材料力学案例——教学与学习参考 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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李锋 著

图书标签:

• 材料力学
• 工程力学
• 案例教学
• 学习参考
• 高等教育
• 教材
• 应力分析
• 变形分析
• 结构力学
• 力学基础

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030297075

版次：31

商品编码：12317969

包装：平装

丛书名： 普通高等教育“十二五”规划教材

开本：32开

出版时间：2018-03-01

页数：184

正文语种：中文

内容简介

　　本书是理工科大学材料力学课程的配套教材全书以实践内容为主通过对具体案例研究分析的过程，指导学生深入理解和运用材料力学原理，提高定性分析与综合应用的能力，促进创新精神和实践能力的培养。书中的导论对案例教学法的概念、内涵和案例研究的方法论作了介绍；正文包括研究篇和素材篇，分别按照强度、刚度、稳定性和综合问题分章。本书精选了70个案例，其中30个案例给出了详细的参考分析过程。案例研究的一般结构是事件背景、问题与思考题、参考分析和总结，提供给学生作为课程的补充阅读材料。案例素材包括事件背景、问题与思考题，便于学生的实践性练习、研究思考和课堂讨论。

目录

前言
导论
案例研究篇

第一章 强度问题研究
案例1 卷笔刀为什么不好用了
案例2 提高吊车梁强度的方案
案例3 舷窗玻璃为何难打碎
案例4 吱嘎声中倒塌的桥
案例5 材料破坏的极限压力
案例6 九江大桥事故引发的争论
案例7 飞针穿玻璃
案例8 团结的力量有多大
案例9 “司马光砸缸”疑问辨析
案例10 碰蛋的博弈
案例11 赵州桥赏析

第二章 刚度问题研究
案例12 指甲刀里的力学
案例13 礼堂坍塌的根本原因
案例14 吊车为何总跑偏
案例15 模板变形惹祸端
案例16 刚柔相济的芭蕉扇
案例17 蹦极意外谁之过

第三章 稳定性问题研究
案例18 屋架稳定设计的缺陷
案例19 网架坍塌的分析与反思
案例20 线塔倒塌的力学思考
案例21 厂房晃动的隐患
案例22 挑战竖蛋
案例23 脚手架因何垮塌

第四章 综合问题研究
案例24 破解容器泄漏难题的对策
案例25 解决焊缝开裂问题的对策
案例26 矩形截面高宽比
案例27 撑杆跳高的力学奥秘
案例28 “曹冲称象”的启示
案例29 三个和尚的吃水问题
案例30 吸管穿土豆的诀窍
案例素材篇

第五章 强度案例与问题
案例31 悄然发生的冰上险情
案例32 利剑悬空惊刹魂
案例33 冰山何以会脱离南极
案例34 9.11事件的力学反思
案例35 乐极生悲的元宵节拔河
案例36 只有3天寿命的展品质量正常吗
案例37 武士的断剑
案例38 神秘的大佛
案例39 缆车事故因何而起
案例40 来自“升龙吉兆”的联想
案例41 海冰盖的温差断裂
案例42 红海版“泰坦尼克”沉船悬疑
案例43 调直冷拉钢筋为什么是安全隐患
案例44 断缆事故的对策
案例45 “巨无霸”安全过桥
案例46 一个小实验的困惑

第六章 刚度案例与问题
案例47 火灾现场的证据
案例48 钢筋柱因何无故倒塌
案例49 法国河上建“纸桥”
案例50 钓大鱼为什么要放长线
案例51 低温发射的风险
案例52 伏尔加河大桥的离奇晃动
案例53 柱歪而不倒的福建土楼

第七章 稳定性案例与问题
案例54 高压线塔“意外”折倒
案例55 塔吊竞折腰
案例56 迟来的事故
案例57 橱窗玻璃为何无故破碎
案例58 塔吊折臂砸毁工房
案例59 被迫拆除的公寓楼
案例60 抓举千吨上百米

