材料力學

中國水利水電出版社

【作者】主編王繼燕高曦光

【I S B N 】978-7-5226-1346-8

【責任編輯】王玉梅

【適用讀者群】本科

【出版時間】2023-03-10

【開本】16開

【裝幀信息】平裝（光膜）

【版次】第1版第1次印刷

【頁數】288

【千字數】333

【印張】18

【定價】￥46

【叢書】應用型本科高校建設示范教材

【備注信息】

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本教材是根據高等學校力學基礎課程教學指導分委員會頒布的《“材料力學”課程教學基本要求》，結合創建應用型本科院校的要求，并依據“材料力學”課程教學大綱的內容編寫的。

本教材共11章，包括軸向拉伸與壓縮、剪切、扭轉、彎曲內力、彎曲應力、彎曲變形、應力狀態分析和強度理論、組合變形、壓桿穩定、能量法、動載荷及交變應力，另設有附錄Ⅰ和附錄Ⅱ。本教材重視講解基本概念和基本分析方法，各章均有一定數量的例題和習題，注重學生分析和解決問題能力的培養。

本教材可作為高等學校工科各相關專業的“材料力學”課程教材，也可供大專院校、成人高校以及相關工程技術人員參考。

本書配有電子教案、習題答案，讀者可以從中國水利水電出版社網站（www.waterpub.com.cn）或萬水書苑網站（www.dgboyong.cn）免費下載。

前言

本教材主要講解材料力學的基本理論，桿件在拉伸與壓縮、剪切、扭轉、彎曲四種基本變形形式下的強度計算和剛度計算，應力狀態與強度理論，組合變形構件的強度計算，壓桿的穩定性計算，交變應力和動載荷，能量法等。本教材各章均有一定數量的例題和習題，注重學生分析和解決問題能力的培養。

在編寫過程中，編者總結多年來的教學經驗，結合課程理論教學課時數逐漸減少的實際情況，充分吸取各高等學校近年來“材料力學”課程教學改革的經驗，在內容的選擇上以必需和夠用為原則，內容編排由淺入深、循序漸進。

本教材由王繼燕、高曦光擔任主編，侯善芹、楊尚陽、崔澤和李琳擔任副主編。其中，胡慶泉編寫緒論，劉隆編寫第1章，崔澤編寫第2章，劉建忠編寫第3章，高華編寫第4章，倪正銀編寫第5章，高曦光編寫第6章，侯善芹編寫第7章，李琳編寫第8章，馬昌紅編寫第9章，楊尚陽編寫第10章，王繼燕編寫第11章，蔣彤編寫附錄。全書由王繼燕、高曦光統編定稿，侯善芹、楊尚陽、崔澤、李琳、尹大剛等對全書進行了詳細審閱。參加本教材編寫工作的人員都是多年進行“材料力學”課程教學的教師，他們都有較高的理論造詣和豐富的教學經驗。

