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叢書(shū)名:普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材
- 作者:柴國(guó)鐘等編著
- 出版時(shí)間:2012/2/1
- ISBN:9787030330734
- 出 版 社:科學(xué)出版社
- 中圖法分類(lèi):TB301
- 頁(yè)碼:228
- 紙張:膠版紙
- 版次:1
- 開(kāi)本:16K
《材料力學(xué)》是根據(jù)教育部高等學(xué)校力學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)對(duì)力學(xué)系列課程的要求,結(jié)合編者二十多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn),按機(jī)械、土建兩類(lèi)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)要求編寫(xiě)的。
《材料力學(xué)》基本內(nèi)容包括:緒論,軸向拉伸、壓縮與剪切,扭轉(zhuǎn),彎曲內(nèi)力,彎曲應(yīng)力,彎曲變形,簡(jiǎn)單的超靜定問(wèn)題,應(yīng)力狀態(tài)分析和強(qiáng)度理論,組合變形,壓桿穩(wěn)定,能量法,動(dòng)載荷,交變應(yīng)力和疲勞強(qiáng)度等。各章后有習(xí)題,書(shū)末附有習(xí)題參考答案。《材料力學(xué)》結(jié)構(gòu)緊湊,語(yǔ)句簡(jiǎn)明,由淺入深,注意聯(lián)系工程實(shí)際,便于教學(xué)和自學(xué)。
《材料力學(xué)》可作為高等工科院校56~80學(xué)時(shí)的材料力學(xué)教學(xué)用書(shū),也可供有關(guān)工程技術(shù)人員參考。
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全書(shū)分為緒論、軸向拉伸或壓縮和剪切、扭轉(zhuǎn)、彎曲內(nèi)力、彎曲應(yīng)力、彎曲變形、簡(jiǎn)單的超靜定問(wèn)題、應(yīng)力狀態(tài)和強(qiáng)度理論、組合變形、壓桿穩(wěn)定、能量法及其應(yīng)用、動(dòng)載荷、交變應(yīng)力和疲勞強(qiáng)度、平面圖形的幾何性質(zhì)等。加強(qiáng)工程的概念, 如引入與材料力學(xué)密切相關(guān)的機(jī)械、建筑、橋梁、飛機(jī)、艦船, 也包括其它學(xué)科的工程問(wèn)題, 如核反應(yīng)堆容器、體育工程等。
目 錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 材料力學(xué)的任務(wù) 1
1.2 材料力學(xué)的基本假設(shè) 1
1.3 桿件變形的基本形式 2
1.4 截面法、內(nèi)力和應(yīng)力 4
1.5 變形和應(yīng)變 6
1.6 材料力學(xué)的分析模型 7
習(xí)題 10
第2章 軸向拉伸、壓縮與剪切 11
2.1 軸向拉伸或壓縮的概念和實(shí)例 11
2.2 軸力和軸力圖 11
2.3 拉(壓)桿內(nèi)的應(yīng)力 13
2.3.1 拉(壓)桿橫截面上的應(yīng)力 13
2.3.2 拉(壓)桿斜截面下的應(yīng)力 15
2.4 拉(壓)桿的變形、胡克定律 16
2.5 材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能 19
2.5.1 低碳鋼拉仲時(shí)的力學(xué)性能 19
2.5.2 其他塑性材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能 23
2.5.3 鑄鐵拉伸時(shí)的力學(xué)性能 23
2.5.4 材料壓縮時(shí)的力學(xué)性能 24
2.6 許用應(yīng)力、安全因數(shù)和強(qiáng)度計(jì)算 24
2.7 拉(壓)桿的應(yīng)變能 26
2.8 應(yīng)力集中的概念 28
