《材料力学》2015版图书

本书以工科机械、土木相关专业的学生为读者对象，亦适合从事设计的工程技术人员参考。

前言

第1章 概述 1

第2章 杆件的拉伸与压缩 14

第3章 连接件的剪切与挤压 57

第4章 圆轴扭转 76

第5章 梁弯曲内力与应力 109

第6章 梁弯曲变形及强度和刚度 156

第7章 应力状态与强度理论 198

第8章 组合变形与强度设计 236

第9章 压杆稳定 274

第10章 动载荷应力与交变应力 299

第11章 能量分析法与超静定系统 336

附录A 平面图形的几何性质 372

附录B 型钢规格参数 380

习题参考答案 388

参考文献 398

本书以材料力学的主干内容为脉络，介绍材料力学的知识和应用方法。主要内容包括：概述、杆件的拉伸与压缩、连接件的剪切与挤压、圆轴扭转、梁弯曲内力与应力、梁弯曲变形及强度和刚度、应力状态与强度理论、组合变形与强度设计、压杆稳定、动载荷应力与交变应力、能量分析方法与超静定系统等。全书力图从工程实际出发，介绍材料力学的工程应用实例。

“材料力学”是机械与土木类工科学生必修的专业基础课程。因此，它不但要给学生介绍材料力学知识，更要有助于培养学生的思维方法和解决问题的能力，为培养学生良好的素质打下基础。材料力学与实际问题结合紧密，同时对理论基础要求比较多。针对应用型本科教学需要，材料力学教材应从实际出发，引用更多的新鲜实例，提高学生掌握知识和应用知识以及解决问题的能力，同时也能够提高学生的学习兴趣。因此，有一本合适的教学参考书对学好“材料力学”课程非常重要。

本书第1版自2004年出版以来受到很多教学第一线的教师和同学以及业余读者的厚爱，已连续印刷了6次。同时，广大读者也提出了一些宝贵的修改要求和具体意见。

著者最近几年在全国7个大区（东北在哈尔滨工业大学、西北在西北工业大学、华北在北京交通大学、中南在华中科技大学、西南在重庆大学、华南在华南理工大学、华东在南京航空航天大学）讲学的同时，对我国高等学校“材料力学”的教学状况和对“材料力学”教材的需求进行了大量调研，与全国500多名基础力学教师以及近2000名同学交换关于“材料力学”教材使用和修改的意见。通过上述调研，我们进一步认识到，当初编写教材的理念基本上是正确的，这就是：在面向21世纪课程教学内容与体系改革的基础上，进一步对教学内容加以精选，尽量压缩教材篇幅，同时进行包括主教材、教学参考书--教师用书和学生用书、电子教材--电子教案与电子书等在内的教学资源一体化的设计，努力为教学第一线的教师和同学提供高水平、全方位的服务。

本书是在上述调研的基础上，根据新的培养计划和教学基本要求，从一般院校的实际情况出发，删去大部分院校不需要的教学内容。在面向21世纪课程教学内容与体系改革的基础上，对于传统内容进一步加以精选，大大压缩教材篇幅，以满足60学时左右“材料力学”课程的教学要求。

修订的主要内容有三个方面：第一，删去了“新材料的材料力学概述”一章；新增“简单的静不定系统”一章；将原来的第2、3两章合并为一章，新增加“连接件的剪切与挤压强度计算”作为第3章；将“梁的强度问题”一章分解为两章--“梁的剪力图与弯矩图”和“梁的应力分析与强度计算”。第二，改写了部分章节，主要有: “材料力学概述”一章中，增加了内力分量以及内力分量与应力的关系等内容；“梁的应力分析与强度计算”一章中增加了弯曲剪应力的分析过程；“材料力学中的能量方法”一章中重写了虚位移一节。第三，替换了部分例题和习题，进一步降低了难度。

修订后本书依然分为基础篇与专题篇，共12章。基础篇共9章，包括： 第1章材料力学概述，第2章轴向载荷作用下杆件的材料力学问题，第3章连接件的剪切与挤压强度计算，第4章圆轴扭转时的强度与刚度计算，第5章梁的剪力图与弯矩图，第6章梁的应力分析与强度计算，第7章梁的变形分析与刚度问题，第8章应力状态与强度理论及其工程应用，第9章压杆的稳定问题；专题篇共3章，包括： 第10章材料力学中的能量方法，第11章简单的静不定系统，第12章动载荷与疲劳强度概述。其中带*的章节教师可根据情况选用。

