-5 拉压杆的变形分析 14
2-5-1 绝对变形 弹性模量 14
2-5-2 相对伸长与正应变 15
2-5-3 横向变形与泊松比 15
2-5-4 位移分析 15
2-6 轴向载荷作用下杆件的应力与变形计算例题 16
2-7 简单的超静定问题 22
2-7-1 基本概念 22
2-7-2 求解超静定问题的本方法与解题步骤 22
2-7-3 超静定结构的特性 温度应力与装配应力 24
2-8 拉压杆的能量分析及能量方法的应用 26
2-8-1 弹性应变能 27
2-8-2 能量方法用于计算简单结构的位移 28
2-8-3 能量方法用于计算冲击载荷 30
习题 32
第3章 简单的强度问题 43
3-1 引言 43
3-2 应力-应变曲线 44
3-3 常温、静载下材料的力学性能 45
3-3-1 弹性区域内的应力-应变关系 45
3-3-2 屈服与屈服强度 46
3-3-3 应变硬化与强度极限 47
3-3-4 局部变形与颈缩现象 47
3-3-5 表征材料韧性的指标——延伸率与截面收缩率 48
3-4 强度失效与失效控制 49
3-4-1 失效与失效准则 49
3-4-2 失效控制与强度设计准则 49
3-4-3 安全系数的选择 50
3-5 应力集中及其对强度的影响 51
3-6 杆件在轴向载荷作用下的强度计算 52
3-7 连接件的工程假定计算 54
3-7-1 剪切假定计算 55
3-7-2 挤压假定计算 56
3-7-3 焊缝假定计算 57
3-7-4 胶粘接缝的假定计算 58
3-8 综合性例题 60
3-9 关于常温、静载下材料的力学性能与应力-应变曲线的进一步讨论 62
3-9-1 真应力与真应变 62
3-9-2 加卸载与反向加载应力-应变曲线 63
3-9-3 韧度模数与回弹模数 64
3-9-4 应力-应变曲线的理想化 65
3-9-5 金属变形机理概述 66
3-10 温度与加载速度对材料力学性能的影响 67
3-10-1 温度的影响 67
3-10-2 加载速度的影响 68
3-10-3 冲击韧度 69
习题 70
第二篇 应力状态与失效分析 76
第4章 一点处的应力状态分析 76
4-1 引言 76
4-2 平面应力状态分析 77
4-2-1 切应力互等定理 78
4-2-2 不同方向面上的应力分析 78
4-2-3 一点处应力坐标变换的概念 79
4-2-4 主应力、主平面与主方向 80
4-2-5 面内最大剪应力 81
4-3 平面应力状态的图解解析法 应力圆及其应用 82
4-3-1 应力圆方程 82
4-3-2 应力圆的画法 82
4-3-3 应力圆的应用 83
4-4 三向应力状态的特例分析 84
4-5 一般应力状态下的应力-应变关系 85
4-5-1 应力-应变关系 85
4-5-2 弹性常数E、G、V之间的关系 86
4-6 一般应力状态下的应变比能 86
4-6-1 总应变比能 86
4-6-2 形状改变比能 87
4-7 例题 88
习题 93
第5章 一般应力状态下的失效判据与设计准则 102
5-1 引言 102
5-1-1 失效概述 102
5-1-2 建立失效判据的基本思想与基本方法 102
5-2 屈服准则 103
5-2-l 最大切应力准则 103
5-2-2 形状改变比能准则 104
5-3 断裂准则 105
5-3-1 断裂失效的三种类型 105
5-3-2 关于无裂纹脆性材料构件的断裂失效判据——最大拉应力准则 106
5-3-3 带裂纹体的脆性断裂概述 106
5-4 莫尔准则 107
5-5 三向应力状态下屈服失效判据的几何表示 109
5-6 失效判据与设计准则的应用举例 109
习题 114
第三篇 弯曲理论及其在工程中的应用 119
第6章 弯曲理论(一)——纯弯及相关的组合受力与变形形式 119
6-1 引言 119
6-2 对称弯曲时梁横截面上的内力和应力 119
6-3 对称截面梁纯弯时的变形 120
6-4 弹性范围内纯弯梁的应力与变形 122
6-4-1 横截面上的正应力分布 122
6-4-2 中性面的曲率半径 122
6-4-3 中性轴的位置 123
6-4-4 弹性范围内的弯曲正应力表达式 123
6-4-5 端部加力方式的影响 124
6-5 横向变形分析 124
