课程概论 1
0.1 工程力学与工程密切相关 1
0.2 工程力学的主要内容与分析模型 5
0.2.1 工程力学的主要内容 5
0.2.2 工程力学的两种分析模型 6
0.3 工程力学的分析方法 7
0.3.1 两种不同的理论分析方法 7
0.3.2 工程力学的实验分析方法 8
0.3.3 工程力学的计算机分析方法 8
第一篇 静力学 13
第1章 静力学的基本概念与物体受力分析 13
1.1 静力学模型 13
1.1.1 物体的抽象与简化——刚体 13
1.1.2 集中力和分布力 13
1.2 力与力系的基本概念 14
1.2.1 力与力系 14
1.2.2 静力学基本原理 14
1.3 工程中的约束与约束力 17
1.3.1 约束与约束力的概念 17
1.3.2 绳索约束与带约束 17
1.3.3 刚性光滑面约束 17
1.3.4 刚性光滑铰链约束 18
1.4 力对点之矩与力对轴之矩 20
1.4.1 力对点之矩 20
1.4.2 力对轴之矩 21
1.4.3 合力矩定理 22
1.5 受力分析方法与过程 23
1.6 结论与讨论 26
1.6.1 关于约束与约束力 26
1.6.2 关于受力分析 27
1.6.3 关于二力构件 27
1.6.4 关于静力学中某些原理的适用性 28
习题 28
第2章 力系的等效与简化 31
2.1 力系等效与简化的概念 31
2.1.1 力系的主矢与主矩 31
2.1.2 力系等效的概念 31
2.1.3 力系简化的概念 32
2.2 力偶及其性质 32
2.2.1 力偶——最简单、最基本的力系 32
2.2.2 力偶的性质 33
2.2.3 力偶系及其合成 34
2.3 力系简化的基础 力向一点平移定理 34
2.4 平面力系的简化 35
2.4.1 平面汇交力系与平面力偶系的合成结果 35
2.4.2 平面一般力系的简化方法与过程 35
2.4.3 平面一般力系的简化结果 36
2.5 固定端约束的约束力 38
2.6 结论与讨论 39
2.6.1 几个不同力学矢量的性质 39
2.6.2 平面一般力系简化的几种最后结果 39
2.6.3 关于实际约束的讨论 40
2.6.4 关于力偶性质推论的应用限制 40
习题 40
第3章 力系的平衡条件与平衡方程 43
3.1 平面力系的平衡条件与平衡方程 43
3.1.1 平面一般力系的平衡条件与平衡方程 43
3.1.2 平面一般力系平衡方程的其他形式 48
3.2 简单的刚体系统平衡问题 52
3.2.1 刚体系统静定与静不定的概念 52
3.2.2 刚体系统平衡问题的特点与解法 53
3.3 考虑摩擦时的平衡问题 56
3.3.1 滑动摩擦定律 57
3.3.2 考虑摩擦时构件的平衡问题 58
3.4 结论与讨论 60
3.4.1 关于坐标系和力矩中心的选择 60
3.4.2 关于受力分析的重要性 60
3.4.3 关于求解刚体系统平衡问题时要注意的几个方面 61
3.4.4 摩擦角与自锁的概念 62
3.4.5 空间力系特殊情形下的平衡方程 64
习题 65
第二篇 材料力学 71
第4章 材料力学概述 71
4.1 材料力学的研究内容 71
4.2 工程构件设计中的材料力学问题 71
4.3 杆件的受力与变形形式 72
4.4 关于材料的基本假定 74
4.4.1 各向同性假定 74
4.4.2 均匀连续性假定 74
4.4.3 小变形假定 75
4.5 弹性体受力与变形特征 75
4.6 材料力学的分析方法 77
4.7 杆件横截面上的内力与内力分量 77
4.7.1 内力主矢、主矩与内力分量 77
4.7.2 确定内力分量的截面法 78
4.8 应力、应变及其相互关系 78
4.8.1 应力 78
4.8.2 应力与内力分量之间的关系 79
4.8.3 应变 80
4.8.4 应力与应变之间的物性关系 81
4.9 结论与讨论 81
4.9.1 刚体模型与弹性体模型 81
4.9.2 弹性体受力与变形特点 81
4.9.3 刚体静力学概念与原理在材料力学中的应用 81
习题 82
第5章 杆件的内力分析与内力图 84
5.1 基本概念 84
5.1.1 整体平衡与局部平衡的概念 84
5.1.2 杆件横截面上的内力与外力的相依关系 85
5.1.3 控制面 85
5.2 轴力图与扭矩图 86
5.2.1 轴力图 86
5.2.2 扭矩图 87
5.3 剪力图与弯矩图 89
5.3.1 剪力和弯矩的正负号规则 89
5.3.2 截面法确定梁指定横截面上的剪力和弯矩 90
5.3.3 剪力方程与弯矩方程 92
5.3.4 载荷集度、剪力、弯矩之间的微分关系 94
5.3.5 剪力图与弯矩图 96
5.4 结论与讨论 99
5.4.1 关于内力分析的几点重要结论 99
5.4.2 正确应用力系简化方法确定控制面上的内力分量 99
5.4.3 剪力、弯矩与载荷集度之间的微分关系的证明 100
习题 101
第6章 拉压杆件的应力变形分析与强度设计 104