为了保持教材建设的连续性，本书第2版由清华大学航天航空学院殷雅俊教授担任第2主编。殷雅俊教授系清华大学“国家基础课程力学教学基地”负责人、“国家力学实验教学示范中心”副主任、国家精品课程“材料力学”负责人，长期坚持教学与科研结合，坚持教学内容与教学方法改革，在教学与科学研究领域取得了一些创新性成果。他的加入将会确保不断提高本书质量，不断反映“材料力学”教学的最新成果。同时，还邀请南京航空航天大学虞伟建副教授参与第2版的编著工作，因此，本书第2版也反映了最近几年南京航空航天大学力学教育与教学的成果。

21世纪新事物层出不穷，没有也不应该有一成不变的教材，我们将努力跟上时代的步伐，以不断提高“材料力学”课程教学质量为己任，不断地从理念、内容、方法与技术等方面对“材料力学”教材加以修订，使之日臻完善。

衷心希望关爱本书的广大读者继续对本书的缺点和不足提出宝贵意见。

基 础 篇

第1章 材料力学概述3

1.1 “材料力学”的研究内容3

1.2 杆件的受力与变形形式4

1.3 工程构件静力学设计的主要内容5

1.4 关于材料的基本假定6

1.5 弹性体受力与变形特征 7

1.6 材料力学的分析方法9

1.7 内力与内力分量9

1.8 应力及其与内力分量之间的关系10

1.9 应变以及应力-应变关系11

1.10 结论与讨论13

习题14

第2章 轴向载荷作用下杆件的材料力学问题17

2.1 轴力与轴力图17

2.2 轴向载荷作用下杆件横截面上的应力20

2.3 最简单的强度问题22

2.4 轴向载荷作用下的变形分析与计算26

2.5 两种典型材料拉伸时的力学性能29

2.6 两种典型材料压缩时的力学性能34

2.7 结论与讨论35

习题40

第3章 连接件的剪切与挤压强度计算47

3.1 铆接件的强度失效形式及相应的强度计算方法47

3.2 焊缝强度的剪切假定计算51

3.3 结论与讨论55

习题55

第4章 圆轴扭转时的强度与刚度计算59

4.1 外加扭力矩、扭矩与扭矩图59

4.2 剪应力互等定理 剪切胡克定律61

4.3 圆轴扭转时横截面上的剪应力分析与强度设计62

4.4 圆杆扭转时的变形及刚度条件70

4.5 结论与讨论72

习题74

第5章 梁的剪力图与弯矩图77

5.1 工程中的弯曲构件77

5.2 梁的内力及其与外力的相互关系78

5.3 剪力方程与弯矩方程81

5.4 剪力图与弯矩图84

5.5 载荷集度、剪力、弯矩之间的微分关系87

*5.6 刚架的内力与内力图91

5.7 结论与讨论93

习题95

第6章 梁的应力分析与强度计算99

6.1 与应力分析相关的截面图形几何性质99

6.2 平面弯曲时梁横截面上的正应力105

6.3 梁的强度计算116

*6.4 弯曲剪应力分析122

6.5 斜弯曲的应力计算与强度设计130

6.6 弯矩与轴力同时作用时横截面上的正应力135

6.7 结论与讨论139

习题145

第7章 梁的变形分析与刚度问题151

7.1 梁的变形与梁的位移151

7.2 梁的小挠度微分方程及其积分153

7.3 叠加法确定梁的挠度与转角158

7.4 梁的刚度问题166

7.5 简单的静不定梁168

7.6 结论与讨论171

习题174

第8章 应力状态与强度理论及其工程应用179

8.1 应力状态的基本概念179

8.2 平面应力状态任意方向面上的应力181

8.3 应力状态中的主应力与最大剪应力184

8.4 应力圆及其应用189

8.5 一般应力状态下的应力-应变关系193

8.6 一般应力状态下的应变能密度194

8.7 强度理论概述196

8.8 关于脆性断裂的强度理论197

8.9 关于屈服的强度理论199

8.10 圆轴承受弯曲与扭转共同作用时的强度计算202

8.11 圆柱形薄壁容器的应力分析与强度设计简述207

8.12 结论与讨论209

习题212

第9章 压杆的稳定问题217

9.1 压杆稳定的基本概念217

9.2 两端铰支压杆的临界载荷 欧拉公式219

9.3 不同刚性支承对压杆临界载荷的影响221

9.4 临界应力与临界应力总图222

9.5 压杆稳定性设计的安全因数法228

