《材料力學》為“翻轉課堂”教學模式設計。全書共分11章,主要包括:軸向拉壓和剪切、扭轉、彎曲內力、彎曲應力、彎曲變形、應力狀態(tài)和強度理論、組合變形、壓桿穩(wěn)定、能量法、動載荷和交變應力等內容!恫牧狭W》充分考慮學生自學的需求,注重材料力學課程與以前所學內容的銜接,語言通俗易懂、合理設置自測題,以節(jié)為單位,設置本節(jié)導航、例題、小結與習題(部分節(jié)沒有習題),隨課程內容需求設置基礎測試。本節(jié)導航中有思維導圖,隨著內容的講解,有拓展閱讀和討論內容,方便讀者開拓視野與思路?蓲叻獾锥S碼互動交流。
本書適用于土木類、機械類專業(yè)高等院校教學用書。
適讀人群 :本書適用于土木類、機械類專業(yè)高等院校教學用書。
《材料力學》這本書是作者多年教學經驗、教學改革的總結與體現(xiàn)。作為曾經學習材料力學的學生,知道學習的困難。拿到《材料力學》趙國華老師的書稿拜讀后,感覺像有老師在身邊親切講授,語言輕松活潑,不斷強調已經學過的知識,鞏固;結構設計合理,按節(jié)布置學習起來也沒有太多壓力,邊講還設置了基礎測試題,能直接對剛學過的知識回顧是否掌握;拓展閱讀、隨處可見的討論能擴展知識的邊緣;小結與習題能檢測是否掌握了所學知識。充分體現(xiàn)“以學生為導向”,非常適合學生自學,也非常適合翻轉課堂教師來使用設計。金課的標準是“高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度”,在這本書可以得到體現(xiàn)。
期待您會愛上這本書,能夠有效地幫助到您的學習與教學,祝您成為材料力學這門課程的學霸!
材料力學是土木類、機械類專業(yè)學生必修課程之一。本書是基于當前教學改革的趨勢,讓編寫的教材能夠“以成果為導向”,適合于“翻轉課堂”等新的教學模式使用的基礎上編寫的。
在本書的編寫中,我們注重了以下三點:和以前內容的銜接,即將以前學過的相關內容提示一下;基本內容盡量做到通俗易懂,使同學能夠通過自學掌握;設置自測題,供同學檢測學習情況。本書還提供了一些拓展閱讀的參考資料,用于拓展學生知識邊界。本教材使用說明如下。
本教材設置有“本節(jié)導航”“知識點測試(基礎測試)”“例題”“小結”“習題”等欄目。
本節(jié)導航:是本節(jié)內容的概括介紹。除此之外,還附上了思維導圖,用來提示本節(jié)內容的綱要。當然,由于思維導圖是后面正文的綱要,可能有讀者開始感覺看不明白。因此,建議先學習后面正文的內容,然后反過頭來再根據(jù)思維導圖來梳理本節(jié)內容。
知識點測試(基礎測試):針對本節(jié)內容中學生應該掌握的知識點給出的一些問題。這些問題結合教學大綱中規(guī)定的要求,考查學生對一些識記性知識的掌握情況。由于這些知識點是后面應用的基礎,所以建議讀者根據(jù)自己答題的情況復習前面的內容,進行查缺補漏,然后再閱讀后面的內容。
例題:運用知識解決問題的示例。本教材的特點是對每一個例題都給出了問題分析,有些分析還提出了相關的問題供讀者思考。通過分析,讀者應該能掌握解題的思路。所以,建議讀者在讀完分析部分后,可以自己試著把例題當作練習先做一下,再和后面的解答進行對比。
小結:實際是引用了教學大綱中對本節(jié)內容的要求。讀者可以對照小結評估一下自己學習的情況。
習題:針對本節(jié)內容的習題,檢驗學生對知識的應用能力。個別題目難度較大,用*號標出,供學有余力的同學研究。本教材習題沒有答案,以免學生養(yǎng)成對答案的習慣。但對一些難度較大的題目,后面會附有簡單的提示。
本書的編寫,希望盡量將內容寫得通俗易懂一些,適于學生自學。同時,在行文中會提出一些問題,希望讀者讀到此處,能掩卷思考一下。畢竟學習是為了喚起心智,不能只講通俗易懂,還要讓讀者培養(yǎng)思考的習慣。