6.1 工程中承受拉伸与压缩的杆件 104
6.2 拉伸与压缩时杆件的应力与变形分析 105
6.2.1 应力计算 105
6.2.2 变形计算 105
6.3 拉伸与压缩杆件的强度设计 109
6.3.1 强度条件、安全因数与许用应力 110
6.3.2 三类强度计算问题 110
6.3.3 强度条件应用举例 111
6.4 拉伸与压缩时材料的力学性能 113
6.4.1 材料拉伸时的应力-应变曲线 113
6.4.2 韧性材料拉伸时的力学性能 114
6.4.3 脆性材料拉伸时的力学性能 114
6.4.4 强度失效概念与失效应力 115
6.4.5 压缩时材料的力学性能 115
6.5 结论与讨论 116
6.5.1 本章的主要结论 116
6.5.2 关于应力和变形公式的应用条件 117
6.5.3 关于加力点附近区域的应力分布 118
6.5.4 关于应力集中的概念 118
6.5.5 拉伸与压缩杆件斜截面上的应力 119
6.5.6 卸载、再加载时材料的力学行为 120
6.5.7 连接件强度的工程假定计算 121
习题 123
第7章 圆轴扭转时的应力变形分析以及强度和刚度设计 127
7.1 圆轴在工程中的应用 127
7.2 受扭圆轴的扭转变形 128
7.3 剪应力互等定理 129
7.4 圆轴扭转时横截面上的剪应力分析 129
7.4.1 变形协调方程 130
7.4.2 弹性范围内的剪应力剪应变关系 130
7.4.3 静力学方程 131
7.4.4 圆轴扭转时横截面上的剪应力表达式 132
7.5 圆轴扭转时的强度与刚度设计 134
7.5.1 扭转实验与扭转破坏现象 134
7.5.2 圆轴扭转强度设计 135
7.5.3 圆轴扭转刚度设计 137
7.6 结论与讨论 138
7.6.1 关于圆轴强度与刚度设计 138
7.6.2 矩形截面杆扭转时的剪应力 138
习题 140
第8章 弯曲强度问题 142
8.1 承弯构件的力学模型与工程中的承弯构件 142
8.2 与应力分析相关的截面图形的几何性质 145
8.2.1 静矩、形心及其相互关系 146
8.2.2 惯性矩、极惯性矩、惯性积、惯性半径 147
8.2.3 惯性矩与惯性积的移轴定理 148
8.2.4 惯性矩与惯性积的转轴定理 149
8.2.5 主轴与形心主轴、主惯性矩与形心主惯性矩 150
8.3 平面弯曲时梁横截面上的正应力 152
8.3.1 基本概念 152
8.3.2 纯弯曲时梁横截面上的正应力分析 153
8.3.3 梁的弯曲正应力公式的应用与推广 156
8.4 平面弯曲正应力公式应用举例 158
8.5 梁的强度计算 161
8.5.1 基于最大正应力点的强度条件 161
8.5.2 梁的弯曲强度计算步骤 161
8.6 斜弯曲 165
8.7 弯矩与轴力同时作用时横截面上的正应力 168
8.8 结论与讨论 170
8.8.1 关于弯曲正应力公式的应用条件 170
8.8.2 弯曲剪应力的概念 170
8.8.3 关于截面的惯性矩 171
8.8.4 关于中性轴的讨论 171
8.8.5 提高梁强度的措施 172
习题 176
第9章 弯曲刚度问题 182
9.1 基本概念 182
9.1.1 梁弯曲后的挠度曲线 182
9.1.2 梁的挠度与转角 183
9.1.3 梁的位移与约束密切相关 183
9.1.4 梁的位移分析的工程意义 184
9.2 小挠度微分方程及其积分 185
9.2.1 小挠度曲线微分方程 185
9.2.2 积分常数的确定约束条件与连续条件 186
9.3 工程中的叠加法 188
9.3.1 叠加法应用于多个载荷作用的情形 188
9.3.2 叠加法应用于间断性分布载荷作用的情形 192
9.4 梁的刚度设计 194
9.4.1 梁的刚度条件 194
9.4.2 刚度设计举例 194
9.5 结论与讨论 196
9.5.1 关于变形和位移的相依关系 196
9.5.2 关于梁的连续光滑曲线 197
9.5.3 基于逐段刚化的叠加法 197
9.5.4 提高弯曲刚度的途径 199
习题 200
第10章 应力状态与强度理论及其工程应用 203
10.1 应力状态与强度理论的基本概念与分析方法 203
10.1.1 应力状态的基本概念 203
10.1.2 应力状态分析的基本方法 204
10.1.3 建立复杂受力时失效判据的思路与方法 205
10.2 平面应力状态分析——任意方向面上应力的确定 205
10.2.1 方向角与应力分量的正负号约定 205
10.2.2 微元的局部平衡方程 206
10.2.3 平面应力状态中任意方向面上的正应力与剪应力 206
10.3 应力状态中的主应力与最大剪应力 207
10.3.1 主平面、主应力与主方向 207
10.3.2 平面应力状态的三个主应力 208
10.3.3 面内最大剪应力与一点的最大剪应力 208
10.4 分析应力状态的应力圆方法 211