第八章 综合案例与问题
案例61 从千米高空坠落
案例62 大力士拉火车
案例63 金字塔建造之谜（一）
案例64 金字塔建造之谜（二）
案例65 大货车为何频闯校园
案例66 惯性的力量
案例67 暖气频繁泄露的原因与对策
案例68 使用劣质钢管扣件的惨重代价
案例69 走与跑的动荷效应
案例70 节能建筑的建材创新
参考文献
后记

材料力学案例——教学与学习参考 概述 本书旨在为材料力学课程的教学与学习提供一套详实的案例集与参考资料。材料力学作为工程学科中的一门核心基础课程，其理论的抽象性往往成为学生理解和掌握的难点。本书通过精选的、具有代表性的工程实例，将理论知识与实际应用紧密结合，旨在帮助师生更好地理解、运用和深化材料力学的基本概念和分析方法。全书内容覆盖了从基础的应力应变分析到复杂的梁的弯曲、扭转以及材料失效分析等多个核心模块，力求在理论的严谨性与应用的直观性之间找到最佳平衡点。 本书的编写遵循“理论指导实践，实践反哺理论”的原则，不仅关注计算结果的得出，更注重分析过程的逻辑性和工程背景的阐释。每部分案例均配有详尽的解题步骤、必要的理论回顾以及对结果的工程意义的探讨。 --- 目录结构与核心内容 本书内容按照材料力学的主流教学体系划分，共分为六大部分，每一部分均包含多个精心挑选的案例。 第一部分：应力与应变基础分析 (Stress and Strain Fundamentals) 本部分是理解后续所有复杂问题的基石。案例重点在于如何正确地建立物理模型，将实际载荷转化为内部的应力状态。 1. 轴向拉伸与压缩的静力平衡： 案例 1.1：桁架节点受力分析与杆件内力计算。侧重于理解静定与超静定结构中杆件的应力分布，以及温度变化对结构内力的影响（如桥梁伸缩缝的设计考量）。 案例 1.2：压力容器的薄壁/厚壁筒体应力分析。对比分析圆筒和球形薄壁容器在内压下的周向应力和纵向应力，强调主应力概念的引入。 2. 应力状态的转换与主应力： 案例 1.3：复杂截面构件的应力集中分析。选取带有孔洞或阶梯过渡的试样，利用摩尔圆（Mohr's Circle）精确确定最大剪应力和主应力方向，讨论应力集中系数$K_t$在疲劳设计中的作用。 案例 1.4：三维应力状态的等效应力判断。针对多向受力的关键点，运用冯·米塞斯（Von Mises）等效应力准则，判断材料是否屈服，涉及对不同失效理论的适用性讨论。 3. 应变测量与本构关系： 案例 1.5：电测应变片在结构健康监测中的应用。模拟在实际桥梁或建筑构件上布置应变片，通过测量不同方向的应变，反演出实际作用于该点的应力状态，并与理论计算进行比对，强调实验数据的处理方法。 第二部分：结构变形与位移 (Deformation and Displacement) 本部分关注力的作用下物体的几何变化，是结构稳定性分析的前提。 1. 胡克定律与材料弹性模量： 案例 2.1：材料拉伸试验曲线的解读与模量确定。