工程力學(xué)教程篇

本書(shū)是根據(jù)教育部高等學(xué)校力學(xué)教育指導(dǎo)委員會(huì)力學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)制定的《高等學(xué)校理工科非力學(xué)專(zhuān)業(yè)力學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求》，并結(jié)合創(chuàng)建應(yīng)用型本科院校背景，以及工程力學(xué)課程教學(xué)大綱的內(nèi)容和要求編寫(xiě)的。

本書(shū)分3篇（共14章）。第1篇靜力學(xué)內(nèi)容包括：靜力學(xué)基礎(chǔ)、平面力系、空間力系。第2篇材料力學(xué)內(nèi)容包括：軸向拉伸與壓縮、剪切與擠壓、圓軸的扭轉(zhuǎn)、彎曲、應(yīng)力狀態(tài)分析與強(qiáng)度理論、組合變形、壓桿穩(wěn)定。第3篇運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)內(nèi)容包括：一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)分析、剛體的平面運(yùn)動(dòng)、質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)、動(dòng)力學(xué)普遍定理。附錄I為平面圖形的幾何性質(zhì)。本書(shū)重視基本概念和基本分析方法，注重培養(yǎng)學(xué)生分析與解決問(wèn)題的能力，并配有《工程力學(xué)導(dǎo)學(xué)篇》供讀者使用。

在編寫(xiě)本書(shū)的過(guò)程中，編者結(jié)合目前創(chuàng)建應(yīng)用型本科院校的背景，以及課程理論教學(xué)時(shí)數(shù)逐漸減少的實(shí)際情況，堅(jiān)持理論聯(lián)系實(shí)際的方針和把握夠用、精煉的原則，充分吸取各高等院校近年來(lái)“工程力學(xué)”課程教學(xué)改革的經(jīng)驗(yàn)，在內(nèi)容的選擇上，刪繁就簡(jiǎn)，充實(shí)技術(shù)性、實(shí)用性、實(shí)踐性的內(nèi)容。本書(shū)內(nèi)容編排與講解由淺入深，循序漸進(jìn)，充分反映編者長(zhǎng)期教學(xué)所積累的經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)。

本書(shū)由胡慶泉、王繼燕擔(dān)任主編，崔澤、劉隆、馬昌紅、楊尚陽(yáng)擔(dān)任副主編。具體編寫(xiě)人員為：蔣彤（第1、2章），胡慶泉（第3章，附錄I），李琳（第4章），崔澤（第5、6章），高曦光（第7章），侯善芹（第8、9章），馬昌紅（第10章），劉隆（第11章），楊尚陽(yáng)（第12章），王繼燕（第13、14章）。本書(shū)由胡慶泉、王繼燕統(tǒng)稿，崔澤、劉隆、馬昌紅、楊尚陽(yáng)、尹大剛等對(duì)全書(shū)進(jìn)行了詳細(xì)審閱。