6-6 非对称弯曲 127
6-6-1 平面弯曲的加载条件 127
6-6-2 叠加法计算非平面弯曲时的应力 128
6-6-3 非平面弯曲时中性轴的位置 130
6-7 轴向偏心载荷 131
6-7-1 外力简化与内力确定 131
6-7-2 应力计算 132
6-7-3 中性轴位置 截面核心的概念 132
6-7-4 叠加法的应用限制 133
6-8 关于轴向偏心载荷作用下应力公式的进一步证明 136
习题 139
第7章 弯曲理论(二)——横向载荷作用下的弯曲问题 150
7-l 引言 150
7-2 横向载荷作用下梁的内力分析 150
7-2-1 剪力和弯矩的正负号规定 151
7-2-2 剪力方程与弯矩方程 151
7-2-3 载荷集度、剪力与弯矩间的相互关系 梁的平衡微分方程 153
7-2-4 剪力图与弯矩图 154
7-3 刚架的剪力图与弯矩图 157
7-4 横向载荷作用下梁横截面上应力概述 159
7-5 平面假定 纯弯应力和变形公式的推广 160
7-5-1 平面假定 160
7-5-2 横弯梁的正应力计算 161
7-5-3 斜弯时梁正应力的计算 161
7-6 横弯时切应力(τxy)分析 164
7-6-1 一般表达式 164
7-6-2 几种典型截面的切应力分布 166
7-7 横弯时薄壁截面上的切应力分析弯曲中心 169
7-7-l 一般表达式 169
7-7-2 弯曲中心 170
7-8 非对称横向载荷作用时，开口薄壁截面梁产生平面弯曲的加载条件 173
7-8-1 不发生扭转变形的加载条件 173
7-8-2 产生平面弯曲的加载条件 174
7-8-3 薄壁截面梁的斜弯曲 174
7-9 关于横向载荷作用下梁内应力的进一步讨论 174
7-9-1 横弯正应力与切应力的数值比较 174
7-9-2 切应力引起的截面翅曲 175
7-9-3 切应力沿截面宽度的分布 177
7-9-4 纵截面上的正应力 177
7-9-5 实心截面的弯曲中心 178
习题 179
第8章 弯曲理论(三)——位移分析与能量分析 193
8-1 引言 193
8-2 弯曲位移及其度量——挠度、转角及其相互关系 193
8-3 小挠度挠曲线微分方程 194
8-4 小挠度微分方程的积分 约束条件的影响 195
8-5 求梁位移的叠加法 200
8-5-1 第一类叠加法——应用于多个载荷作用的情形 201
8-5-2 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 203
8-5-3 第三类叠加法——应用于间断性分布载荷的情形 205
8-5-4 叠加法求斜弯曲时的挠度 207
8-6 简单超静定梁 207
8-7 弯曲时的应变能及能量方法的简单应用 210
8-7-1 应变能麦达式 210
8-7-2 应用能量方法确定单个载荷作用点的位移 212
8-7-3 应用能量方法计算冲击载荷 213
8-7-4 动荷系数 221
习题 221
第9章 承弯杆件设计 231
9-1 引言 231
9-2 承弯杆件的强度设计 231
9-2-1 承弯杆件强度问题的特点 231
9-2-2 危险点的应力状态 强度设计准则 232
9-2-3 承弯杆件的许用应力 234
9-2-4 承弯杆件强度设计程序 应用举例 235
9-3 弯曲构件上的应力集中及其对强度的影响 244
9-3-1 应力集中系数 244
9-3-2 应力集中对强度的影响 245
9-3-3 集中力作用点附近的局部应力 246
9-4 梁的主应力迹线 247
9-4-1 梁内主应力 247
9-4-2 主应力迹线 249
9-5 等强度梁的设计 249
9-6 冲击载荷作用下承弯杆件的设计 251
9-7 承弯杆件的刚度设计 252
9-8 提高承弯构件强度和刚度的途径 256
9-8-1 提高强度的途径 256
9-8-2 提高刚度的途径 258
习题 259
第四篇 扭转及轴类构件设计 268
第10章 扭转杆件的应力分析与强度和刚度设计 268
10-1 引言 268
10-2 扭转时的外力偶矩，扭矩与扭矩图 268
10-2-1 外力偶矩 268
10-2-2 扭矩与扭矩图 269
10-3 圆轴扭转时的应力、变形分析 270
