內容簡介
本書是“國傢工科力學基礎課程教學基地”建設項目的研究成果之一,是“十一五”國傢規劃教材,是“哈爾濱工業大學‘十一五’教材規劃”中的重點教材。本書編寫過程中,充分注意到後續課程以及當代工程設計思想、理念與方法的深刻變革;刻意追求加強與適當拓寬基礎,強化應力與應變分析主綫,突齣力學、幾何、物理三大方程,嚮當代前沿開設窗口與接口等總體目標。本書在內容、體係、結構與問題錶述上均有較大的創新。
全書包括緒論、應力狀態分析、應變狀態分析、材料的力學性能與應力應變關係、軸嚮拉壓、扭轉、彎麯、組閤內力時杆件應力計算、能量原理、超靜定結構、材料失效及強度理論、杆件的強度與剛度計算、聯接、彈塑性變形與極限載荷分析、疲勞與斷裂、壓杆穩定等16章。
本書可作為高等工科院校本科各專業教材,亦可作為有關工程技術人員的參考書。
內頁插圖
目錄
第2版前言
第1版前言
第1章 緒論
1.1 強度 剛度 穩定性
1.2 變形固體及其基本假設
1.3 外力及其分類
1.4 變形與位移
第2章 應力狀態分析
2.1 內力
2.2 應力的概念 正應力與切應力
2.3 一點的應力狀態 切應力互等定律
2.4 二嚮應力狀態分析 解析法
2.5 二嚮應力狀態分析 圖解法
2.6 三嚮應力狀態分析
2.7 微體平衡
習題
第3章 應變狀態分析
3.1 應變概念 綫應變與切應變
3.2 位移與應變的關係 幾何方程
3.3 應變協調條件 相容方程
3.4 平麵應變狀態分析
習題
第4章 材料的力學性能 應力應變關係
4.1 材料的力學性能與基本試驗
4.2 軸嚮拉伸和壓縮試驗
4.3 常見工程材料的應力-應變麯綫
4.4 應力鬆弛與蠕變
4.5 各嚮同性材料的廣義鬍剋定律
4.6 應變能
4.7 各嚮同性材料彈性常數間的關係
4.8 各嚮異性材料應力-應變關係
習題
第5章 軸嚮拉壓
5.1 軸嚮拉壓杆的內力
5.2 軸嚮拉壓杆的應力
5.3 聖維南原理 應力集中
5.4 軸嚮拉壓杆的變形 變形能
5.5 軸嚮拉壓超靜定問題 溫度應力 裝配應力
5.6 構件受慣性力作用時的應力計算
習題
第6章 扭轉
6.1 扭轉杆件的內力
6.2 圓軸扭轉橫截麵上的切應力
6.3 圓軸扭轉破壞模式的分析
6.4 圓軸扭轉變形與變形能
6.5 非圓截麵杆扭轉
6.6 薄壁杆的自由扭轉 剪力流
習題
第7章 彎麯
7.1 梁的內力 剪力與彎矩
7.2 剪力圖與彎矩圖
7.3 載荷、剪力及彎矩間的關係
7.4 純彎麯梁的正應力
7.5 有關彎麯的討論
7.6 彎麯切應力
7.7 開口薄壁非對稱截麵梁的彎麯 彎麯中心
7.8 梁的彈性彎麯變形 彈性麯綫微分方程
7.9 直接積分求梁的變形
7.10 疊加原理與疊加法求變形
7.11 麯杆彎麯
習題
第8章 組閤內力時杆件應力計算
8.1 斜彎麯
8.2 偏心拉伸與壓縮
8.3 彎麯與扭轉
習題
第9章 能量原理
9.1 虛功 杆件內力的虛功
9.2 虛功原理及其對杆件的應用
9.3 莫爾定理
9.4 圖形互乘法
9.5 虛功原理應用於小變形固體
9.6 衝擊
習題
第10章 超靜定結構
10.1 超靜定結構的概念及其分析方法
10.2 用力法分析超靜定結構
10.3 具有對稱與反對稱性的超靜定結構
10.4 連續梁
習題
第11章 材料失效及強度理論
11.1 常用工程材料的失效模式及強度理論概念
11.2 關於斷裂的強度理論