10.4.1 应力圆方程 211
10.4.2 应力圆的画法 212
10.4.3 应力圆的应用 213
10.5 三向应力状态的特例分析 215
10.5.1 三组特殊的方向面 215
10.5.2 三向应力状态的应力圆 216
10.6 复杂应力状态下的应力-应变关系 应变能密度 217
10.6.1 广义胡克定律 217
10.6.2 各向同性材料各弹性常数之间的关系 219
10.6.3 总应变能密度 220
10.6.4 体积改变能密度与畸变能密度 221
10.7 工程设计中常用的强度理论 221
10.7.1 第一强度理论 221
10.7.2 第二强度理论 222
10.7.3 第三强度理论 223
10.7.4 第四强度理论 224
10.8 圆轴承受弯曲与扭转共同作用时的强度计算 226
10.8.1 计算简图 226
10.8.2 危险点及其应力状态 227
10.8.3 强度设计准则与设计公式 227
10.9 薄壁容器强度设计简述 230
10.9.1 薄壁容器承受内压时的环向应力与纵向应力 230
10.9.2 承受内压薄壁容器的强度设计简述 231
10.10 结论与讨论 232
10.10.1 关于应力状态的几点重要结论 232
10.10.2 平衡方法是分析应力状态最重要、最基本的方法 232
10.10.3 关于应力状态的不同的表示方法 233
10.10.4 正确应用广义胡克定律 233
10.10.5 应用强度理论需要注意的几个问题 234
习题 235
第11章 压杆的稳定性分析与稳定性设计 238
11.1 工程结构中的压杆 238
11.2 基本概念 239
11.2.1 刚体平衡稳定性的概念 239
11.2.2 压杆的平衡构形、平衡路径及其分叉 240
11.2.3 判别弹性平衡稳定性的静力学准则 241
11.2.4 细长压杆临界点平衡的稳定性 241
11.3 两端铰支压杆的临界载荷 欧拉公式 242
11.4 不同刚性支承对压杆临界载荷的影响 244
11.5 临界应力与临界应力总图 245
11.5.1 临界应力与长细比的概念 245
11.5.2 三类不同压杆的不同失效形式 245
11.5.3 三类压杆的临界应力公式 246
11.5.4 临界应力总图与λP、λs值的确定 246
11.6 压杆稳定性设计的安全因数法 249
11.6.1 稳定性设计内容 249
11.6.2 安全因数法与稳定性安全条件 249
11.6.3 稳定性设计过程 250
11.7 结论与讨论 251
11.7.1 稳定性设计的重要性 251
11.7.2 影响压杆承载能力的因素 252
11.7.3 提高压杆承载能力的主要途径 253
11.7.4 稳定性设计中需要注意的几个重要问题 253
习题 255
第三篇 专题概述 261
第12章 简单的静不定问题 261
12.1 静不定问题的概念与方法 261
12.1.1 静定与静不定的概念 261
12.1.2 多余约束的概念与静不定次数 261
12.1.3 求解静不定问题的基本方法 262
12.2 简单的静不定问题 263
12.2.1 拉压静不定问题 263
12.2.2 扭转静不定问题 264
12.2.3 简单的静不定梁 265
12.3 结论与讨论 269
12.3.1 关于静不定结构性质的讨论 269
12.3.2 对称性在分析与求解静不定问题中的应用 270
习题 271
第13章 动载荷与疲劳强度概述 275
13.1 达朗贝尔原理（动静法） 275
13.2 等加速度直线运动时构件上的惯性力与动应力 276
13.3 旋转构件的受力分析与动应力计算 277
13.4 构件上的冲击载荷与冲击应力计算 280
13.4.1 计算冲击载荷所用的基本假定 280
13.4.2 机械能守恒定律的应用 281
13.4.3 冲击时的动荷系数 282
13.5 疲劳强度概述 284
13.5.1 交变应力的名词和术语 284
13.5.2 疲劳失效特征 287
13.6 疲劳极限与应力寿命曲线 289
13.7 影响疲劳寿命的因素 290
13.7.1 应力集中的影响——有效应力集中因数 290
13.7.2 零件尺寸的影响——尺寸因数 290
13.7.3 表面加工质量的影响——表面质量因数 291
13.8 基于无限寿命设计方法的疲劳强度 291
13.8.1 构件寿命的概念 291
13.8.2 无限寿命设计方法 安全因数法 292
13.8.3 等幅对称应力循环下的工作安全因数 292
13.8.4 等幅交变应力作用下的疲劳寿命估算 293
13.9 结论与讨论 294
13.9.1 不同情形下动荷系数具有不同的形式 294
13.9.2 运动物体突然制动或突然刹车的动载荷与动应力 294
13.9.3 提高构件疲劳强度的途径 294
习题 295
附录A 型钢规格表 298
附录B 习题答案 309
附录C 索引 315
主要参考书目 320