10-3-1 圆轴扭转时的变形几何关系 270
10-3-2 切应力与切应变之间的物理关系切应力分布规律 271
10-3-3 切应力与扭矩间的静力学关系 271
10-3-4 圆轴扭转时的应力和变形表达式 272
10-4 圆轴扭转时的应力状态分析 273
10-5 扭转时材料的力学性能 274
10-6 圆轴扭转时的强度与刚度设计 275
10-6-1 强度设计 275
10-6-2 刚度设计 276
10-7 关于平面假定成立的理论论证 278
10-8 非圆截面杆扭转时的应力和变形 279
10-9 闭口薄壁截面自由扭转时的应力和变形分析 282
10-10 扭转时的弹性应变能以及能量方法的简单应用 285
习题 288
第11章 弯曲与扭转理论在轴类构件设计中的应用 296
11-1 引言 296
11-2 圆截面杆(轴)的设计 297
11-2-1 承受弯曲与扭转的圆轴 297
11-2-2 承受弯矩、扭矩、剪力与轴力的圆杆 300
11-3 松圈弹簧的应力与变形计算 303
11-3-1 圆柱螺旋弹簧几何关系 303
11-3-2 弹簧丝横截面上的内力分量与应力计算 304
11-3-3 变形计算 304
11-4 组合载荷作用下的非圆截面杆的应力分析 306
11-4-1 矩形截面杆 306
11-4-2 闭口薄壁截面杆 307
习题 310
第五篇 特定载荷作用下的失效问题 317
第12章 屈曲失效与压杆稳定设计 317
12-1 引言 317
12-2 弹性稳定的基本概念 317
12-2-1 平衡构形的稳定性 317
12-2-2 压杆的分支屈曲 317
12-3 确定分支载荷的平衡方法——简化计算 318
12-3-1 两端铰支的压杆 318
12-3-2 其它刚性支承条件下的压杆 320
12-3-3 有效长度与长度系数 323
12-3-4 弹性支承压杆 323
12-3-5 杆的热屈曲 325
12-4 稳定性问题的能量解释 326
12-5 柔度 三类不同柔度压杆 327
12-6 大柔度杆屈曲的试验验证 328
12-6-1 试样 328
12-6-2 加载与位移测量装置 328
12-6-3 试验结果及其与非线性理论结果比较 328
12-7 压杆的稳定计算与设计 330
12-7-1 试验依据 330
12-7-2 σ？表达式与σ？-λ曲线 331
12-7-3 稳定计算与设计 332
12-8 例题 334
12-9 稳定计算的重要意义 342
12-10 提高压杆承载能力的途径 343
习题 344
第13章 疲劳失效与常规疲劳强度设计 352
13-1 引言 352
13-2 关于交变应力的若干名词和术语 352
13-3 疲劳失效特点与失效原因简述 353
13-4 试样的疲劳极限应力-寿命曲线 355
13-5 疲劳极限图线 357
13-5-1 Smax-Sm坐标系中的疲劳极限图线 357
13-5-2 S？-Sm坐标系中的疲劳极限图线 358
13-6 影响疲劳极限的因素 360
13-6-1 应力集中的影响——有效应力集中系数 360
13-6-2 零件尺寸的影响——尺寸系数 363
13-6-3 表面加工质量的影响——表面质量系数 364
13-6-4 载荷频率的影响 364
13-7 单向应力状态下的疲劳强度设计 365
13-7-1 等幅对称应力循环的工作安全系数 365
13-7-2 等幅非对称应力循环 365
13-8 复杂应力状态下的疲劳失效判据 372
13-8-1 静载失效判据在疲劳失效中的推广 372
13-8-2 弯扭组合应力循环下的疲劳失效判据 373
13-9 复杂应力状态下等幅应力循环疲劳强度计算 374
13-10 提高构件疲劳强度的途径 377
习题 378
附录A 平面图形的几何性质 383
A-1 引言 383
A-2 静矩、形心及其相互关系 383
A-3 惯性矩、极惯性矩、惯性积、惯性半径 384
A-4 惯性矩与惯性矩的移轴定理 386
A-5 惯性矩与惯性积的转轴定理 387
A-6 主轴与形心主轴、主矩与形心主矩 388
A-7 组合图形的形心、形心主轴、形心主矩的计算方法 389
A-8 例题 390
习题 394
附录B 型钢表 398
附录C 习题答案 409