详细分析标准拉伸试样的应力-应变曲线，区分弹性阶段、屈服点、极限强度和断裂点，并计算材料的弹性模量$E$和泊松比$ u$。 案例 2.2：变截面杆件的伸长量精确计算。处理截面积沿轴向变化的杆件，使用微元积分法求解总变形，对比均匀截面情况下的简化模型。 2. 温度应力分析： 案例 2.3：约束下的热膨胀应力。分析一根被两端刚性约束的杆件，在环境温度变化时产生的内力和应力，讨论如何通过预留间隙来控制温度应力。 第三部分：梁的弯曲与挠度 (Bending of Beams) 本部分是应用最广泛的部分之一，重点是横截面上的内力（剪力和弯矩）与变形（挠度和转角）之间的关系。 1. 剪力与弯矩图的绘制与截面内力计算： 案例 3.1：悬臂梁与简支梁在集中载荷和均布载荷下的内力图。强调剪力方程与弯矩方程的建立过程，特别是分段函数和奇异函数（如狄拉克函数或单位阶跃函数）在复杂载荷下的应用。 2. 弯曲应力和挠度计算： 案例 3.2：I型钢梁的最大弯曲应力校核。针对实际工字钢截面，计算中性轴位置，应用纯弯曲公式$sigma = My/I$计算最大正应力，并与材料的许用应力进行比较。 案例 3.3：叠加法在复杂载荷下梁的挠度分析。利用挠度公式（如双重积分法或澳门利法的查表结果），对多种载荷组合作用下的梁的最大挠度进行精确计算，并结合工程限值进行评估。 3. 剪应力分析： 案例 3.4：梁横截面上的剪应力分布与最大剪切应力。针对矩形截面和工字钢截面，运用剪应力公式$ au = VQ/It$计算剪应力的分布规律，特别关注剪切变形在梁整体变形中所占的比例。 第四部分：扭转 (Torsion) 本部分集中于杆件承受扭转载荷时的内力、应力和转角。 1. 圆轴的扭转： 案例 4.1：阶梯轴的扭矩传递与强度校核。分析一根具有不同直径的轴，在给定扭矩下，如何确定最大扭转剪应力发生的位置，并计算总扭转角。 案例 4.2：空心圆轴的效率分析。对比相同材料和外径下，实心轴与空心轴在传递扭矩时的效率差异，解释为何空心轴在减轻自重的同时保持了较高的抗扭刚度。 2. 非圆截面的扭转： 案例 4.3：矩形截面杆件的扭转变形（圣维南原理的应用）。介绍如何利用圣维南（St. Venant）扭转理论，估算矩形杆件的扭转刚度和最大剪应力，强调应力集中在角点处的现象。 第五部分：组合应力与稳定性 (Combined Stresses and Stability) 本部分将前述的轴向、弯曲、扭转应力进行综合处理，并引入失稳问题。 1. 组合应力分析： 案例 5.1：受轴向力、弯矩和扭矩共同作用的螺旋形传动轴设计。综合运用胡克定律、弯曲理论和扭转理论，确定轴上的危险点，并采用最大剪应力或等效应力理论进行强度判据校核。 2. 梁的整体稳定性（欧拉公式的应用）： 案例 5.2：细长柱的临界屈曲载荷计算。分析不同约束条件（如一端铰接、一端固定）下的有效长度系数$K$，并应用欧拉（Euler）公式计算轴心受压柱的临界载荷，讨论材料的屈服极限对欧拉公式适用性的影响（即中等长度柱的处理）。 