限于編者的水平，本書(shū)難免有不足和欠妥之處，敬請(qǐng)廣大教師和讀者批評(píng)指正。

編者

2022年5月

第1篇 靜力學(xué)
引言 2
第1章 靜力學(xué)基礎(chǔ) 3
1.1 靜力學(xué)的基本概念及基本公理 3
1.1.1 力和力系 3
1.1.2 剛體和變形體 4
1.1.3 靜力學(xué)公理 4
1.2 力對(duì)點(diǎn)的矩和合力矩定理 6
1.2.1 平面上力對(duì)點(diǎn)的矩 6
1.2.2 合力矩定理 7
1.3 力偶 8
1.3.1 力偶的概念和性質(zhì) 8
1.3.2 力偶矩的概念 9
1.3.3 同一平面內(nèi)力偶的等效定理 10
1.4 約束和約束力 10
1.4.1 柔索約束 11
1.4.2 光滑面約束 12
1.4.3 光滑圓柱鉸鏈約束 13
1.5 物體的受力分析與受力圖 16
擴(kuò)展閱讀：靜力學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史 17
第2章 平面力系 19
2.1 平面匯交力系的合成與平衡 19
2.1.1 平面匯交力系的合成與平衡的幾何法 19
2.1.2 平面匯交力系的合成與平衡的解析法 20
2.2 平面力偶系的合成與平衡 22
2.2.1 平面力偶系的合成 22
2.2.2 平面力偶系的平衡 23
2.3 平面任意力系的簡(jiǎn)化及結(jié)果討論 24
2.3.1 力的平移定理 24
2.3.2 平面任意力系向一點(diǎn)的簡(jiǎn)化 25
2.3.3 平面任意力系簡(jiǎn)化結(jié)果的討論 26
2.3.4 固定端約束 27
2.4 平面任意力系的平衡方程及其應(yīng)用 28
2.5 物體系統(tǒng)的平衡 31
2.5.1 靜定和靜不定問(wèn)題 31
2.5.2 物體系統(tǒng)的平衡概述 32
2.6 考慮摩擦?xí)r的平衡問(wèn)題 36
2.6.1 滑動(dòng)摩擦和滑動(dòng)摩擦力 37
2.6.2 考慮滑動(dòng)摩擦?xí)r物體的平衡問(wèn)題 39
第3章 空間力系 41
3.1 空間匯交力系的合成與平衡 41
3.1.1 力在直角坐標(biāo)軸上的投影 41
3.1.2 空間匯交力系的合成 42
3.1.3 空間匯交力系的平衡條件 43
3.2 空間力對(duì)點(diǎn)的矩和空間力對(duì)軸的矩 43
3.2.1 力對(duì)點(diǎn)的矩用矢量表示 43
3.2.2 力對(duì)軸的矩 44
3.2.3 力對(duì)點(diǎn)的矩與力對(duì)軸的矩的關(guān)系 46
3.3 空間任意力系的簡(jiǎn)化及平衡方程 46
3.3.1 空間任意力系向一點(diǎn)的簡(jiǎn)化 46
3.3.2 空間任意力系的平衡方程 48
3.4 平行力系中心與重心 49
3.4.1 平行力系中心 49
3.4.2 重心坐標(biāo)的一般公式 50
3.4.3 組合形狀物體的重心 53
第2篇 材料力學(xué)
引言 56
第4章 軸向拉伸與壓縮 61
4.1 軸向拉伸與壓縮的概念與實(shí)例 61
4.2 軸向拉壓桿的軸力與軸力圖 62
4.2.1 軸力 62
4.2.2 軸力圖 62
4.3 軸向拉壓桿的應(yīng)力 64
4.3.1 橫截面上的應(yīng)力 64
4.3.2 斜截面上的應(yīng)力 66
4.4 軸向拉壓桿的強(qiáng)度計(jì)算 67
4.5 軸向拉壓桿的變形計(jì)算 70
4.6 材料在拉伸或壓縮時(shí)的力學(xué)性能 73
4.6.1 低碳鋼拉伸時(shí)的力學(xué)性能 73
4.6.2 鑄鐵拉伸時(shí)的力學(xué)性能 77
4.6.3 其他塑性材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能 77
4.6.4 材料在壓縮時(shí)的力學(xué)性能 78
4.7 應(yīng)力集中的概念 80
擴(kuò)展閱讀：圣維南 81
第5章 剪切與擠壓 83
5.1 剪切與擠壓的概念 83
5.2 剪切與擠壓強(qiáng)度的實(shí)用計(jì)算 83
第6章 圓軸的扭轉(zhuǎn) 87
6.1 圓軸扭轉(zhuǎn)的概念與實(shí)例 87
6.2 扭矩的計(jì)算與扭矩圖 88
6.2.1 傳動(dòng)軸的外力偶矩計(jì)算 88
6.2.2 橫截面上的內(nèi)力—扭矩 88
6.2.3 扭矩圖 89
6.3 圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)的應(yīng)力與強(qiáng)度計(jì)算 91
6.3.1 薄壁圓筒的扭轉(zhuǎn) 91
6.3.2 等直圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)橫截面上的應(yīng)力 93
6.3.3 截面的極慣性矩和抗扭截面系數(shù)的計(jì)算 96
6.3.4 圓軸扭轉(zhuǎn)的強(qiáng)度條件 97
6.4 圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)的變形與剛度條件 99
6.4.1 扭轉(zhuǎn)變形 99
6.4.2 剛度條件 99
第7章 彎曲 101
7.1 平面彎曲的概念與實(shí)例 101
7.2 梁的內(nèi)力—剪力和彎矩 102
7.2.1 梁的簡(jiǎn)化 102
7.2.2 剪力和彎矩 102
7.3 剪力方程和彎矩方程、剪力圖和彎矩圖 104
7.4 載荷集度剪力和彎矩間的關(guān)系 106
7.5 純彎曲梁的正應(yīng)力計(jì)算 108
7.5.1 純彎曲和橫力彎曲的概念 108
7.5.2 純彎曲梁橫截面上的正應(yīng)力 108
7.6 梁的正應(yīng)力強(qiáng)度條件及強(qiáng)度計(jì)算 112