全書共分11章,主要包括:軸向拉壓和剪切、扭轉、彎曲內力、彎曲應力、彎曲變形、應力狀態(tài)和強度理論、組合變形、壓桿穩(wěn)定、能量法、動載荷和交變應力等內容。本書配有讀者交流圈(掃二維碼進入)可供讀者探討互動。由于水平所限,書中難免存在不足和疏漏之處,望各位讀者斧正并提出寶貴意見,以期再版時修訂、完善。
編者
2020年7月
趙國華,副教授,濟南大學,力學部副主任,濟南大學教師發(fā)展專家組成員,校督導組成員。主要講授理論力學、材料力學、工程力學、有限元法等力學類課程,自1995年至圖書出版時講授力學類課程已有25年時間,教學經驗豐富,完成了理論力學校級優(yōu)質課建設、材料力學校級精品課建設、濟南大學百門課程教改項目:有限元法等教改項目,趙國華的課程改革深受學生喜愛,多次獲得濟南大學本科教學貢獻獎等,還獲得全國基礎力學青年教師講課比賽二等獎。
第1章緒論
1.1材料力學的相關概念和基本假設 / 1
本節(jié)導航 / 1
1.1.1什么是材料力學? / 1
1.1.2材料力學的研究對象 / 2
1.1.3材料力學的研究任務 / 3
1.1.4材料力學的基本假設 / 5
小結 / 8
1.2構件的外力和內力 / 9
本節(jié)導航 / 9
1.2.1外力 / 9
1.2.2內力和截面法 / 10
1.2.3應力 / 12
1.2.4內力和應力的關系 / 13
小結 / 14
習題 / 14
1.3構件的變形 / 15
本節(jié)導航 / 15
1.3.1構件的微觀變形 / 15
1.3.2桿的宏觀變形 / 17
小結 / 19
習題 / 19
第2章軸向拉壓和剪切
軸向拉壓桿的概念和實例 / 20
2.1軸向拉壓桿的內力和內力圖 / 21
本節(jié)導航 / 21
2.1.1軸向拉壓桿橫截面內力 / 22
2.1.2軸向拉壓桿的內力圖——軸力圖 / 23
小結 / 25
習題 / 25
2.2軸向拉壓桿的應力 / 26
本節(jié)導航 / 26
2.2.1軸向拉壓桿的變形規(guī)律 / 27
2.2.2軸向拉壓桿橫截面的應力 / 27
2.2.3圣維南原理 / 28
2.2.4軸向拉壓桿斜截面上的應力 / 32
小結 / 34
習題 / 34
2.3材料在拉壓時的力學性能 / 35
本節(jié)導航 / 35
2.3.1低碳鋼在拉伸時的力學性能 / 36
2.3.2低碳鋼在壓縮時的力學性能 / 41
2.3.3鑄鐵拉伸和壓縮時的力學性能 / 42
小結 / 44
習題 / 44
2.4軸向拉壓桿的強度 / 45
本節(jié)導航 / 45
2.4.1安全因數(shù)和許用應力 / 45
2.4.2軸向拉壓桿的強度條件 / 46
2.4.3應力集中對強度的影響 / 47
小結 / 50
習題 / 50
2.5軸向拉壓桿的變形 / 51
本節(jié)導航 / 51
2.5.1軸向拉壓桿線應變的計算 / 52
2.5.2軸向拉壓桿縱向變形的計算 / 52
2.5.3軸向拉壓桿橫向應變的計算 / 53
2.5.4求解位移的能量法 / 57
小結 / 60
習題 / 61
2.6拉壓超靜定問題 / 62
本節(jié)導航 / 62
2.6.1超靜定問題的概念 / 62
2.6.2超靜定問題解法舉例 / 63
小結 / 63
2.6.3溫度應力問題 / 65
2.6.4裝配應力 / 66
小結 / 68
習題 / 68
2.7剪切和連接部分的計算 / 69
本節(jié)導航 / 69
2.7.1剪切的實用計算 / 70
2.7.2擠壓的實用計算 / 71
2.7.3被連接件的凈斷面校核 / 72
