材料力學(xué)

前 言

本教材主要講解材料力學(xué)的基本理論，桿件在拉伸與壓縮、剪切、扭轉(zhuǎn)、彎曲四種基本變形形式下的強度計算和剛度計算，應(yīng)力狀態(tài)與強度理論，組合變形構(gòu)件的強度計算，壓桿的穩(wěn)定性計算，交變應(yīng)力和動載荷，能量法等。本教材各章均有一定數(shù)量的例題和習(xí)題，注重學(xué)生分析和解決問題能力的培養(yǎng)。

在編寫過程中，編者總結(jié)多年來的教學(xué)經(jīng)驗，結(jié)合課程理論教學(xué)課時數(shù)逐漸減少的實際情況，充分吸取各高等學(xué)校近年來“材料力學(xué)”課程教學(xué)改革的經(jīng)驗，在內(nèi)容的選擇上以必需和夠用為原則，內(nèi)容編排由淺入深、循序漸進(jìn)。

本教材由王繼燕、高曦光擔(dān)任主編，侯善芹、楊尚陽、崔澤和李琳擔(dān)任副主編。其中，胡慶泉編寫緒論，劉隆編寫第1章，崔澤編寫第2章，劉建忠編寫第3章，高華編寫第4章，倪正銀編寫第5章，高曦光編寫第6章，侯善芹編寫第7章，李琳編寫第8章，馬昌紅編寫第9章，楊尚陽編寫第10章，王繼燕編寫第11章，蔣彤編寫附錄。全書由王繼燕、高曦光統(tǒng)編定稿，侯善芹、楊尚陽、崔澤、李琳、尹大剛等對全書進(jìn)行了詳細(xì)審閱。參加本教材編寫工作的人員都是多年進(jìn)行“材料力學(xué)”課程教學(xué)的教師，他們都有較高的理論造詣和豐富的教學(xué)經(jīng)驗。

