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工程力學(xué)(Ⅱ材料力學(xué)新形態(tài)教材) 版權(quán)信息
- ISBN：9787030733245
- 條形碼：9787030733245 ; 978-7-03-073324-5
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
工程力學(xué)(Ⅱ材料力學(xué)新形態(tài)教材) 本書特色
依據(jù)**基礎(chǔ)力學(xué)課程教學(xué)改革要求，分為工程力學(xué)！——理論力學(xué)，工程力學(xué)II——材料力學(xué)
工程力學(xué)(Ⅱ材料力學(xué)新形態(tài)教材) 內(nèi)容簡介
本書是云南省普通高等學(xué)校“十二五”規(guī)劃教材，內(nèi)容包括緒論、桿件的拉伸與壓縮以及連接件的實用計算、桿件的扭轉(zhuǎn)、桿件的彎曲內(nèi)力與彎曲應(yīng)力及彎曲強度、桿件的彎曲變形、應(yīng)力狀態(tài)分析、強度理論與組合變形、壓桿的穩(wěn)定性、能量方法、簡單超靜定問題、動載荷與交變應(yīng)力，另外還附有截面圖形的幾何性質(zhì)、金屬材料的力學(xué)性能實驗及熱軋型鋼規(guī)格表。 本書注重與工程實際相結(jié)合，深入淺出，通過大量例題闡述分析問題、解決問題的思路及方法。本書是融合數(shù)字化資源的新形態(tài)教材，對部分知識點配有相應(yīng)的動畫演示，方便讀者學(xué)習(xí)。 本書可供普通高等學(xué)校中長學(xué)時(64~128學(xué)時)工程力學(xué)、材料力學(xué)課程教學(xué)使用，也可供自學(xué)者及相關(guān)技術(shù)人員參考。
工程力學(xué)(Ⅱ材料力學(xué)新形態(tài)教材) 目錄
目錄
第1章 緒論 1
1.1 材料力學(xué)概述 1
1.2 材料力學(xué)的基本假設(shè) 2
1.3 外力、內(nèi)力與截面法 3
1.3.1 外力及其分類 3
1.3.2 內(nèi)力與截面法 3
1.4 應(yīng)力 5
1.5 應(yīng)變 6
1.6 桿件變形的基本形式 7
思考題 9
習(xí)題 10
第2章 桿件的拉伸與壓縮以及連接件的實用計算 12
2.1 桿件拉伸與壓縮的概念 12
2.2 軸力與軸力圖 13
2.3 軸向拉壓桿的應(yīng)力 15
2.3.1 橫截面上的應(yīng)力 15
2.3.2 斜截面上的應(yīng)力 18
2.4 軸向拉壓桿的變形 19
2.4.1 桿的拉壓變形 19
2.4.2 拉壓胡克定律 20
2.5 材料拉伸和壓縮時的力學(xué)性能 22
2.5.1 材料拉伸時的力學(xué)性能 22
2.5.2 材料壓縮時的力學(xué)性能 26
2.6 失效與許用應(yīng)力 28
2.7 拉壓強度條件及應(yīng)用 28
2.8 應(yīng)力集中 31
2.9 連接件的實用計算 32
2.9.1 連接件的剪切實用計算 33
2.9.2 連接件的擠壓實用計算 34
思考題 36
習(xí)題 38
第3章 桿件的扭轉(zhuǎn) 44
3.1 桿件扭轉(zhuǎn)的概念 44
3.2 軸的外力偶矩、扭矩及扭矩圖 45
3.2.1 外力偶矩的計算 45
3.2.2 軸的扭矩與扭矩圖 45
3.3 切應(yīng)力互等定理 47
3.3.1 薄壁圓管的扭轉(zhuǎn) 47
3.3.2 切應(yīng)力互等定理的推導(dǎo) 48
3.3.3 剪切胡克定律 49
3.4 圓軸扭轉(zhuǎn)時的應(yīng)力與變形 49
3.4.1 圓軸橫截面上的應(yīng)力 49
3.4.2 任意兩橫截面間的相對扭轉(zhuǎn)角 52
