本書是“國家工科力學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)基地”建設(shè)項(xiàng)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(xué)‘十一五’教材規(guī)劃”中的重點(diǎn)教材。本書編寫過程中,充分注意到后續(xù)課程以及當(dāng)代工程設(shè)計(jì)思想、理念與方法的深刻變革;刻意追求加強(qiáng)與適當(dāng)拓寬基礎(chǔ),強(qiáng)化應(yīng)力與應(yīng)變分析主線,突出力學(xué)、幾何、物理三大方程,向當(dāng)代前沿開設(shè)窗口與接口等總體目標(biāo)。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(yīng)變狄}分訴必材#翻性能與應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系、軸詢拉壓、扭轉(zhuǎn)、夸曲、組合內(nèi)為時(shí)桿件應(yīng)力計(jì)算、能量原理、超靜定結(jié)構(gòu)、材料失效及強(qiáng)度理論、桿件的強(qiáng)度與剛度計(jì)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(duì)本書第一次修訂起,已過去九年時(shí)間。這期間經(jīng)歷了哈爾濱工業(yè)大學(xué)材料力學(xué)課程建設(shè)從“國家精品課程”向“國家精品資源共享課程”的飛躍。同時(shí),還恰逢哈爾濱工業(yè)大學(xué)力學(xué)課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)成為國家級(jí)教學(xué)團(tuán)隊(duì)的有利契機(jī)。無疑,本教材在這一飛躍和契機(jī)中,得到了進(jìn)一步的審視和錘煉。不僅如此,這期間移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信技術(shù)獲得了飛速發(fā)展,手機(jī)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(shè)計(jì)以及桿件應(yīng)力與變形分析方法敘述等方面,仍沿用了第2版的做法。進(jìn)一步傳承適當(dāng)拓寬和深化基礎(chǔ)知識(shí),突出應(yīng)力與應(yīng)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(yīng)力和變形時(shí)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(lán)色與亮藍(lán)色為主色調(diào),約定:研究對(duì)象、未知的和需要求解的力學(xué)量(約束力、內(nèi)力、應(yīng)力、位移、變形等)、要引起讀者特別關(guān)注的線、面和體,教材中的難點(diǎn)與重點(diǎn)等,一般用亮藍(lán)色和藍(lán)色繪制或標(biāo)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(duì)知識(shí)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(qiáng)插圖的立體感。
本次修訂,設(shè)置了二維碼,一些沒有寫入和無法寫入本書中的相關(guān)教學(xué)內(nèi)容和信息以及輔助教學(xué)等,被編撰并鏈接相應(yīng)的二維碼。概括起來,這些內(nèi)容和信息包括:多媒體課件,動(dòng)畫,知識(shí)點(diǎn)的外延和深化,引申問題,解題思路,力學(xué)史話,前沿問題,等等。
對(duì)于上一版中個(gè)別不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄⑹龊湾e(cuò)誤之處,作了修正。
綜上所述,第3版《新編材料力學(xué)》具有如下特色:1.基礎(chǔ)知識(shí)適當(dāng)拓寬和深化。材料力學(xué)的基本概念(如強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、應(yīng)力、應(yīng)變、應(yīng)變能,等等),基本原理和理論(如切應(yīng)力互等、平衡、應(yīng)變連續(xù)和變形協(xié)調(diào)、應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系、能量原理、互等定理、強(qiáng)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(gè)方面條件分析和求解力學(xué)問題,能量法,疊加法等),是變形體力學(xué)最基礎(chǔ)、最普遍的知識(shí),它們和研究對(duì)象的形體是否為桿件沒有任何必然性。
因此,加強(qiáng)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(dǎo)學(xué)生體悟到這些知識(shí)所具有的普遍性和基礎(chǔ)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(qiáng)。這樣,使得那些無法看到的(如構(gòu)件內(nèi)部點(diǎn)、線、面的位移和變形規(guī)律)和抽象的,以及課程重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容(如平面假設(shè)、截面上應(yīng)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(guān)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(dòng)網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)通信的功能。從而,極大地豐富了輔助教學(xué)信息,使本書真正成為一本能滿足學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)的“立體教材”。用移動(dòng)通信工具掃描相應(yīng)頁碼的二維碼,可以獲得諸如答疑、解惑、深化、外延、前沿、動(dòng)態(tài)插圖等更加豐富的輔助教學(xué)信息,同時(shí),這些輔助教學(xué)內(nèi)容容易修改和與時(shí)俱進(jìn)。
參加本版修訂工作的有張少實(shí)、王春香、張桂蓮、胡恒山四位教授,主編由張少實(shí)、王春香擔(dān)任。張少實(shí)負(fù)責(zé)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(fù)責(zé)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(fù)責(zé)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(fù)責(zé)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(dòng)畫,均由張少實(shí)繪制完成。