由于編者水平有限，難免有不足和欠妥之處，敬請廣大教師和讀者批評指正。

編者

2022年10月

前言
緒論 1
0.1 材料力學的基本要求 1
0.1.1 強度要求 2
0.1.2 剛度要求 2
0.1.3 穩定性要求 2
0.2 變形固體的基本假設 3
0.2.1 連續性假設 3
0.2.2 均勻性假設 3
0.2.3 各向同性假設 4
0.3 研究對象（桿件）的幾何特征 4
0.4 內力、截面法和應力的概念 5
0.4.1 內力（附加內力） 5
0.4.2 截面法 5
0.4.3 應力 6
0.5 桿件變形的基本形式 7
0.5.1 軸向拉伸（或壓縮） 7
0.5.2 剪切 7
0.5.3 扭轉 7
0.5.4 彎曲 8
第1章軸向拉伸與壓縮 9
1.1 軸向拉伸與壓縮的概念 9
1.2 拉（壓）桿的內力計算 10
1.2.1 軸力 10
1.2.2 軸力圖 10
1.3 拉（壓）桿橫截面及斜截面上的應力 12
1.3.1 橫截面上的應力 12
1.3.2 斜截面上的應力 14
1.4 拉（壓）桿的變形 15
1.5 拉（壓）超靜定問題 19
1.6 材料在拉伸壓縮時的力學性能 24
1.6.1 低碳鋼拉伸時的力學性能 25
1.6.2 鑄鐵拉伸時的力學性能 28
1.6.3 其他塑性材料拉伸時的力學性能 29
1.6.4 材料在壓縮時的力學性能 29
1.7 軸向拉（壓）桿的強度計算 31
1.8 應力集中的概念 33
拓展閱讀：圣維南 35
習題1 36
第2章剪切 40
2.1 剪切變形的概念 40
2.2 剪切的實用計算 41
2.3 擠壓的實用計算 43
習題2 44
第3章扭轉 49
3.1 扭轉問題的基本概念 49
3.2 圓軸扭轉的內力 50
3.2.1 外力偶矩計算 50
3.2.2 橫截面上的內力—扭矩 50
3.2.3 扭矩圖 51
3.3 圓軸扭轉橫截面上的切應力 53
3.3.1 切應力互等定理 53
3.3.2 剪切胡克定律 53
3.3.3 圓軸扭轉時橫截面上的應力 54
3.3.4 極慣性矩和抗扭截面系數的計算 57
3.4 圓軸扭轉的強度條件和強度計算 58
3.5 圓軸扭轉的剛度條件和剛度計算 59
3.6 非圓截面桿扭轉簡述 61
拓展閱讀：中國大飛機C919 64
習題3 64
第4章彎曲內力 69
4.1 彎曲的概念 69
4.2 受彎桿件的簡化 70
4.3 剪力和彎矩 70
4.4 剪力方程和彎矩方程、剪力圖和彎矩圖 73
4.5 載荷集度、剪力和彎矩間的關系 77
4.6 按疊加原理作彎矩圖 81
拓展閱讀：趙州橋 82
習題4 83
第5章彎曲應力 89
5.1 橫力彎曲和純彎曲 89
5.1.1 橫力彎曲和純彎曲的概念 89
5.1.2 純彎曲試驗 89
5.2 彎曲正應力 90
5.2.1 純彎曲梁橫截面上的正應力 90
5.2.2 橫力彎曲正應力 93
5.2.3 彎曲梁的正應力強度校核 94
5.3 彎曲切應力 96
5.3.1 梁橫截面上的切應力 96
5.3.2 彎曲切應力的強度校核 101
5.4 梁的合理設計 102
5.4.1 合理布置載荷和支座來降低Mmax 103
5.4.2 合理選取截面形狀來增大Wz 104
5.4.3 采用等強度梁 104
拓展閱讀：懸空寺 106
習題5 106
第6章彎曲變形 112
6.1 彎曲變形概述 112
6.2 梁的撓曲線近似微分方程 112
6.3 積分法求梁的彎曲變形 114
6.4 疊加法求梁的彎曲變形 117
6.5 簡單超靜定梁 122
6.6 梁的剛度條件和提高梁剛度的措施 125
6.6.1 梁的剛度條件 125
6.6.2 提高梁剛度的措施 127
習題6 128
第7章應力狀態分析和強度理論 132
7.1 應力狀態概述 132
7.2 平面應力狀態分析 134
7.2.1 解析法 134
7.2.2 圖解法 139
7.3 空間應力狀態簡介 142
7.4 廣義胡克定律 144
7.4.1 廣義胡克定律概述 145
7.4.2 體積應變 146
7.4.3 復雜應力狀態下的應變能密度 147
7.5 強度理論 150
7.5.1 強度理論概述 150
7.5.2 四種常用的強度理論 151
7.6 莫爾強度理論 156
習題7 159
第8章組合變形 164
8.1 組合變形的概念 164
8.2 斜彎曲 166
8.3 軸向拉伸（壓縮）與彎曲 171
8.4 偏心壓縮（拉伸） 174
8.5 扭轉與彎曲 177
習題8 181
第9章壓桿穩定 187
9.1 壓桿穩定的概念 187
9.2 兩端鉸支細長中心受壓直桿的臨界壓力 189
9.3 不同桿端約束下細長壓桿臨界力的歐拉公式 191
9.4 歐拉公式的適用范圍和臨界應力總圖 193
9.4.1 臨界應力與柔度 193
9.4.2 歐拉公式的適用范圍 194
9.4.3 臨界應力的經驗公式和臨界應力總圖 194
9.5 壓桿的穩定校核 198
9.5.1 穩定安全因數法 198
9.5.2 折減系數法 199
9.6 提高壓桿穩定性的措施 203
9.6.1 選擇合理的截面形狀 203
9.6.2 改變壓桿的約束條件 204
9.6.3 減小壓桿的長度 204
9.6.4 合理選擇材料 205
拓展閱讀：壓桿穩定研究發展歷史 205
習題9 206
第10章能量法 211
10.1 能量法概述 211
10.2 外載荷做的功 211
10.2.1 單個力作用下的外力功 211
10.2.2 多個力作用下的外力功 212
10.3 彈性體的應變能 212
10.3.1 拉（壓）變形的應變能 212
10.3.2 扭轉變形的應變能 213
10.3.3 彎曲變形的應變能 214
10.4 卡式定理 215
10.5 單位載荷法 218
10.6 圖形相乘法 221
習題10 224
第11章動載荷及交變應力 229
11.1 動載荷及交變應力概述 229
11.2 構件做等加速運動時的應力計算 229
11.3 構件受沖擊載荷作用時的應力與變形 233
11.4 交變應力下材料的疲勞破壞和疲勞極限 237
11.4.1 交變應力和金屬材料的疲勞破壞 237
11.4.2 交變應力的基本參量 239
11.4.3 疲勞的強度指標—疲勞極限 240
11.4.4 對稱循環下的疲勞強度計算 243
習題11 244
附錄Ⅰ 平面圖形的幾何性質 248
I.1 靜矩和形心 248
I.2 慣性矩、慣性積和慣性半徑 250
I.3 平行移軸公式 253
I.4 轉軸公式、主慣性軸和主慣性矩 255
習題 258
附錄Ⅱ 型鋼表 262
參考文獻 278

習題答案

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