3.5 圓軸扭轉(zhuǎn)的強度條件和剛度條件 54
3.5.1 強度條件 54
3.5.2 剛度條件 55
3.6 矩形截面桿的自由扭轉(zhuǎn) 57
思考題 59
習(xí)題 60
第4章 桿件的彎曲內(nèi)力與彎曲應(yīng)力及彎曲強度 64
4.1 桿件彎曲受力的概念 64
4.2 梁的剪力與彎矩以及剪力圖與彎矩圖 66
4.2.1 梁的剪力與彎矩 66
4.2.2 梁的剪力圖與彎矩圖 69
4.3 剪力、彎矩與載荷集度之間的微分關(guān)系 72
4.3.1 剪力、彎矩與載荷集度 72
4.3.2 微分關(guān)系的運用 73
4.4 平面剛架和平面曲桿的內(nèi)力 77
4.4.1 平面剛架的內(nèi)力 77
4.4.2 平面曲桿的內(nèi)力 79
4.5 梁的彎曲正應(yīng)力 80
4.5.1 純彎曲時梁橫截面上的正應(yīng)力 80
4.5.2 純彎曲理論在橫力彎曲中的應(yīng)用 83
4.6 梁的彎曲切應(yīng)力 85
4.6.1 矩形截面梁的彎曲切應(yīng)力 85
4.6.2 工字形截面梁腹板上的彎曲切應(yīng)力 85
4.6.3 圓形及圓環(huán)形截面梁的*大彎曲切應(yīng)力 86
4.7 梁的彎曲強度計算 86
4.7.1 梁的彎曲正應(yīng)力強度計算 86
4.7.2 梁的彎曲切應(yīng)力強度計算 89
4.8 梁的合理強度設(shè)計 91
4.8.1 載荷及支座的合理配置 91
4.8.2 梁截面的合理設(shè)計 92
4.8.3 梁外形的合理設(shè)計 93
4.9 工程應(yīng)用舉例 94
思考題 98
習(xí)題 100
第5章 桿件的彎曲變形 107
5.1 桿件彎曲變形的概念 107
5.2 梁變形的基本方程 108
5.2.1 梁的撓曲線微分方程 108
5.2.2 計算梁變形的積分法 109
5.3 計算梁變形的疊加法 113
5.3.1 載荷疊加法 115
5.3.2 逐段分析求和法 117
5.4 梁的剛度條件和合理剛度設(shè)計 119
5.4.1 梁的剛度條件 119
5.4.2 梁的合理剛度設(shè)計 120
思考題 121
習(xí)題 122
第6章 應(yīng)力狀態(tài)分析 125
6.1 應(yīng)力狀態(tài)概述 125
6.1.1 —點的應(yīng)力狀態(tài) 125
6.1.2 研究應(yīng)力狀態(tài)的目的 125
6.1.3 研究一點應(yīng)力狀態(tài)的方法 126
6.1.4 主應(yīng)力和應(yīng)力狀態(tài)分類 127
6.2 平面應(yīng)力狀態(tài)分析 128
6.2.1 求單元體斜截面上應(yīng)力的解析法 128
6.2.2 求單元體斜截面上應(yīng)力的圖解法 130
6.2.3 平面應(yīng)力狀態(tài)下的極值應(yīng)力與主應(yīng)力 133
6.3 三向應(yīng)力狀態(tài)下的*大應(yīng)力 138
6.3.1 三向應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)力圓 138
6.3.2 *大主應(yīng)力和*大切應(yīng)力 139
6.4 廣義胡克定律 140
6.5 三向應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)變能密度 142
思考題 143
習(xí)題 145
第7章 強度理論與組合變形 148
7.1 強度理論概述 148
7.2 關(guān)于斷裂的強度理論 149
7.2.1 *大拉應(yīng)力理論（**強度理論） 149
7.2.2 *大拉應(yīng)變理論（第二強度理論） 149