小結 / 75
習題 / 75
第3章扭轉
扭轉的概念和實例 / 76
3.1扭轉內力和內力圖 / 77
本節(jié)導航 / 77
3.1.1傳動軸扭力偶矩的計算 / 78
3.1.2軸的內力 / 78
3.1.3軸的內力圖 / 79
小結 / 81
習題 / 81
3.2薄壁圓筒的扭轉 / 82
本節(jié)導航 / 82
3.2.1薄壁圓筒的相關參數(shù) / 82
3.2.2薄壁圓筒扭轉時的變形特點 / 83
3.2.3薄壁圓筒扭轉時的應力特點 / 84
3.2.4橫截面切應力和扭矩(扭力偶)的關系 / 85
3.2.5剪切胡克定律的測定 / 86
小結 / 87
3.3等直圓軸扭轉時的應力 / 87
本節(jié)導航 / 87
3.3.1等直圓軸扭轉時的切應力公式 / 88
3.3.2圓軸切應力強度 / 92
小結 / 94
習題 / 94
3.4圓軸扭轉時的變形 / 95
本節(jié)導航 / 95
3.4.1圓軸扭轉變形計算的基礎 / 95
3.4.2圓軸的扭轉變形 / 96
3.4.3圓軸扭轉的剛度條件 / 96
3.4.4計算圓軸變形的能量法 / 99
習題 / 102
3.5矩形截面桿的自由扭轉 / 103
本節(jié)導航 / 103
3.5.1自由扭轉和約束扭轉 / 103
3.5.2矩形截面桿自由扭轉的應力和變形 / 104
習題 / 106
第4章彎曲內力
4.1彎曲內力概述 / 107
本節(jié)導航 / 107
4.1.1彎曲變形的概念 / 107
4.1.2彎曲變形的實例 / 108
4.1.3對稱彎曲的概念 / 109
4.1.4梁力學模型的簡化 / 109
4.2梁的內力和內力圖 / 112
本節(jié)導航 / 112
4.2.1梁的內力 / 112
4.2.2梁的內力圖 / 115
小結 / 118
習題 / 118
4.3梁內力圖的簡易畫法 / 119
本節(jié)導航 / 119
4.3.1載荷集度、剪力與彎矩間的微分關系 / 119
4.3.2微分關系的應用 / 120
4.3.3內力圖規(guī)律小結 / 122
小結 / 126
習題 / 126
4.4平面剛架和曲桿的內力 / 127
本節(jié)導航 / 127
4.4.1平面剛架的內力及符號規(guī)定 / 128
4.4.2平面曲桿的內力及符號規(guī)定 / 128
小結 / 130
習題 / 130
第5章彎曲應力
5.1彎曲正應力公式 / 131
本節(jié)導航 / 131
5.1.1純彎曲的概念 / 132
5.1.2純彎曲時的正應力 / 132
小結 / 136
習題 / 137
5.2彎曲正應力公式的應用 / 137
本節(jié)導航 / 137
5.2.1彎曲正應力公式的討論和推廣 / 137
5.2.2對稱彎曲梁的正應力強度條件 / 140
小結 / 143
習題 / 143
5.3彎曲切應力強度條件 / 145
本節(jié)導航 / 145
5.3.1對稱彎曲的切應力 / 145
5.3.2彎曲正應力和彎曲切應力的比較 / 148
5.3.3梁的切應力強度條件 / 149
小結 / 151
習題 / 151
5.4提高彎曲強度的措施 / 152
本節(jié)導航 / 152
5.4.1提高彎曲強度的措施 / 153
5.4.2材料力學性能的利用 / 155
5.4.3采用等強度梁 / 156
小結 / 158
習題 / 158
5.5彎曲中心 / 159
本節(jié)導航 / 159
5.5.1彎曲中心的概念 / 159
5.5.2彎曲中心的確定 / 161
小結 / 164
習題 / 164
第6章彎曲變形
6.1彎曲變形的基本概念和基本方程 / 166
