本書是“國家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”規(guī)劃教材,是“哈爾濱工業(yè)大學‘十一五’教材規(guī)劃”中的重點教材。本書編寫過程中,充分注意到后續(xù)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線,突出力學、幾何、物理三大方程,向當代前沿開設窗口與接口等總體目標。本書在內(nèi)容、體系、絨構(gòu)與問題表滲上均有拉大的創(chuàng)新。全書包括緒論、位力狀悉分新、應變狄}分訴必材#翻性能與應力應變關系、軸詢拉壓、扭轉(zhuǎn)、夸曲、組合內(nèi)為時桿件應力計算、能量原理、超靜定結(jié)構(gòu)、材料失效及強度理論、桿件的強度與剛度計算、聯(lián)接、彈塑性變形與極限載荷分析、疲勞與斷裂、壓桿穩(wěn)定等16章。
自2009年3月對本書第一次修訂起,已過去九年時間。這期間經(jīng)歷了哈爾濱工業(yè)大學材料力學課程建設從“國家精品課程”向“國家精品資源共享課程”的飛躍。同時,還恰逢哈爾濱工業(yè)大學力學課程教學團隊建設成為國家級教學團隊的有利契機。無疑,本教材在這一飛躍和契機中,得到了進一步的審視和錘煉。不僅如此,這期間移動互聯(lián)網(wǎng)和移動通信技術(shù)獲得了飛速發(fā)展,手機已經(jīng)成為全民的便捷通信工具。所有這些,都為本次修訂工作提供了有利條件。
本次修訂,在教材內(nèi)容選取、體系結(jié)構(gòu)設計以及桿件應力與變形分析方法敘述等方面,仍沿用了第2版的做法。進一步傳承適當拓寬和深化基礎知識,突出應力與應變分析主線,凸顯平衡、幾何、物理三方面條件在分析、求解桿件應力和變形時的核心作用這一編寫理念。
由于本版采用雙色印刷,故重新繪制了全書的絕大部分插圖。新插圖以藍色與亮藍色為主色調(diào),約定:研究對象、未知的和需要求解的力學量(約束力、內(nèi)力、應力、位移、變形等)、要引起讀者特別關注的線、面和體,教材中的難點與重點等,一般用亮藍色和藍色繪制或標注。用透明色,描述出被遮擋的或形體內(nèi)部的線和面的變形情況(如彎曲等),以助于讀者的形象思維和對知識的理解。不同的面(如單元體等)采用不同顏色或亮度,用漸變色模擬光照等,用以增強插圖的立體感。
本次修訂,設置了二維碼,一些沒有寫入和無法寫入本書中的相關教學內(nèi)容和信息以及輔助教學等,被編撰并鏈接相應的二維碼。概括起來,這些內(nèi)容和信息包括:多媒體課件,動畫,知識點的外延和深化,引申問題,解題思路,力學史話,前沿問題,等等。
對于上一版中個別不嚴謹?shù)臄⑹龊湾e誤之處,作了修正。
綜上所述,第3版《新編材料力學》具有如下特色:1.基礎知識適當拓寬和深化。材料力學的基本概念(如強度、剛度、穩(wěn)定性、應力、應變、應變能,等等),基本原理和理論(如切應力互等、平衡、應變連續(xù)和變形協(xié)調(diào)、應力應變關系、能量原理、互等定理、強度理論,疊加原理等等)以及基本方法(綜合平衡、幾何、物理三個方面條件分析和求解力學問題,能量法,疊加法等),是變形體力學最基礎、最普遍的知識,它們和研究對象的形體是否為桿件沒有任何必然性。
因此,加強和深化這部分內(nèi)容,能夠從一般性或普遍性條件或問題中引出的,就不必拘泥于桿件,從而更能引導學生體悟到這些知識所具有的普遍性和基礎性,而不至于使其誤讀為只有桿件才適用。