第六部分：能量方法与结构动力学初步 (Energy Methods and Introduction to Dynamics) 本部分引入更高级的分析工具，用于解决复杂结构的问题。 1. 单位载荷法与虚功原理： 案例 6.1：利用虚功原理计算超静定结构的内力。针对一个静不定度为一的梁结构，通过建立虚设载荷系统，计算虚功，求解静不定力，最终确定真实内力分布。 2. 结构刚度与位移： 案例 6.2：桁架的刚度矩阵建立与求解。简要介绍如何对一个简单的多杆件结构建立全局刚度矩阵，并利用位移法求解其在外部载荷下的节点位移，为有限元分析打下基础。 --- 适用对象与特色 适用对象： 高等院校土木工程、机械工程、航空航天工程、材料科学等相关专业本科生。 承担材料力学课程的教师，用于备课、设计习题和拓展课堂讨论。 工程技术人员，作为回顾和深入理解工程力学基础的参考手册。 本书特色： 1. 强调工程背景：所有案例均来源于实际工程问题，如起重机吊杆、机床主轴、压力管道等，增强学习的动机和直观性。 2. 注重分析过程的规范性：严格按照“假设→受力分析→本构关系→求解→结果检验与工程意义”的步骤展开，培养学生严谨的工程思维。 3. 理论深度适中：在基础理论讲解后，案例的难度适中，能够有效衔接理论课本与更高级的结构分析课程（如有限元法）。 4. 包含计算工具的应用启发：在涉及复杂几何形状或非线性问题的案例中，会引导读者思考如何利用现代计算工具（如有限元软件）来验证和扩展解析解。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我最大的惊喜在于其“教学与学习参考”的定位。我是一名已经工作了几年的工程师，偶尔会遇到一些需要回顾和深入理解材料力学知识的场景，但市面上很多教材要么太基础，要么就是针对性极强的专业书籍，很少有能满足我这种“阶段性复习”需求的。这本书恰恰弥补了这个空白。它并没有一开始就抛出大量枯燥的理论，而是从一个个生动具体的“案例”入手，通过这些案例来引出相关的力学概念和计算方法。这种“问题导向”的学习方式，让我能够快速地找到自己需要解决的问题，并从中提炼出相关的知识点。书中对于每一个案例的分析都非常透彻，不仅仅是给出最终的计算结果，更重要的是解析了每一步的思考过程和背后的原理。例如，在分析某个特定结构的受力状态时，它会详细说明如何建立模型，如何选择合适的边界条件，以及不同假设对结果的影响。这种讲解方式，非常有利于培养读者独立分析和解决问题的能力。而且，书中还附带了许多习题和思考题，这些题目设计得既有代表性，又具有一定的挑战性，能够帮助我检验自己的学习效果，并发现自己可能忽略的细节。我特别欣赏书中对于错误解法的分析，它会指出常见的误区，并解释为什么会出错，这对于避免我犯同样的错误非常有帮助。总的来说，这本书是我在工程实践中遇到的一个得力助手，它不仅帮我巩固了理论基础，更提升了我分析和解决实际工程问题的能力。