本節(jié)導航 / 166
6.1.1彎曲變形的相關概念 / 167
6.1.2彎曲變形的基本方程 / 168
小結 / 169
6.2積分法求彎曲變形 / 169
本節(jié)導航 / 169
6.2.1撓曲線近似微分方程的積分 / 170
6.2.2積分常數(shù)的確定 / 170
小結 / 175
習題 / 175
6.3疊加法求彎曲變形 / 176
本節(jié)導航 / 176
6.3.1疊加法的概念 / 176
6.3.2載荷疊加法 / 176
6.3.3變形疊加法 / 181
小結 / 182
習題 / 182
6.4梁變形的應用 / 183
本節(jié)導航 / 183
6.4.1梁的剛度條件 / 184
6.4.2提高梁剛度的措施 / 185
6.4.3超靜定梁 / 186
小結 / 188
習題 / 188
第7章應力狀態(tài)和強度理論
7.1應力狀態(tài)的概念 / 189
本節(jié)導航 / 189
7.1.1應力狀態(tài)的概念 / 190
7.1.2主單元體和主應力的概念 / 190
7.1.3一點應力狀態(tài)的確定 / 191
7.1.4二向應力狀態(tài)實例——薄壁壓力容器 / 192
7.1.5三向應力狀態(tài)實例 / 194
小結 / 194
習題 / 194
7.2二向應力狀態(tài)分析的解析法 / 195
本節(jié)導航 / 195
7.2.1二向應力狀態(tài)的一般形式 / 195
7.2.2任意截面應力的確定 / 196
7.2.3正應力的極值——主應力 / 197
7.2.4主應力的應用——主應力跡線 / 201
小結 / 202
習題 / 202
7.3二向應力狀態(tài)分析的圖解法 / 204
本節(jié)導航 / 204
7.3.1應力圓(莫爾圓)的繪制 / 204
7.3.2應力圓的應用 / 205
小結 / 209
習題 / 209
7.4三向應力狀態(tài)基礎 / 210
本節(jié)導航 / 210
7.4.1空間應力狀態(tài)的求解方法 / 211
7.4.2空間應力狀態(tài)的兩個重要結論 / 212
小結 / 213
習題 / 213
7.5點的變形分析 / 214
本節(jié)導航 / 214
7.5.1各向同性材料的廣義胡克定律 / 214
7.5.2單元體的體積改變和形狀改變 / 219
小結 / 222
習題 / 223
7.6強度理論 / 224
本節(jié)導航 / 224
7.6.1強度理論的概念和類型 / 225
7.6.2四種經典的強度理論 / 226
7.6.3強度理論的統(tǒng)一形式 / 227
7.6.4各種強度理論的適用條件 / 228
小結 / 232
習題 / 232
第8章組合變形
8.1組合變形的概念 / 234
本節(jié)導航 / 234
8.1.1組合變形的概念 / 234
8.1.2解決組合變形問題的一般方法:疊加法 / 235
小結 / 237
8.2雙對稱彎曲 / 237
本節(jié)導航 / 237
8.2.1雙對稱彎曲的概念 / 238
8.2.2雙對稱彎曲橫截面的應力和強度條件 / 238
8.2.3雙對稱彎曲的變形和剛度條件 / 240
小結 / 242
習題 / 242
8.3扭彎組合變形 / 243
本節(jié)導航 / 243
8.3.1扭彎組合變形實例 / 243
8.3.2外力分析和變形分解 / 244
8.3.3內力分析 / 244
8.3.4應力分析 / 244
8.3.5強度校核 / 245
8.3.6強度問題的進一步討論 / 245
小結 / 249
習題 / 249
8.4拉彎組合變形 / 250