IV2.所有插圖用雙色和不同亮度色調(diào)繪制,新穎、亮麗,形象、逼真,透明感與立體感強。這樣,使得那些無法看到的(如構(gòu)件內(nèi)部點、線、面的位移和變形規(guī)律)和抽象的,以及課程重點和難點內(nèi)容(如平面假設、截面上應力分布規(guī)律等)變得可見、直觀,形象、清晰和易于理解;使得重要和須特別關注的地方更加醒目、凸顯。
3.二維碼助教,使得本書有了支持移動網(wǎng)絡和移動通信的功能。從而,極大地豐富了輔助教學信息,使本書真正成為一本能滿足學生個性化學習的“立體教材”。用移動通信工具掃描相應頁碼的二維碼,可以獲得諸如答疑、解惑、深化、外延、前沿、動態(tài)插圖等更加豐富的輔助教學信息,同時,這些輔助教學內(nèi)容容易修改和與時俱進。
參加本版修訂工作的有張少實、王春香、張桂蓮、胡恒山四位教授,主編由張少實、王春香擔任。張少實負責全部書稿和二維碼部分的統(tǒng)稿以及第1、9、10、11章的修訂與所轄二維碼內(nèi)容的編撰工作;王春香負責部分書稿統(tǒng)稿以及第4、7、8、16章的修訂與所轄二維碼內(nèi)容的編撰工作;張桂蓮負責第5、6、12、13章、附錄A的修訂與所轄二維碼內(nèi)容的編撰工作;胡恒山負責第2、3、14、15章的修訂與所轄二維碼內(nèi)容的編撰工作。全書所有插圖和二維碼所轄的59幅動畫,均由張少實繪制完成。
本書修訂期間,哈爾濱工業(yè)大學國家力學課程教學團隊,航天科學與力學系、航天學院、校本科學院和校教務處的各級領導給予了極大的關心和支持。材料力學課程組的老師,特別是青年老師,提出了寶貴意見,并給予許多幫助,特此一并感謝!特別要提及的是,哈爾濱工業(yè)大學固體力學學科帶頭人蓋秉政教授和航天學院高宗俊教授,他們不顧年事已高,認真地審閱了全書,并提出了寶貴意見與建議。在此,致以崇高敬意和衷心感謝。
囿于水平,難免錯誤和疏漏,敬請老師和讀者批評、斧正。
編者2018年2月
第3版前言
第2版前言
第1版前言
第1章緒論1
1.1強度剛度穩(wěn)定性1
1.2變形固體及其基本假設2
1.3外力及其分類3
1.4變形與位移4
第2章應力狀態(tài)分析6
2.1內(nèi)力6
2.2應力的概念正應力與切應力9
2.3一點的應力狀態(tài)切應力互等定理10
2.4二向應力狀態(tài)分析解析法13
2.5二向應力狀態(tài)分析圖解法17
2.6三向應力狀態(tài)分析21
2.7微體平衡25
習題27
第3章應變狀態(tài)分析31
3.1應變概念線應變與切應變31
3.2位移與應變的關系幾何方程32
3.3應變協(xié)調(diào)條件相容方程34
3.4平面應變狀態(tài)分析35
習題38
第4章材料的力學性能與應力應變
關系41
4.1材料的力學性能與基本試驗41
4.2軸向拉伸和壓縮試驗42
4.3常見工程材料的應力-應變曲線46
4.4應力松弛與蠕變48
4.5各向同性材料的胡克定律49
4.6應變能53
4.7各向同性材料彈性常數(shù)間的關系56
4.8各向異性材料應力-應變關系56
習題57
第5章軸向拉壓60
5.1軸向拉壓桿的內(nèi)力60
5.2軸向拉壓桿的應力61
5.3圣維南原理應力集中63
5.4軸向拉壓桿的變形變形能65
5.5軸向拉壓超靜定問題溫度應力
裝配應力67
5.6構(gòu)件受慣性力作用時的應力計算72
習題75
第6章扭轉(zhuǎn)81
6.1扭轉(zhuǎn)桿件的內(nèi)力81
6.2圓軸扭轉(zhuǎn)橫截面上的切應力83