本書修訂期間,哈爾濱工業(yè)大學(xué)國家力學(xué)課程教學(xué)團(tuán)隊(duì),航天科學(xué)與力學(xué)系、航天學(xué)院、校本科學(xué)院和校教務(wù)處的各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)給予了極大的關(guān)心和支持。材料力學(xué)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(xué)固體力學(xué)學(xué)科帶頭人蓋秉政教授和航天學(xué)院高宗俊教授,他們不顧年事已高,認(rèn)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(cuò)誤和疏漏,敬請(qǐng)老師和讀者批評(píng)、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(qiáng)度剛度穩(wěn)定性1
1.2變形固體及其基本假設(shè)2
1.3外力及其分類3
1.4變形與位移4
第2章應(yīng)力狀態(tài)分析6
2.1內(nèi)力6
2.2應(yīng)力的概念正應(yīng)力與切應(yīng)力9
2.3一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)切應(yīng)力互等定理10
2.4二向應(yīng)力狀態(tài)分析解析法13
2.5二向應(yīng)力狀態(tài)分析圖解法17
2.6三向應(yīng)力狀態(tài)分析21
2.7微體平衡25
習(xí)題27
第3章應(yīng)變狀態(tài)分析31
3.1應(yīng)變概念線應(yīng)變與切應(yīng)變31
3.2位移與應(yīng)變的關(guān)系幾何方程32
3.3應(yīng)變協(xié)調(diào)條件相容方程34
3.4平面應(yīng)變狀態(tài)分析35
習(xí)題38
第4章材料的力學(xué)性能與應(yīng)力應(yīng)變
關(guān)系41
4.1材料的力學(xué)性能與基本試驗(yàn)41
4.2軸向拉伸和壓縮試驗(yàn)42
4.3常見工程材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線46
4.4應(yīng)力松弛與蠕變48
4.5各向同性材料的胡克定律49
4.6應(yīng)變能53
4.7各向同性材料彈性常數(shù)間的關(guān)系56
4.8各向異性材料應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系56
習(xí)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(yīng)力61
5.3圣維南原理應(yīng)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(yīng)力
裝配應(yīng)力67
5.6構(gòu)件受慣性力作用時(shí)的應(yīng)力計(jì)算72
習(xí)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(yīng)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(xí)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(guān)系101
7.4純彎曲梁的正應(yīng)力104
7.5有關(guān)彎曲的討論109
7.6彎曲切應(yīng)力111
7.7開口薄壁非對(duì)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(xí)題130
第8章組合內(nèi)力時(shí)桿件應(yīng)力計(jì)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(xí)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(duì)桿件的應(yīng)用155
9.3莫爾定理158
9.4圖形互乘法161
9.5虛功原理應(yīng)用于小變形固體166
9.6沖擊169
習(xí)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(duì)稱與反對(duì)稱性的超靜定
結(jié)構(gòu)186
10.4連續(xù)梁188
習(xí)題191
第11章材料失效及強(qiáng)度理論196
11.1常用工程材料的失效模式及強(qiáng)度
理論概念196
11.2關(guān)于斷裂的強(qiáng)度理論198
11.3關(guān)于屈服的強(qiáng)度理論199
11.4莫爾強(qiáng)度理論201
11.5強(qiáng)度條件與強(qiáng)度計(jì)算203
習(xí)題206
第12章桿件的強(qiáng)度與剛度計(jì)算209
12.1強(qiáng)度計(jì)算與剛度計(jì)算209
12.2軸向拉壓桿件的強(qiáng)度計(jì)算210
12.3扭轉(zhuǎn)桿件的強(qiáng)度與剛度計(jì)算212
12.4彎曲桿件的強(qiáng)度與剛度計(jì)算214
12.5組合內(nèi)力時(shí)桿件的強(qiáng)度與剛度
計(jì)算219
12.6提高桿件強(qiáng)度與剛度的一些措施223
習(xí)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(shí)用計(jì)算235
13.3擠壓實(shí)用計(jì)算236
13.4焊縫與膠粘接縫的實(shí)用計(jì)算238
習(xí)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(yīng)力-應(yīng)變關(guān)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(yīng)力247
14.5梁的彈塑性彎曲塑性鉸248
習(xí)題250
第15章疲勞與斷裂252
15.1交變應(yīng)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(qiáng)度計(jì)算260
15.5變幅交變應(yīng)力下構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度
計(jì)算264
15.6疲勞裂紋擴(kuò)展與構(gòu)件的疲勞壽命267
15.7提高構(gòu)件疲勞強(qiáng)度的措施271
習(xí)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(jì)算280
16.4關(guān)于壓桿穩(wěn)定性的進(jìn)一步討論283
16.5中心加載壓桿穩(wěn)定性計(jì)算286
習(xí)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(xí)題答案321
參考文獻(xiàn)332