2.9 剪切和擠壓實(shí)用計(jì)算 29
2.9.1 剪切的實(shí)用計(jì)算 29
2.9.2 擠壓的實(shí)用汁算 30
習(xí)題 33
第3章 扭轉(zhuǎn) 39
3.1 扭轉(zhuǎn)的概念與實(shí)例 39
3.2 傳動(dòng)軸的外力偶矩、扭矩及扭矩圖 39
3.3 純剪切 42
3.3.1 薄壁圓管中的切應(yīng)力 42
2.2.9 切應(yīng)力互等定理 43
3.3.3 切應(yīng)變、剪切胡克定律 43
3.3.4 剪切應(yīng)變能 44
3.4 網(wǎng)軸扭轉(zhuǎn)時(shí)的應(yīng)力、強(qiáng)度條件 44
3.4.1 惻軸扭轉(zhuǎn)時(shí)橫截面上的應(yīng)力 44
3.4.2 扭轉(zhuǎn)時(shí)的強(qiáng)度計(jì)算 47
3.5 網(wǎng)軸扭轉(zhuǎn)時(shí)的變形、剛度條件 48
3.5.1 圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)的變形 48
3.5.2 圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)的剛度計(jì)算 18
習(xí)題 50
第4章 彎曲內(nèi)力 53
4.1 彎曲的概念和實(shí)例 53
4.2 梁的載荷、支座及其簡(jiǎn)化 54
4.2.1 梁的載荷 54
4.2.2 梁的支座及其簡(jiǎn)化 54
4.2.3 靜定梁的基本形式 55
4.3 梁橫截面上的內(nèi)力、剪力和彎矩 55
4.4 剪力方程和彎矩方程、剪力圖和彎矩圖 57
4.5 載荷集度、剪力和彎矩之間的關(guān)系及其應(yīng)用 60
4.6 平面剛架和平面曲桿的內(nèi)力 62
習(xí)題 64
第5章 彎曲應(yīng)力 68
5.1 純彎曲 68
5.2 純彎曲時(shí)的止應(yīng)力 69
5.3 橫力彎曲時(shí)的正應(yīng)力、正應(yīng)力強(qiáng)度條件 71
5.4 橫力彎曲時(shí)的切應(yīng)力 74
5.4.1 短形截而梁 74
5.4.2 工字形截面梁 76
5.4.3 圓形截面梁 77
5.4.4 梁的切應(yīng)力強(qiáng)度校核 77
5.5 提高彎曲強(qiáng)度的措施 79
5.5.1 合理安排梁的受力情況 79
5.5.2 合理設(shè)計(jì)梁的截面 80
5.5.3 等強(qiáng)度梁的概念 81
習(xí)題 83
第6章 彎曲變形 86
6.1 撓曲線微分方程 86
6.2 積分法求彎曲變形 87
6.3 疊加法求彎曲變形 89
6.4 提高彎曲剛度的措施 94
習(xí)題 94
第7章 簡(jiǎn)單的超靜定問(wèn)題 97
7.1 概述 97
7.2 拉壓超靜定問(wèn)題 97
7.3 扭轉(zhuǎn)超靜定問(wèn)題 101
7.4 簡(jiǎn)單超靜定梁 101
習(xí)題 103
第8章 應(yīng)力狀態(tài)和強(qiáng)度理論 106
8.1 應(yīng)力狀態(tài)的概念 106
8.2 二向應(yīng)力狀態(tài)分析 108
8.2.1 解析法 108
8.2.2 圖解法 111
8.3 三向應(yīng)力狀態(tài)簡(jiǎn)介 114
8.4 廣義胡克定律 116
8.5 復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)變能密度 118
8.6 強(qiáng)度理論 120
8.6.1 最大拉應(yīng)力理論(第一強(qiáng)度理論) 120
8.6.2 最大伸艮線應(yīng)變理論(第二強(qiáng)度理論) 121
8.6.3 最大切應(yīng)力理論(第三強(qiáng)度理論) 121
8.6.4 畸變能密度理論(第四強(qiáng)度理論) 121
8.6.5 莫爾強(qiáng)度理論簡(jiǎn)介 122
習(xí)題 123
第9章 組合變形 127
9.1 概述 127
9.2 拉伸(壓縮)與彎曲的組合 127
9.2.1 軸向力和橫向力典同作用 127
9.2.2 偏心拉伸與壓縮 129
9.3 彎曲與扭轉(zhuǎn)的組合 132