7.7 彎曲梁的切應(yīng)力計(jì)算 113
7.8 梁的變形計(jì)算 118
7.8.1 梁的撓曲線(xiàn)近似微分方程 118
7.8.2 積分法求梁的彎曲變形 120
7.8.3 疊加法求梁的彎曲變形 120
7.9 梁的剛度條件和提高梁剛度的措施 124
7.9.1 梁的剛度條件 124
7.9.2 提高梁剛度的措施 125
擴(kuò)展閱讀：趙州橋 126
第8章 應(yīng)力狀態(tài)分析與強(qiáng)度理論 128
8.1 應(yīng)力狀態(tài)概述 128
8.2 平面應(yīng)力狀態(tài)分析 130
8.2.1 解析法 130
8.2.2 圖解法 133
8.3 空間應(yīng)力狀態(tài)簡(jiǎn)介 135
8.4 廣義胡克定律 137
8.5 強(qiáng)度理論 139
8.5.1 強(qiáng)度理論概述 139
8.5.2 四種常用的強(qiáng)度理論 140
8.5.3 莫爾強(qiáng)度理論 143
第9章 組合變形 146
9.1 拉伸或壓縮與彎曲的組合 147
9.2 彎曲與扭轉(zhuǎn)的組合 149
第10章 壓桿穩(wěn)定 151
10.1 壓桿穩(wěn)定的概念 151
10.2 臨界力的確定 153
10.2.1 兩端鉸支細(xì)長(zhǎng)壓桿的臨界力 153
10.2.2 其他支座條件下細(xì)長(zhǎng)壓桿的臨界力 154
10.3 歐拉公式的適用范圍和臨界應(yīng)力的經(jīng)驗(yàn)公式 155
10.3.1 歐拉公式的適用范圍 156
10.3.2 臨界應(yīng)力的經(jīng)驗(yàn)公式 157
10.4 壓桿的穩(wěn)定校核 160
10.4.1 穩(wěn)定安全因數(shù)法 160
10.4.2 折減系數(shù)法 161
10.5 提高壓桿穩(wěn)定性的措施 163
擴(kuò)展閱讀：壓桿穩(wěn)定研究發(fā)展歷史 164
第3篇 運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)
引言 167
第11章 一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)分析 168
11.1 點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)分析 168
11.1.1 矢量法 168
11.1.2 直角坐標(biāo)法 169
11.1.3 自然法 170
11.2 簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)剛體內(nèi)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)分析 174
11.2.1 剛體的平行運(yùn)動(dòng) 174
11.2.2 剛體的定軸轉(zhuǎn)動(dòng) 175
11.2.3 點(diǎn)的合成運(yùn)動(dòng) 178
11.2.4 點(diǎn)的速度合成定理 179
11.2.5 點(diǎn)的加速度合成定理 181
擴(kuò)展閱讀：伽利略 182
第12章 剛體的平面運(yùn)動(dòng) 183
12.1 剛體平面運(yùn)動(dòng)的概述和運(yùn)動(dòng)分解 183
12.1.1 剛體平面運(yùn)動(dòng)的概念 183
12.1.2 剛體平面運(yùn)動(dòng)力學(xué)模型的簡(jiǎn)化 184
12.1.3 剛體平面運(yùn)動(dòng)的分解 184
12.2 平面圖形上各點(diǎn)的速度分析 187
12.2.1 基點(diǎn)法 187
12.2.2 速度投影定理法 190
12.2.3 瞬時(shí)速度中心法 191
12.3 平面圖形上各點(diǎn)的加速度分析 195
第13章 質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué) 198
13.1 動(dòng)力學(xué)基本定律 198
13.2 質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)微分方程 200
擴(kuò)展閱讀：牛頓 204
第14章 動(dòng)力學(xué)普遍定理 205
14.1 動(dòng)量和沖量 205
14.1.1 動(dòng)量和沖量的概念 205
14.1.2 動(dòng)量定理 207
14.1.3 質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定理和質(zhì)心運(yùn)動(dòng)守恒定理 209
14.2 動(dòng)量矩定理 213
14.2.1 剛體對(duì)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 213
14.2.2 動(dòng)量矩 217
14.2.3 動(dòng)量矩定理概述 220
14.2.4 剛體繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的微分方程 224
14.2.5 剛體平面運(yùn)動(dòng)微分方程 226
14.3 動(dòng)能定理 228
14.3.1 力做的功 228
14.3.2 動(dòng)能 233
14.3.3 動(dòng)能定理概述 236
14.3.4 功率、功率方程、機(jī)械效率 239
14.3.5 動(dòng)力學(xué)普遍定理的綜合應(yīng)用 240
附錄I 平面圖形的幾何性質(zhì) 242
I.1　靜矩和形心 242
I.2　慣性矩、慣性積和慣性半徑 244
I.3　平行移軸公式 248
參考文獻(xiàn) 250