由于編者水平有限，難免有不足和欠妥之處，敬請廣大教師和讀者批評指正。

編 者

2022年10月

前言
緒論 1
0.1 材料力學(xué)的基本要求 1
0.1.1 強度要求 2
0.1.2 剛度要求 2
0.1.3 穩(wěn)定性要求 2
0.2 變形固體的基本假設(shè) 3
0.2.1 連續(xù)性假設(shè) 3
0.2.2 均勻性假設(shè) 3
0.2.3 各向同性假設(shè) 4
0.3 研究對象（桿件）的幾何特征 4
0.4 內(nèi)力、截面法和應(yīng)力的概念 5
0.4.1 內(nèi)力（附加內(nèi)力） 5
0.4.2 截面法 5
0.4.3 應(yīng)力 6
0.5 桿件變形的基本形式 7
0.5.1 軸向拉伸（或壓縮） 7
0.5.2 剪切 7
0.5.3 扭轉(zhuǎn) 7
0.5.4 彎曲 8
第1章 軸向拉伸與壓縮 9
1.1 軸向拉伸與壓縮的概念 9
1.2 拉（壓）桿的內(nèi)力計算 10
1.2.1 軸力 10
1.2.2 軸力圖 10
1.3 拉（壓）桿橫截面及斜截面上的應(yīng)力 12
1.3.1 橫截面上的應(yīng)力 12
1.3.2 斜截面上的應(yīng)力 14
1.4 拉（壓）桿的變形 15
1.5 拉（壓）超靜定問題 19
1.6 材料在拉伸壓縮時的力學(xué)性能 24
1.6.1 低碳鋼拉伸時的力學(xué)性能 25
1.6.2 鑄鐵拉伸時的力學(xué)性能 28
1.6.3 其他塑性材料拉伸時的力學(xué)性能 29
1.6.4 材料在壓縮時的力學(xué)性能 29
1.7 軸向拉（壓）桿的強度計算 31
1.8 應(yīng)力集中的概念 33
拓展閱讀：圣維南 35
習(xí)題1 36
第2章 剪切 40
2.1 剪切變形的概念 40
2.2 剪切的實用計算 41
2.3 擠壓的實用計算 43
習(xí)題2 44
第3章 扭轉(zhuǎn) 49
3.1 扭轉(zhuǎn)問題的基本概念 49
3.2 圓軸扭轉(zhuǎn)的內(nèi)力 50
3.2.1 外力偶矩計算 50
3.2.2 橫截面上的內(nèi)力—扭矩 50
3.2.3 扭矩圖 51
3.3 圓軸扭轉(zhuǎn)橫截面上的切應(yīng)力 53
3.3.1 切應(yīng)力互等定理 53
3.3.2 剪切胡克定律 53
3.3.3 圓軸扭轉(zhuǎn)時橫截面上的應(yīng)力 54
3.3.4 極慣性矩和抗扭截面系數(shù)的計算 57
3.4 圓軸扭轉(zhuǎn)的強度條件和強度計算 58
3.5 圓軸扭轉(zhuǎn)的剛度條件和剛度計算 59
3.6 非圓截面桿扭轉(zhuǎn)簡述 61
拓展閱讀：中國大飛機C919 64
習(xí)題3 64
第4章 彎曲內(nèi)力 69
4.1 彎曲的概念 69
4.2 受彎桿件的簡化 70
4.3 剪力和彎矩 70
4.4 剪力方程和彎矩方程、剪力圖和彎矩圖 73
4.5 載荷集度、剪力和彎矩間的關(guān)系 77
4.6 按疊加原理作彎矩圖 81
拓展閱讀：趙州橋 82
習(xí)題4 83
第5章 彎曲應(yīng)力 89
5.1 橫力彎曲和純彎曲 89
5.1.1 橫力彎曲和純彎曲的概念 89
5.1.2 純彎曲試驗 89
5.2 彎曲正應(yīng)力 90
5.2.1 純彎曲梁橫截面上的正應(yīng)力 90
5.2.2 橫力彎曲正應(yīng)力 93
5.2.3 彎曲梁的正應(yīng)力強度校核 94
5.3 彎曲切應(yīng)力 96
5.3.1 梁橫截面上的切應(yīng)力 96
5.3.2 彎曲切應(yīng)力的強度校核 101
5.4 梁的合理設(shè)計 102
5.4.1 合理布置載荷和支座來降低Mmax 103
5.4.2 合理選取截面形狀來增大Wz 104
5.4.3 采用等強度梁 104
拓展閱讀：懸空寺 106
習(xí)題5 106
第6章 彎曲變形 112
6.1 彎曲變形概述 112
6.2 梁的撓曲線近似微分方程 112
6.3 積分法求梁的彎曲變形 114
6.4 疊加法求梁的彎曲變形 117
6.5 簡單超靜定梁 122
6.6 梁的剛度條件和提高梁剛度的措施 125
6.6.1 梁的剛度條件 125
6.6.2 提高梁剛度的措施 127
習(xí)題6 128
第7章 應(yīng)力狀態(tài)分析和強度理論 132
7.1 應(yīng)力狀態(tài)概述 132
7.2 平面應(yīng)力狀態(tài)分析 134
7.2.1 解析法 134
7.2.2 圖解法 139
7.3 空間應(yīng)力狀態(tài)簡介 142
7.4 廣義胡克定律 144
7.4.1 廣義胡克定律概述 145
7.4.2 體積應(yīng)變 146
7.4.3 復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)變能密度 147
7.5 強度理論 150
7.5.1 強度理論概述 150
7.5.2 四種常用的強度理論 151
7.6 莫爾強度理論 156
習(xí)題7 159
第8章 組合變形 164
8.1 組合變形的概念 164
8.2 斜彎曲 166
8.3 軸向拉伸（壓縮）與彎曲 171
8.4 偏心壓縮（拉伸） 174
8.5 扭轉(zhuǎn)與彎曲 177
習(xí)題8 181
第9章 壓桿穩(wěn)定 187
9.1 壓桿穩(wěn)定的概念 187
9.2 兩端鉸支細(xì)長中心受壓直桿的臨界壓力 189
9.3 不同桿端約束下細(xì)長壓桿臨界力的歐拉公式 191
9.4 歐拉公式的適用范圍和臨界應(yīng)力總圖 193
9.4.1 臨界應(yīng)力與柔度 193
9.4.2 歐拉公式的適用范圍 194
9.4.3 臨界應(yīng)力的經(jīng)驗公式和臨界應(yīng)力總圖 194
9.5 壓桿的穩(wěn)定校核 198
9.5.1 穩(wěn)定安全因數(shù)法 198
9.5.2 折減系數(shù)法 199
9.6 提高壓桿穩(wěn)定性的措施 203
9.6.1 選擇合理的截面形狀 203
9.6.2 改變壓桿的約束條件 204
9.6.3 減小壓桿的長度 204
9.6.4 合理選擇材料 205
拓展閱讀：壓桿穩(wěn)定研究發(fā)展歷史 205
習(xí)題9 206
第10章 能量法 211
10.1 能量法概述 211
10.2 外載荷做的功 211
10.2.1 單個力作用下的外力功 211
10.2.2 多個力作用下的外力功 212
10.3 彈性體的應(yīng)變能 212
10.3.1 拉（壓）變形的應(yīng)變能 212
10.3.2 扭轉(zhuǎn)變形的應(yīng)變能 213
10.3.3 彎曲變形的應(yīng)變能 214
10.4 卡式定理 215
10.5 單位載荷法 218
10.6 圖形相乘法 221
習(xí)題10 224
第11章 動載荷及交變應(yīng)力 229
11.1 動載荷及交變應(yīng)力概述 229
11.2 構(gòu)件做等加速運動時的應(yīng)力計算 229
11.3 構(gòu)件受沖擊載荷作用時的應(yīng)力與變形 233
11.4 交變應(yīng)力下材料的疲勞破壞和疲勞極限 237
11.4.1 交變應(yīng)力和金屬材料的疲勞破壞 237
11.4.2 交變應(yīng)力的基本參量 239
11.4.3 疲勞的強度指標(biāo)—疲勞極限 240
11.4.4 對稱循環(huán)下的疲勞強度計算 243
習(xí)題11 244
附錄Ⅰ 平面圖形的幾何性質(zhì) 248
I.1 靜矩和形心 248
I.2 慣性矩、慣性積和慣性半徑 250
I.3 平行移軸公式 253
I.4 轉(zhuǎn)軸公式、主慣性軸和主慣性矩 255
習(xí)題 258
附錄Ⅱ 型鋼表 262
參考文獻(xiàn) 278