習(xí)題 136
第10章 壓桿穩(wěn)定 140
10.1 壓桿穩(wěn)定的概念 140
10.2 兩端鉸接細(xì)長(zhǎng)壓桿臨界壓力的歐拉公式 141
10.3 不同桿端約束下細(xì)長(zhǎng)壓桿臨界力的歐拉公式 142
10.4 歐拉公式的適用范圍、臨界應(yīng)力總圖 145
10.5 壓桿的穩(wěn)定計(jì)算 147
10.6 提高壓桿穩(wěn)定的措施 149
習(xí)題 150
第11章 能量法 153
11.1 概述 153
11.2 應(yīng)變能的計(jì)算 153
11.3 互等定理 156
11.4 卡氏定理 158
11.5 虛功原理 161
11.6 單位載荷法 162
11.7 用能量法解超靜定問(wèn)題 167
習(xí)題 172
第12章 動(dòng)載荷 176
12.1 概述 176
12.2 動(dòng)靜法的應(yīng)用 176
12.3 桿件受沖擊時(shí)的應(yīng)力和變形 178
習(xí)題 183
第13章 交變應(yīng)力和疲勞強(qiáng)度 186
13.1 循環(huán)應(yīng)力及疲勞失效 186
13.2 交變應(yīng)力的循環(huán)特征、應(yīng)力幅和平均應(yīng)力 187
13.3 SN曲線和持久極限 188
13.4 對(duì)稱循環(huán)的疲勞強(qiáng)度計(jì)算 190
13.5 非對(duì)稱循環(huán)的疲勞強(qiáng)度計(jì)算 190
13.6 彎扭組合時(shí)的疲勞強(qiáng)度計(jì)算 193
習(xí)題 194
參考文獻(xiàn) 198
附錄A 平面圖形的幾何性質(zhì) 199
A.1 形心與靜矩 199
A.2 慣性矩和慣性半徑 200
A.3 慣性積 202
A.4 平行移軸金式 203
A.5 轉(zhuǎn)軸公式及主軸 204
習(xí)題 207
附錄B 型鋼表 209
習(xí)題參考答案 220
第1 章 緒 論
1.1 材料力學(xué)的任務(wù)
機(jī)械、土木等工程中的機(jī)械和結(jié)構(gòu)都是由零部件和結(jié)構(gòu)元件通過(guò)一定的方式連接而成的,這
些零部件和結(jié)構(gòu)元件統(tǒng)稱為構(gòu)件。機(jī)械和結(jié)構(gòu)工作時(shí),一般來(lái)說(shuō),這些構(gòu)件都會(huì)受到載荷的
作用。
為了保證機(jī)械和結(jié)構(gòu)的正常工作,每一個(gè)構(gòu)件都必須能夠安全、正常地工作。工程構(gòu)件安全
設(shè)計(jì)的任務(wù)就是要保證構(gòu)件具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。
強(qiáng)度是指構(gòu)件在外力作用下抵抗破壞(斷裂)或顯著變形的能力。如果構(gòu)件的強(qiáng)度不夠,就
有可能在工作時(shí)發(fā)生破壞,如機(jī)車(chē)車(chē)軸和飛機(jī)機(jī)翼的斷裂、壓力容器和管道的破裂、大型水壩被
洪水沖垮等,這些都會(huì)導(dǎo)致重大的安全事故。
剛度是指構(gòu)件在外力作用下抵抗變形或位移的能力。如果構(gòu)件的剛度不足,就有可能產(chǎn)生
過(guò)大的變形或位移,從而引起機(jī)械和結(jié)構(gòu)的振動(dòng)、噪聲,加快機(jī)械零部件之間的摩擦磨損,精密機(jī)
床還會(huì)因其主軸或其他零部件變形過(guò)大而影響其加工精度。
穩(wěn)定性是指承壓構(gòu)件保持其穩(wěn)定平衡形式的能力。如果構(gòu)件的穩(wěn)定性不夠,就有可能在工
作時(shí)喪失其穩(wěn)定的平衡形式(簡(jiǎn)稱失穩(wěn)) ,如承壓細(xì)長(zhǎng)桿會(huì)突然彎曲、薄壁構(gòu)件承載時(shí)會(huì)發(fā)生折皺
等,從而使這些構(gòu)件不能安全、正常地工作。
構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性標(biāo)志著構(gòu)件承受載荷的能力,簡(jiǎn)稱承載能力。