评分☆☆☆☆☆

我拿到这本书的时候，就被它的“案例”这两个字深深吸引了。我一直认为，学习理论知识最好的方式就是将其与实际应用相结合，而这本书显然就是朝着这个方向努力的。它提供的案例都非常贴近现实，涵盖了工程领域中许多常见且重要的问题。我印象最深刻的是关于疲劳断裂的分析，书中通过分析一个实际的桥梁钢梁断裂案例，详细讲解了应力集中、裂纹扩展的机理，以及如何通过材料选择和结构设计来避免类似事故的发生。这种“解剖麻雀”式的讲解方式，让抽象的疲劳理论变得触手可及。而且，书中对于每个案例的分析，都不仅仅停留在定性的描述上，而是提供了详细的定量计算方法和步骤，并解释了计算过程中所使用的各种假设和近似。这对于我这样需要进行实际工程设计的人来说，非常有价值。书中还穿插了一些关于材料性能测试的介绍，以及不同材料在不同工况下的表现对比，这有助于我更全面地理解材料的力学行为。我特别喜欢书中关于“失效分析”的部分，它教会我如何从宏观的现象出发，反推材料的微观结构和受力过程，从而找到问题的根本原因。这本书就像一个经验丰富的导师，它不仅传授知识，更重要的是传授思维方式和解决问题的技巧。它让我明白，材料力学不仅仅是公式和计算，更是一种对世界物质形态和运动规律的深刻理解。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我最大的感受就是“真实”。它所呈现的案例，绝非凭空捏造，而是源于真实世界的工程问题和技术挑战。这使得我对材料力学的学习，不再是机械地记忆公式和套用模型，而是能够更深刻地理解其在现实世界中的重要性和广泛的应用。我是一名对工程原理充满好奇心的学生，常常会思考“为什么”和“如何”，而这本书恰恰满足了我这种探索欲。它会从一个具体的产品或结构出发，层层剥茧，揭示出其背后所蕴含的材料力学原理。例如，在讲解梁的弯曲时，它会以汽车车身的受力分析为例，让我们看到材料力学是如何影响汽车的安全性和舒适性的。书中对于不同材料选择的考量，以及不同结构设计对力学性能的影响，也给我留下了深刻的印象。它让我明白，在工程设计中，材料力学不仅仅是计算，更是一种权衡和取舍的过程，需要在性能、成本、可靠性等多个方面进行综合考虑。我尤其喜欢书中对于一些“意想不到”的力学现象的解释，例如，为什么有些材料在特定条件下会突然失效，或者为什么有些结构在看起来很坚固的情况下却容易损坏。这些解释，都让我对材料力学这门学科有了更全面、更深入的认识。这本书就像一本打开了新世界大门的钥匙，它让我看到了材料力学在现代工程技术中的无限可能。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计相当吸引人，深邃的蓝色背景搭配着沉稳的灰色字体，让人一眼就觉得它是一本内容扎实、值得深入研读的学术专著。我原本是抱着一种“姑且一试”的心态购入的，毕竟市面上关于材料力学的书籍琳琅满目，但很多要么过于理论化，要么过于浅显，很难找到一个恰到好处的平衡点。然而，当我翻开第一页，被那清晰的排版和严谨的逻辑所吸引时，我就知道我的选择是正确的。书中的案例选择得非常典型，涵盖了桥梁设计、飞机结构、精密仪器制造等多个领域，每一个案例都不仅仅是简单地罗列数据和公式，而是深入剖析了背后的力学原理，并结合实际工程需求进行讲解，这对于我这样希望将理论知识与实际应用相结合的学习者来说，简直是如获至宝。书中的插图和图表也设计得十分精美，色彩搭配合理，线条流畅，能够非常直观地帮助读者理解复杂的力学模型和受力分析过程，这比单纯的文字描述要有效得多。我尤其喜欢它在讲解过程中，常常会引用一些历史上的经典工程案例，既增加了阅读的趣味性，又让读者对材料力学的应用前景有了更深刻的认识。这本书的语言风格也比较符合我的阅读习惯，既有学术的严谨性，又不乏生动形象的比喻，让一些抽象的概念变得易于理解。总而言之，这是一本从外观到内容都堪称优秀的教材，强烈推荐给所有对材料力学感兴趣的读者。

评分☆☆☆☆☆

作为一名高校教师，我一直在寻找能够帮助学生更好地理解和掌握材料力学这门课程的辅助材料。这本书的出现，简直是为我量身定做的。它将抽象的理论知识，通过一系列精心设计的案例，生动地展现在学生面前。每一个案例都仿佛是一个真实存在的工程难题，而书中的讲解，就是一步步引导学生如何运用所学的材料力学知识去分析和解决这些难题。我特别欣赏书中对于不同教学方法和学习策略的探讨，它不仅仅提供了一个知识的载体，更是在教学方法上提供了一些创新的思路。例如，书中对于如何引导学生进行力学建模，如何培养学生对载荷和边界条件的敏感性，以及如何通过对比不同材料的力学性能来加深理解，都有非常详细的论述。我发现，将这本书中的案例引入课堂，能够极大地激发学生的学习兴趣，让他们在解决实际问题的过程中，主动去探索和掌握理论知识。书中提供的参考答案和解析，也为学生提供了清晰的学习路径，帮助他们及时纠正错误，巩固学习成果。我还在思考，是否可以将书中部分案例改编成实验项目，让学生在动手实践中进一步加深对材料力学原理的理解。总而言之，这本书不仅是一本优秀的教学参考书，更是一本能够启发教学创新、提升教学质量的宝贵资源。