本節(jié)導航 / 250
8.4.1拉彎組合變形實例 / 251
8.4.2變形分解 / 251
8.4.3內力分析 / 252
8.4.4應力分析 / 252
8.4.5強度問題 / 252
小結 / 255
習題 / 255
8.5偏心壓縮和截面核心 / 256
本節(jié)導航 / 256
8.5.1偏心壓縮柱橫截面應力 / 256
8.5.2偏心壓縮柱的截面核心 / 258
小結 / 261
習題 / 261
第9章壓桿穩(wěn)定
9.1壓桿穩(wěn)定的概念 / 263
本節(jié)導航 / 263
9.1.1平衡穩(wěn)定性的概念 / 263
9.1.2壓桿穩(wěn)定的概念 / 264
9.2理想壓桿的臨界力計算 / 265
本節(jié)導航 / 265
9.2.1兩端鉸支理想細長壓桿的臨界力 / 265
9.2.2不同桿端約束下細長桿臨界力的歐拉公式 / 266
小結 / 269
習題 / 269
9.3壓桿的穩(wěn)定計算 / 270
本節(jié)導航 / 270
9.3.1臨界應力的歐拉公式 / 270
9.3.2臨界應力總圖 / 271
9.3.3壓桿的穩(wěn)定校核 / 272
小結 / 280
習題 / 280
9.4壓桿穩(wěn)定的合理設計 / 282
本節(jié)導航 / 282
9.4.1壓桿穩(wěn)定性設計的依據(jù) / 282
9.4.2提高壓桿穩(wěn)定性的措施 / 282
小結 / 284
第10章能量法
10.1應變能和卡式第一定理 / 285
本節(jié)導航 / 285
10.1.1線彈性體的外力功和應變能 / 285
10.1.2非線性彈性體的外力功和應變能 / 288
10.1.3應變能的特點 / 289
10.1.4卡式第一定理 / 290
小結 / 294
習題 / 294
10.2余能和卡式第二定理 / 295
本節(jié)導航 / 295
10.2.1彈性體余功和余能的概念 / 295
10.2.2彈性體的余能定理 / 296
10.2.3線彈性體的卡式第二定理 / 297
小結 / 300
習題 / 300
第11章動載荷和交變應力
11.1構件的慣性載荷 / 302
本節(jié)導航 / 302
11.1.1構件在加速平移時的動載荷 / 302
11.1.2構件在轉動時產生的動載荷 / 305
小結 / 306
習題 / 307
11.2構件的沖擊載荷 / 307
本節(jié)導航 / 307
11.2.1沖擊問題的概念和假設 / 308
11.2.2典型沖擊問題舉例 / 309
小結 / 313
習題 / 313
11.3交變應力和疲勞破壞 / 315
本節(jié)導航 / 315
11.3.1交變應力的概念 / 315
11.3.2疲勞破壞 / 317
11.3.3材料的疲勞強度 / 318
11.3.4構件的疲勞強度校核 / 319
11.3.5鋼結構構件及其連接的疲勞計算 / 321
小結 / 324
習題 / 324
附錄
附錄Ⅰ截面的幾何性質 / 326
本節(jié)導航 / 326
Ⅰ.1截面的面積矩 / 326
Ⅰ.2平行移軸公式和轉軸公式 / 332
小結 / 336
習題 / 336
附錄Ⅱ型鋼表 / 338
Ⅱ.1等邊角鋼截面尺寸、截面面積、理論重量及截面特性(GB/T 706—2016) / 338
Ⅱ.2不等邊角鋼截面尺寸、截面面積、理論重量及截面特性(GB/T 706—2016) / 342
Ⅱ.3工字鋼截面尺寸、截面面積、理論重量及截面特征(GB/T 706—2016) / 346
Ⅱ.4槽鋼截面尺寸、截面面積、理論重量及截面特性(GB/T 706—2016) / 348
參考文獻