1. 零基礎(chǔ)玩轉(zhuǎn)國(guó)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(xiàng)目管理師考試32小時(shí)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(shí)通關(guān)（適配第2版考綱） [薛大龍　劉偉]
5. 土木工程材料檢測(cè)實(shí)訓(xùn) [洪曉江 達(dá)則曉麗 錢(qián)波]
6. 科技信息檢索與論文寫(xiě)作實(shí)用教程 [李振華]
7. 傳統(tǒng)山水畫(huà)論解讀與實(shí)踐 [陳鈉 著]
8. Python數(shù)據(jù)庫(kù)編程 [主編 殷樹(shù)友 邢 翀]
9. 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)實(shí)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(guó)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(jì)與實(shí)踐 [湯琳 李敏]
14. 爐邊夜話(huà)——深入淺出話(huà)AI [汪建　著]
15. 電商運(yùn)營(yíng)與管理 [鐘肖英 陳瀟]
16. Java面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì) [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(jiān)]
20. 高級(jí)辦公應(yīng)用項(xiàng)目教程 [主編 屈晶 趙成麗]
21. 微信小程序開(kāi)發(fā)項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)（微課版） [主編 黃龍泉 郭峰 朱倩]
22. 企業(yè)檔案工作實(shí)戰(zhàn)寶典百問(wèn)百答 [華俊 盧秀英 邵甜甜 著]
23. 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理及應(yīng)用 [主編 唐繼勇 葉坤 孫夢(mèng)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(jī) [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(jì)師章節(jié)習(xí)題與考點(diǎn)特訓(xùn) [主編 薛大龍 鄒月平]
28. 高校學(xué)生工作探索與實(shí)踐 [郭亮 著]
29. 大學(xué)生情商管理 [方雄 著]
30. 2023年長(zhǎng)沙市會(huì)展業(yè)發(fā)展報(bào)告 [主編 周棟良]