6.3圓軸扭轉(zhuǎn)破壞模式的分析86
6.4圓軸扭轉(zhuǎn)變形與變形能87
6.5非圓截面桿扭轉(zhuǎn)88
6.6薄壁桿的自由扭轉(zhuǎn)剪力流90
習題93
第7章彎曲96
7.1梁的內(nèi)力剪力與彎矩96
7.2剪力圖與彎矩圖98
7.3載荷、剪力及彎矩間的關系101
7.4純彎曲梁的正應力104
7.5有關彎曲的討論109
7.6彎曲切應力111
7.7開口薄壁非對稱截面梁的彎曲
彎曲中心117
7.8梁的彈性彎曲變形彈性曲線微分
方程119
7.9直接積分求梁的變形121
7.10疊加原理與疊加法求變形124
7.11曲桿彎曲128
習題130
第8章組合內(nèi)力時桿件應力計算138
VIII
8.1斜彎曲138
8.2偏心拉伸與壓縮141
8.3彎曲與扭轉(zhuǎn)146
習題148
第9章能量原理153
9.1虛功桿件內(nèi)力的虛功153
9.2虛功原理及其對桿件的應用155
9.3莫爾定理158
9.4圖形互乘法161
9.5虛功原理應用于小變形固體166
9.6沖擊169
習題173
第10章超靜定結(jié)構(gòu)177
10.1超靜定結(jié)構(gòu)的概念及其分析方法177
10.2用力法分析超靜定結(jié)構(gòu)178
10.3具有對稱與反對稱性的超靜定
結(jié)構(gòu)186
10.4連續(xù)梁188
習題191
第11章材料失效及強度理論196
11.1常用工程材料的失效模式及強度
理論概念196
11.2關于斷裂的強度理論198
11.3關于屈服的強度理論199
11.4莫爾強度理論201
11.5強度條件與強度計算203
習題206
第12章桿件的強度與剛度計算209
12.1強度計算與剛度計算209
12.2軸向拉壓桿件的強度計算210
12.3扭轉(zhuǎn)桿件的強度與剛度計算212
12.4彎曲桿件的強度與剛度計算214
12.5組合內(nèi)力時桿件的強度與剛度
計算219
12.6提高桿件強度與剛度的一些措施223
習題225
第13章聯(lián)接234
13.1工程中常見的聯(lián)接結(jié)構(gòu)234
13.2剪切實用計算235
13.3擠壓實用計算236
13.4焊縫與膠粘接縫的實用計算238
習題240
第14章彈塑性變形與極限載荷
分析242
14.1彈塑性變形與極限載荷法概念242
14.2應力-應變關系曲線的簡化244
14.3超靜定桁架的極限載荷245
14.4圓軸的彈塑性扭轉(zhuǎn)殘余應力247
14.5梁的彈塑性彎曲塑性鉸248
習題250
第15章疲勞與斷裂252
15.1交變應力及其描述252
15.2疲勞的概念與材料的疲勞極限254
15.3影響疲勞極限的主要因素256
15.4疲勞強度計算260
15.5變幅交變應力下構(gòu)件的疲勞強度
計算264
15.6疲勞裂紋擴展與構(gòu)件的疲勞壽命267
15.7提高構(gòu)件疲勞強度的措施271
習題273
第16章壓桿穩(wěn)定275
16.1壓桿穩(wěn)定性概念275
16.2確定臨界力的靜力法歐拉公式276
16.3超過比例極限壓桿臨界力的計算280
16.4關于壓桿穩(wěn)定性的進一步討論283
16.5中心加載壓桿穩(wěn)定性計算286
習題289
附錄293
附錄A截面的幾何性質(zhì)293
附錄B型鋼表(GB/T706—2008)306
附錄C部分習題答案321
參考文獻332