7.3 關(guān)于屈服的強度理論 151
7.3.1 *大切應(yīng)力理論（第三強度理論） 151
7.3.2 畸變能密度理論（第四強度理論） 151
7.4 組合變形概述 153
7.5 拉伸（壓縮)與彎曲組合變形強度計算 155
7.6 扭轉(zhuǎn)與彎曲組合變形強度計算 158
7.7 兩個相互垂直平面內(nèi)的彎曲組合變形強度計算 161
7.8 工程應(yīng)用舉例 164
7.8.1 力學(xué)模型的建立 165
7.8.2 外力計算 166
7.8.3 內(nèi)力計算 167
7.8.4 應(yīng)力計算 169
思考題 172
習(xí)題 174
第8章 壓桿的穩(wěn)定性 177
8.1 壓桿穩(wěn)定性的概念 177
8.2 細長壓桿的臨界壓力 178
8.2.1 兩端鉸支細長壓桿的臨界壓力 178
8.2.2 兩端非鉸支細長壓桿的臨界壓力 180
8.3 歐拉公式的適用范圍及中、小柔度壓桿的臨界應(yīng)力 182
8.3.1 臨界應(yīng)力與柔度 182
8.3.2 歐拉公式的適用范圍 183
8.3.3 臨界應(yīng)力的經(jīng)驗公式 184
8.4 壓桿的穩(wěn)定實用計算及合理設(shè)計 186
8.4.1 安全因數(shù)法 186
8.4.2 折減因數(shù)法 188
8.4.3 壓桿的合理設(shè)計 188
思考題 189
習(xí)題 191
第9章 能量方法 193
9.1 能量方法的概念 193
9.2 桿件彈性應(yīng)變能 193
9.2.1 線彈性體上的外力做功 193
9.2.2 桿件拉壓、扭轉(zhuǎn)和彎曲時的應(yīng)變能 194
9.2.3 桿件應(yīng)變能一般公式 196
9.3 互等定理 197
9.4 卡氏定理 199
9.5 莫爾積分 202
9.5.1 莫爾積分的推導(dǎo) 202
9.5.2 莫爾積分的應(yīng)用 204
9.6 計算莫爾積分的圖乘法 207
思考題 210
習(xí)題 210
第10章 簡單超靜定問題 214
10.1 超靜定問題的概念 214
10.2 簡單拉壓超靜定桿 215
10.2.1 拉壓超靜定問題 215
10.2.2 裝配應(yīng)力和溫度應(yīng)力 216
10.3 簡單超靜定軸 219
10.4 簡單超靜定梁 220
思考題 224
習(xí)題 225
第11章 動載荷與交變應(yīng)力 228
11.1 基本概念 228
11.2 慣性力問題 228
11.2.1 等加速度直線運動構(gòu)件的應(yīng)力計算 228
11.2.2 勻速旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的應(yīng)力計算 229
11.3 桿件受沖擊時的應(yīng)力計算 230
11.3.1 沖擊時的應(yīng)力計算及沖擊動荷因數(shù) 230
11.3.2 提高構(gòu)件抗沖擊能力的措施 234
11.4 交變應(yīng)力與循環(huán)特征 234
11.4.1 交變應(yīng)力 234
11.4.2 循環(huán)特征 236
11.5 材料的持久極限 237
11.5.1 疲勞實驗與曲線 "237
11.5.2 持久極限 238
11.6 影響構(gòu)件持久極限的主要因素 238
11.6.1 構(gòu)件外形的影響 238
11.6.2 構(gòu)件截面尺寸的影響 239
11.6.3 表面加工質(zhì)量的影響 240
11.7 對稱循環(huán)交變應(yīng)力下構(gòu)件的強度校核 241
思考題 242
習(xí)題 243
附錄I 截面圖形的幾何性質(zhì) 246
1.1 截面圖形的靜矩和形心 246
1.2 慣性矩、極慣性矩、慣性半徑、慣性積 248
1.2.1 慣性矩 248