11.3 關於屈服的強度理論
11.4 莫爾強度理論
11.5 強度條件與強度計算
習題
第12章 杆件的強度與剛度計算
12.1 強度計算與剛度計算
12.2 軸嚮拉壓杆件的強度計算
12.3 扭轉杆件的強度與剛度計算
12.4 彎麯杆件的強度與剛度計算
12.5 組閤內力時杆件的強度與剛度計算
12.6 提高杆件強度與剛度的一些措施
習題
第13章 聯接
13.1 工程中常見的聯接結構
13.2 剪切實用計算
13.3 擠壓實用計算
13.4 焊縫與膠粘接縫的實用計算
習題
第14章 彈塑性變形與極限載荷分析
14.1 彈塑性變形與極限載荷法概念
14.2 應力-應變關係麯綫的簡化
14.3 超靜定桁架的極限載荷
14.4 圓軸的彈塑性扭轉 殘餘應力
14.5 梁的彈塑性彎麯 塑性鉸
習題
第15章 疲勞與斷裂
15.1 交變應力及其描述
15.2 疲勞的概念與材料的疲勞極限
15.3 影響疲勞極限的主要因素
15.4 疲勞強度計算
15.5 變幅交變應力下構件的疲勞強度計算
15.6 疲勞裂紋擴展與構件的疲勞壽命
15.7 提高構件疲勞強度的措施
習題
第16章 壓杆穩定
16.1 壓杆穩定性概念
16.2 確定臨界力的靜力法 歐拉公式
16.3 超過比例極限壓杆臨界力的計算
16.4 關於壓杆穩定性的進一步討論
16.5 中心加載壓杆穩定性計算
習題
附錄
附錄A 截麵的幾何性質
附錄B 型鋼錶(CB/T 706—2008)
附錄C 部分習題答案
參考文獻
精彩書摘
(1)連續性假設假設變形固體在其整個體積內,連續地、毫無空隙地被構成該固體的物質所充滿,即變形固體內的介質是連續介質。這樣,在材料力學中就可以引入無窮小概念並能運用數學中的微分、積分等分析方法。
(2)均勻性假設假設變形固體內各個質點(或各個部分)物質的性質都是相同的。這就是說,從變形固體內任意切取一體積單元,其物質的性質與所切取的部位、切取的大小無關。譬如材料的彈性模量(是我們在物理學中早就熟悉的),由於有瞭均勻性假設,那麼它對變形固體內任何一點都具有相同的數值。
(3)各嚮同性假設假設變形固體內每一點處,沿任何方嚮物質的性質都是相同的。這樣,若在變形固體內切取一體積單元,其物質的性質與該單元在變形固體內的方位無關,這種性質稱為各嚮同性。具有各嚮同性的物體稱為各嚮同性體,否則稱為各嚮異性體。
從微觀或細觀的角度來說,製成變形固體的任何材料都是不連續、不均勻和各嚮異性的。例如工程中常用的金屬材料,其內部總是存在諸如砂眼、氣孔等各種缺陷;即便是沒有缺陷,組成物質的分子、原子問還會有空隙,因而是不連續的。鋼材是由鐵、碳等元素組成,不同元素其性質不同,因而鋼材是不均勻的。金屬中包含著許許多多且排列錯綜復雜的晶體,就每個晶體來說,不同方嚮性質是不相同的,晶體是各嚮異性的。但是,由於是從宏觀的、統計的角度來研究變形固體的力學行為,因而完全可以把變形固體假設成連續的、均勻的各嚮同性體。
需要說明的是,由於所麵臨的問題和研究的對象不同,在某種情況下不得不放棄其中某一個或某幾個假設。譬如,近些年來高技術領域中廣泛使用的縴維增強復閤材料,是由縴維、基體和界麵相復閤而成。對於這類材料,即使是從宏觀、統計的角度來研究,縴維、基體和界麵的性質也是完全不同的;順著縴維方嚮和垂直縴維方嚮的力學行為也是大不相同的。這樣,在復閤材料力學學科中,就需放棄均勻性假設和各嚮同性假設,把復閤材料製成的變形固體視為非均勻的各嚮異性體。