1. 零基礎(chǔ)玩轉(zhuǎn)國產(chǎn)大模型DeepSeek [徐永冰 張帥 編著]
2. 網(wǎng)絡(luò)工程師5天修煉（適配第6版考綱） [主編　朱小平 施游]
3. 信息系統(tǒng)項目管理師考試32小時通關(guān)（適用第4版考綱） [薛大龍]
4. 信息系統(tǒng)管理工程師考試32小時通關(guān)（適配第2版考綱） [薛大龍　劉偉]
5. 土木工程材料檢測實訓(xùn) [洪曉江 達(dá)則曉麗 錢波]
6. 科技信息檢索與論文寫作實用教程 [李振華]
7. 傳統(tǒng)山水畫論解讀與實踐 [陳鈉 著]
8. Python數(shù)據(jù)庫編程 [主編 殷樹友 邢 翀]
9. 計算機基礎(chǔ)實訓(xùn)指導(dǎo) [主編 袁春萍 朱妮]
10. 嵌入式人工智能技術(shù)應(yīng)用（數(shù)字教材） [主編 胡娜 楊國勇 晏廷榮]
11. Vienna整流器技術(shù) [桂存兵 著]
12. 變頻器與伺服應(yīng)用 [陳剛 葉云飛]
13. 物聯(lián)網(wǎng)工程設(shè)計與實踐 [湯琳 李敏]
14. 爐邊夜話——深入淺出話AI [汪建　著]
15. 電商運營與管理 [鐘肖英 陳瀟]
16. Java面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計 [主編 姜春磊 陳虹潔]
17. 信息技術(shù)基礎(chǔ)（Windows 10+WPS Office）（微課版） [主編　石利平　田輝平　謝盛嘉]
18. 人工智能應(yīng)用 [主編　陳　萍　劉培培　陳孟軍]
19. 大學(xué)生職業(yè)發(fā)展與就業(yè)指導(dǎo) [主編　劉志堅]
20. 高級辦公應(yīng)用項目教程 [主編 屈晶 趙成麗]
21. 微信小程序開發(fā)項目實戰(zhàn)（微課版） [主編 黃龍泉 郭峰 朱倩]
22. 企業(yè)檔案工作實戰(zhàn)寶典百問百答 [華俊 盧秀英 邵甜甜 著]
23. 計算機網(wǎng)絡(luò)原理及應(yīng)用 [主編 唐繼勇 葉坤 孫夢娜]
24. 大學(xué)生創(chuàng)業(yè)基礎(chǔ) [主編 王麗莉 王 楊]
25. 船舶輔機 [主編 王連海 于洋 姜淑翠]
26. 大學(xué)生就業(yè)指導(dǎo) [主編 王麗莉 董宴廷]
27. 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計師章節(jié)習(xí)題與考點特訓(xùn) [主編 薛大龍 鄒月平]
28. 高校學(xué)生工作探索與實踐 [郭亮 著]
29. 大學(xué)生情商管理 [方雄 著]
30. 2023年長沙市會展業(yè)發(fā)展報告 [主編 周棟良]