1.2.2 極慣性矩 249
1.2.3 慣性半徑 249
1.2.4 慣性積 249
1.3 慣性矩的平行軸公式 251
1.3.1 平行軸公式的推導(dǎo) 251
1.3.2 組合圖形慣性矩的計算 451
1.4 慣性矩和形心主慣性軸 253
1.4.1 慣性矩和慣性積的轉(zhuǎn)軸公式 253
1.4.2 形心主慣性軸和形心主慣性矩 253
思考題 255
習(xí)題 256
附錄II 金屬材料的力學(xué)性能實驗 258
II.1 金屬材料的拉伸實驗 258
II.2 金屬材料的壓縮實驗 260
II.3 金屬材料的扭轉(zhuǎn)實驗 262
II.4 梁的純彎曲正應(yīng)力實驗 265
II.5 電子萬能實驗機 266
II.6 液壓式萬能材料實驗機 268
II.7 電阻應(yīng)變測量簡介 270
附錄III 熱軋型鋼規(guī)格表 274
習(xí)題參考答案 282
參考文獻 288
第1章 緒論 1
1.1 材料力學(xué)概述 1
1.2 材料力學(xué)的基本假設(shè) 2
1.3 外力、內(nèi)力與截面法 3
1.3.1 外力及其分類 3
1.3.2 內(nèi)力與截面法 3
1.4 應(yīng)力 5
1.5 應(yīng)變 6
1.6 桿件變形的基本形式 7
思考題 9
習(xí)題 10
第2章 桿件的拉伸與壓縮以及連接件的實用計算 12
2.1 桿件拉伸與壓縮的概念 12
2.2 軸力與軸力圖 13
2.3 軸向拉壓桿的應(yīng)力 15
2.3.1 橫截面上的應(yīng)力 15
2.3.2 斜截面上的應(yīng)力 18
2.4 軸向拉壓桿的變形 19
2.4.1 桿的拉壓變形 19
2.4.2 拉壓胡克定律 20
2.5 材料拉伸和壓縮時的力學(xué)性能 22
2.5.1 材料拉伸時的力學(xué)性能 22
2.5.2 材料壓縮時的力學(xué)性能 26
2.6 失效與許用應(yīng)力 28
2.7 拉壓強度條件及應(yīng)用 28
2.8 應(yīng)力集中 31
2.9 連接件的實用計算 32
2.9.1 連接件的剪切實用計算 33
2.9.2 連接件的擠壓實用計算 34
思考題 36
習(xí)題 38
第3章 桿件的扭轉(zhuǎn) 44
3.1 桿件扭轉(zhuǎn)的概念 44
3.2 軸的外力偶矩、扭矩及扭矩圖 45
3.2.1 外力偶矩的計算 45
3.2.2 軸的扭矩與扭矩圖 45
3.3 切應(yīng)力互等定理 47
3.3.1 薄壁圓管的扭轉(zhuǎn) 47
3.3.2 切應(yīng)力互等定理的推導(dǎo) 48
3.3.3 剪切胡克定律 49
3.4 圓軸扭轉(zhuǎn)時的應(yīng)力與變形 49
3.4.1 圓軸橫截面上的應(yīng)力 49
3.4.2 任意兩橫截面間的相對扭轉(zhuǎn)角 52
3.5 圓軸扭轉(zhuǎn)的強度條件和剛度條件 54
3.5.1 強度條件 54
3.5.2 剛度條件 55
3.6 矩形截面桿的自由扭轉(zhuǎn) 57
思考題 59
習(xí)題 60
第4章 桿件的彎曲內(nèi)力與彎曲應(yīng)力及彎曲強度 64
4.1 桿件彎曲受力的概念 64
4.2 梁的剪力與彎矩以及剪力圖與彎矩圖 66
4.2.1 梁的剪力與彎矩 66
4.2.2 梁的剪力圖與彎矩圖 69
4.3 剪力、彎矩與載荷集度之間的微分關(guān)系 72
4.3.1 剪力、彎矩與載荷集度 72
4.3.2 微分關(guān)系的運用 73
4.4 平面剛架和平面曲桿的內(nèi)力 77
4.4.1 平面剛架的內(nèi)力 77
4.4.2 平面曲桿的內(nèi)力 79
4.5 梁的彎曲正應(yīng)力 80
4.5.1 純彎曲時梁橫截面上的正應(yīng)力 80
4.5.2 純彎曲理論在橫力彎曲中的應(yīng)用 83