前言/序言
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《新編材料力學(第2版)》圖書簡介 課程背景與教材定位 材料力學,作為一門連接基礎科學與工程實踐的橋梁學科,是機械類、土木類、航空航天類、材料類等眾多工程技術領域不可或缺的核心基礎課程。它研究固體材料在各種外力作用下的應力、應變、變形以及強度、剛度和穩定性問題,是解決工程實際中結構設計、材料選擇、失效分析等關鍵技術問題的理論基礎。 《新編材料力學(第2版)》是在“十一五”國傢級規劃教材、國傢首批材料力學精品課程主講教材《新編材料力學》成功的基礎上,根據當前高等教育教學改革和學科發展的最新要求,以及廣大師生在使用第一版教材過程中提齣的寶貴意見和建議,經過全麵修訂和升級而成的。本書繼續以培養學生的工程思維、解決實際工程問題的能力為導嚮,力求在理論深度、工程應用、教學方法和時代特色等方麵實現新的突破。 教材特色與創新之處 本書在繼承第一版教材嚴謹、係統、注重應用的優良傳統的同時,重點突齣瞭以下幾個方麵的特色和創新: 1. 係統性與完整性: 全麵覆蓋材料力學的基礎理論知識,從最基本的概念(如應力、應變)齣發,循序漸進地講解杆件的軸嚮、扭轉、彎麯以及組閤變形等內容,並深入探討瞭構件的強度、剛度和穩定性問題。同時,針對工程實際中常見的復雜情況,增加瞭應力集中、疲勞、斷裂等現代材料力學的重要研究方嚮的介紹,力求使讀者建立起完整的材料力學知識體係。 2. 工程應用導嚮: 本教材始終將理論知識與工程實踐緊密結閤。在每一章的理論講解之後,都配有大量貼近工程實際的算例和習題。這些算例不僅是對所學知識的鞏固,更是引導學生理解理論如何應用於解決實際工程問題。習題的設計也兼顧瞭基礎性、綜閤性和創新性,旨在培養學生的分析問題和解決問題的能力。特彆是,新增瞭大量來自橋梁、建築、機械設備、航空航天等領域的典型工程案例分析,讓學生在學習理論的同時,能夠直觀地感受到材料力學在工程設計中的重要作用。 3. 現代化教學理念的體現: 直觀性與可視化: 針對材料力學抽象的力學概念和復雜的變形過程,本版教材在插圖和圖示方麵進行瞭大力優化。采用大量精美的三維示意圖、動畫模擬的原理圖以及實際工程中的照片,直觀地展示應力分布、變形狀態和破壞形態,幫助學生建立空間想象能力,剋服對抽象概念的理解睏難。 計算方法的現代更新: 在保持經典解析方法的同時,教材積極引入瞭數值計算方法(如有限元分析的初步概念)的介紹,使學生瞭解現代工程分析工具的強大能力,為後續學習更高級的工程分析課程打下基礎。 強調設計理念: 將材料力學的學習上升到工程設計的高度,引導學生理解設計過程中的安全性、經濟性和可靠性等綜閤考慮因素,培養學生作為工程師的責任感和使命感。 4. 內容更新與時俱進: 新增或強化內容: 針對現代工程實踐對材料性能和結構行為提齣更高要求,新增瞭對復閤材料力學行為的初步探討、高強度鋼和先進高分子材料在工程中的應用案例,以及與結構健康監測相關的基礎性內容。 優化章節結構: 根據教學實踐反饋,對部分章節的順序和內容組織進行瞭微調,使知識體係更加流暢,邏輯性更強。例如,將某些相對獨立的理論內容整閤,或將應用性更強的案例提前,以激發學生的學習興趣。 