9.6 结论与讨论231

习题234

专 题 篇

第10章 材料力学中的能量方法241

10.1 基本概念241

10.2 互等定理244

10.3 虚位移原理、各种受力形式下内力虚功的表达式247

10.4 莫尔方法251

10.5 应用于直杆的图乘法254

10.6 结论与讨论258

习题259

第11章 简单的静不定系统261

11.1 静不定系统的几个基本概念261

11.2 力法与正则方程263

11.3 对称性与反对称性在求解静不定问题中的应用265

11.4 空间静不定结构的特殊情形268

11.5 图乘法在求解静不定问题中的应用269

11.6 结论与讨论274

习题275

第12章 动载荷与疲劳强度概述279

12.1 等加速度直线运动时构件上的惯性力与动应力279

12.2 旋转构件的受力分析与动应力计算280

12.3 构件上的冲击载荷与冲击应力计算284

12.4 疲劳强度概述288

12.5 疲劳极限与应力-寿命曲线293

12.6 影响疲劳寿命的因素294

12.7 基于无限寿命设计方法的疲劳强度296

12.8 结论与讨论298

习题300

附录303

附录A 型钢规格表305

附录B 习题答案320

附录C

索引328

参考文献335

1 绪论

1.1 材料力学的任务

1.2 材料力学的发展简况

1.3 变形固体及其基本假设

1.4 外力及分类

1.5 内力、截面法和应力

1.6 变形与应变

1.7 杆件的基本变形形式

习题

2 轴向拉伸、压缩与剪切

2.1 工程实际中的轴向拉伸或压缩问题

2.2 轴向拉伸或压缩时的内力

2.3 轴向拉伸或压缩时的应力

2.4 材料拉伸或压缩时的力学性能

2.5 轴向拉伸或压缩时的强度计算

2.6 轴向拉伸或压缩时的变形

2.7 应变能的概念

2.8 拉伸或压缩超静定问题

2.9 应力集中的概念

2.10 剪切与挤压的实用计算

习题

3 扭转

3.1 工程实际中的扭转问题

3.2 外力偶矩的计算扭矩和扭矩图

3.3 薄壁圆筒的扭转

3.4 圆轴扭转时的应力强度计算

3.5 圆轴扭转时的变形刚度计算

3.6 非圆截面杆扭转的概念

习题

4 弯曲内力

4.1 工程实际中的弯曲问题

4.2 剪力和弯矩

4.3 剪力方程和弯矩方程剪力图和弯矩图

4.4 剪力、弯矩和分布载荷集度问的关系

4.5 平面刚架和曲杆的内力图

习题

5 弯曲应力

5.1 横截面上的正应力

5.2 梁的弯曲正应力强度条件

5.3 梁的弯曲切应力及其强度计算

5.4 提高梁弯曲强度的措施

习题

6 弯曲变形

6.1 工程实际中的弯曲变形问题

6.2 梁的挠曲线近似微分方程

6.3 积分法求梁的变形

6.4 叠加法求梁的变形

6.5 梁的刚度计算提高梁弯曲刚度的措施

6.6 简单超静定梁

习题

7 应力状态与强度理论

7.1 应力状态概述

7.2 二向应力状态

7.3 三向应力状态

7.4 应力与应变的关系

7.5 材料的破坏形式

7.6 常用强度理论

习题

8 组合变形

8.1 概述

8.2 拉伸（或压缩）与弯曲的组合

8.3 扭转与弯曲的组合

习题

9 压杆稳定

9.1 压杆稳定的概念

9.2 细长压杆的临界力

9.3 欧拉公式的适用范围 临界应力总图

9.4 压杆的稳定计算

9.5 提高压杆稳定性的措施

习题

10 动载荷与交变应力

10.1 概述

10.2 构件有加速度时的动应力计算

10.3 构件受冲击时的动应力计算

10.4 交变应力下材料的持久极限及其影响因素

10.5 对称和非对称循环下构件的疲劳强度计算

10.6 提高构件抗冲击与疲劳的措施

习题

11 能量法及超静定结构

11.1 功应变能

11.2 互等定理

11.3 单位载荷法

11.4 静不定结构概述

11.5 用力法求解静不定结构

11.6 对称性及反对称性质的应用

习题

附录Ⅰ 截面的几何性质

Ⅰ.1 静矩和形心

Ⅰ.2 惯性矩、惯性积和极惯性矩

Ⅰ.3 平行移轴公式

Ⅰ.4 转轴公式

习题

附录Ⅱ 型钢表

附录Ⅲ 索引

习题参考答案

参考文献