一個(gè)設(shè)計(jì)合理的構(gòu)件,不但應(yīng)該有足夠的承載能力,還應(yīng)該滿足降低材料消耗、減輕自身重
量和節(jié)約成本等要求。因此,材料力學(xué)的任務(wù)就是要研究如何在滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的條件
下,為設(shè)計(jì)既安全又經(jīng)濟(jì)的構(gòu)件提供必要的理論基礎(chǔ)和分析計(jì)算方法。
構(gòu)件的承載能力除了與構(gòu)件的形狀和尺寸有關(guān)外,還與制成構(gòu)件的材料其本身的力學(xué)性能
(又稱機(jī)械性能)有關(guān),而材料的力學(xué)性能需要通過(guò)試驗(yàn)來(lái)測(cè)定;材料力學(xué)中的一些理論分析方法
是在某些假設(shè)的基礎(chǔ)上建立的,其分析結(jié)果是否可靠,也需要通過(guò)試驗(yàn)加以驗(yàn)證。因此,試驗(yàn)分
析在材料力學(xué)研究中具有重要的作用。材料力學(xué)的發(fā)展史證明,材料力學(xué)正是應(yīng)用理論分析和
試驗(yàn)分析方法并與工程實(shí)際結(jié)構(gòu)相結(jié)合的產(chǎn)物。
1.2 材料力學(xué)的基本假設(shè)
在外力作用下,固體將發(fā)生變形。各類(lèi)構(gòu)件一般都由固體材料所制成,由于構(gòu)件的強(qiáng)度、剛
度和穩(wěn)定性等問(wèn)題與構(gòu)件的變形密切相關(guān),因此,材料力學(xué)研究的構(gòu)件,其材料是真實(shí)可變形的
固體(簡(jiǎn)稱變形固體) 。變形固體的性質(zhì)是多方面的,為了抓住與構(gòu)件變形相關(guān)的主要因素,同時(shí)
簡(jiǎn)化分析,材料力學(xué)中對(duì)變形固體作如下假設(shè)。
(1) 連續(xù)性假設(shè)。組成固體的物質(zhì)連續(xù)(不留空隙)地分布在固體的體積內(nèi)。實(shí)際上,組成
固體的粒子之間存在著微觀空隙,并不連續(xù),但這種空隙與構(gòu)件的宏觀尺寸相比極其微小,可以
忽略不計(jì)。
(2) 均勻性假設(shè)。固體內(nèi)任意點(diǎn)的力學(xué)性能都完全相同。就廣泛使用的金屬來(lái)說(shuō),組成金
屬的各晶粒的性能并不完全相同。但由于構(gòu)件內(nèi)含有為數(shù)極多且無(wú)規(guī)則排列的晶粒,固體的力
學(xué)性能是各晶粒的力學(xué)性能的統(tǒng)計(jì)平均量,因而可以認(rèn)為力學(xué)性能是均勻的。
(3) 各向同性假設(shè)。固體的力學(xué)性能沿任何方向都是相同的。各方向力學(xué)性能相同的材
料,稱為各向同性材料。對(duì)金屬等由晶體組成的材料,雖然每個(gè)晶粒的力學(xué)性能具有方向性,但
由于它們的大小遠(yuǎn)小于構(gòu)件的尺寸,且排列也不規(guī)則,因此它們的統(tǒng)計(jì)平均值在各個(gè)方向是相同
的。鋼鐵、鑄鐵、玻璃等也都可看做是各向同性材料。
當(dāng)然,也有些工程材料,它們的力學(xué)性能具有明顯的方向性,如木材,其順紋與橫紋的強(qiáng)度是
不同的;又如單向纖維增強(qiáng)復(fù)合材料,沿其纖維方向和垂直于纖維方向的力學(xué)性能也是不相同
的。這類(lèi)材料屬于各向異性材料。
實(shí)踐表明,基于這些假設(shè)建立的材料力學(xué)理論,其分析結(jié)果的精確度能夠滿足對(duì)工程實(shí)際構(gòu)
件的分析與設(shè)計(jì)要求。
1.3 桿件變形的基本形式
工程實(shí)際中的構(gòu)件,其幾何形狀是多種多樣的。力學(xué)研究中,通常根據(jù)構(gòu)件的幾何特征,將
它們分為桿件、板和殼、塊體等。
材料力學(xué)所研究的構(gòu)件主要為桿件。所謂桿件,是指縱向尺寸遠(yuǎn)大于橫向尺寸的構(gòu)件。工
程結(jié)構(gòu)中的梁、柱和機(jī)械中的傳動(dòng)軸等,都是桿件的例子。若桿件的軸線為直線,則稱為直桿,如
圖1.1(a)所示;軸線為曲線,則稱為曲桿,如圖1.1(b)所示。材料力學(xué)中所研究的主要是等截面
直桿,簡(jiǎn)稱等直桿。