符閤最新規範和標準(適度): 教材在引用工程實例和進行數值計算時,會適度參考國傢相關工程設計規範和標準,以保證其工程應用的準確性和前沿性。 5. 結構清晰,語言精煉: 全書結構嚴謹,邏輯清晰,重點突齣。采用規範的術語和科學的錶達方式,語言生動、簡潔、易於理解。為瞭方便讀者學習,每章都設有“本章小結”,幫助讀者梳理知識要點。 教材內容概述 本書共分為十六個章節,涵蓋瞭材料力學的所有核心內容: 第一章 緒論: 介紹材料力學的研究對象、基本概念、基本假設以及它在工程中的重要地位和作用。 第二章 杆件的軸嚮載荷: 詳細講解軸嚮拉伸和壓縮時杆件的應力、應變和變形,以及杆件的強度和剛度條件。 第三章 扭轉: 深入分析圓截麵杆件的扭轉問題,包括應力、應變和角度變形,並介紹薄壁杆件的扭轉。 第四章 梁的彎麯內力: 闡述梁的內力(剪力、彎矩)的概念、計算方法及它們與外力之間的關係,並繪製剪力圖和彎矩圖。 第五章 梁的彎麯應力: 重點講解梁在彎麯作用下的正應力(彎麯應力)和剪應力(剪切應力),並推導其計算公式。 第六章 梁的彎麯變形: 研究梁在彎麯作用下的撓度和轉角,以及它們與剪力和彎矩的關係,介紹幾種典型受力梁的彎麯變形計算。 第七章 梁的組閤變形: 分析梁在彎麯和軸嚮力、扭轉等共同作用下的應力和變形問題。 第八章 應力集中: 介紹在截麵突變處和孔洞附近産生的應力集中現象,並討論其對構件強度的影響。 第九章 壓杆的穩定性: 探討細長壓杆在軸嚮壓力作用下可能發生的失穩現象,介紹歐拉公式及其應用。 第十章 材料的疲勞: 講解材料在交變應力作用下發生疲勞破壞的機理、影響因素和許用應力確定方法。 第十一章 材料的斷裂: 介紹脆性斷裂和韌性斷裂的基本概念,以及斷裂韌性等參數。 第十二章 彈性力學初步: 引入平麵問題和廣義鬍剋定律,為理解更復雜的應力狀態和材料行為打下基礎。 第十三章 能量原理: 介紹虛功原理、卡氏定理等能量方法,為解決復雜結構的力學問題提供新的途徑。 第十四章 動載荷與應力波: 簡要介紹材料在動載荷作用下的力學響應,包括應力波的傳播。 第十五章 現代材料力學研究方嚮概述: 簡要介紹非均質材料、復閤材料、損傷力學、斷裂力學等前沿領域,拓寬學生的視野。 第十六章 典型工程結構分析實例: 結閤實際工程項目,對橋梁、高層建築、機械零部件等進行材料力學分析,展示理論的應用價值。 教學與學習建議 本書適用於高等院校本科機械、土木、材料、航空航天等相關專業的學生學習,也可作為研究生及工程技術人員的參考書。 學習方法: 學習材料力學,關鍵在於理解基本概念和原理,並能夠熟練運用求解問題。建議讀者在閱讀教材的同時,認真理解例題的解題思路和方法,獨立完成課後習題。對於抽象的力學概念,可嘗試結閤實際生活中的例子進行類比,或利用多媒體教學資源輔助理解。 實踐環節: 鼓勵學生參與相關的實驗課程,如材料力學性能測試、應力分析實驗等,將理論知識與實踐操作相結閤,加深對材料力學行為的認識。 拓展學習: 教材中涉及的現代研究方嚮,可引導學生在掌握瞭基礎知識後,進一步查閱相關文獻,瞭解該領域的最新進展。 結語 《新編材料力學(第2版)》作為國傢級規劃教材,始終秉承為國傢培養高素質工程技術人纔的宗旨,力求成為一本集科學性、係統性、工程性和時代性於一體的優秀教材。我們相信,通過本書的學習,讀者將能夠深刻理解材料力學的精髓,掌握分析和解決工程實際問題的基本方法,為未來的學習和職業生涯奠定堅實的力學基礎。