4.6 梁的彎曲切應(yīng)力 85
4.6.1 矩形截面梁的彎曲切應(yīng)力 85
4.6.2 工字形截面梁腹板上的彎曲切應(yīng)力 85
4.6.3 圓形及圓環(huán)形截面梁的*大彎曲切應(yīng)力 86
4.7 梁的彎曲強度計算 86
4.7.1 梁的彎曲正應(yīng)力強度計算 86
4.7.2 梁的彎曲切應(yīng)力強度計算 89
4.8 梁的合理強度設(shè)計 91
4.8.1 載荷及支座的合理配置 91
4.8.2 梁截面的合理設(shè)計 92
4.8.3 梁外形的合理設(shè)計 93
4.9 工程應(yīng)用舉例 94
思考題 98
習(xí)題 100
第5章 桿件的彎曲變形 107
5.1 桿件彎曲變形的概念 107
5.2 梁變形的基本方程 108
5.2.1 梁的撓曲線微分方程 108
5.2.2 計算梁變形的積分法 109
5.3 計算梁變形的疊加法 113
5.3.1 載荷疊加法 115
5.3.2 逐段分析求和法 117
5.4 梁的剛度條件和合理剛度設(shè)計 119
5.4.1 梁的剛度條件 119
5.4.2 梁的合理剛度設(shè)計 120
思考題 121
習(xí)題 122
第6章 應(yīng)力狀態(tài)分析 125
6.1 應(yīng)力狀態(tài)概述 125
6.1.1 —點的應(yīng)力狀態(tài) 125
6.1.2 研究應(yīng)力狀態(tài)的目的 125
6.1.3 研究一點應(yīng)力狀態(tài)的方法 126
6.1.4 主應(yīng)力和應(yīng)力狀態(tài)分類 127
6.2 平面應(yīng)力狀態(tài)分析 128
6.2.1 求單元體斜截面上應(yīng)力的解析法 128
6.2.2 求單元體斜截面上應(yīng)力的圖解法 130
6.2.3 平面應(yīng)力狀態(tài)下的極值應(yīng)力與主應(yīng)力 133
6.3 三向應(yīng)力狀態(tài)下的*大應(yīng)力 138
6.3.1 三向應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)力圓 138
6.3.2 *大主應(yīng)力和*大切應(yīng)力 139
6.4 廣義胡克定律 140
6.5 三向應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)變能密度 142
思考題 143
習(xí)題 145
第7章 強度理論與組合變形 148
7.1 強度理論概述 148
7.2 關(guān)于斷裂的強度理論 149
7.2.1 *大拉應(yīng)力理論（**強度理論） 149
7.2.2 *大拉應(yīng)變理論（第二強度理論） 149
7.3 關(guān)于屈服的強度理論 151
7.3.1 *大切應(yīng)力理論（第三強度理論） 151
7.3.2 畸變能密度理論（第四強度理論） 151
7.4 組合變形概述 153
7.5 拉伸（壓縮)與彎曲組合變形強度計算 155
7.6 扭轉(zhuǎn)與彎曲組合變形強度計算 158
7.7 兩個相互垂直平面內(nèi)的彎曲組合變形強度計算 161
7.8 工程應(yīng)用舉例 164
7.8.1 力學(xué)模型的建立 165
7.8.2 外力計算 166
7.8.3 內(nèi)力計算 167
7.8.4 應(yīng)力計算 169
思考題 172
習(xí)題 174
第8章 壓桿的穩(wěn)定性 177
8.1 壓桿穩(wěn)定性的概念 177
8.2 細長壓桿的臨界壓力 178
8.2.1 兩端鉸支細長壓桿的臨界壓力 178
8.2.2 兩端非鉸支細長壓桿的臨界壓力 180
8.3 歐拉公式的適用范圍及中、小柔度壓桿的臨界應(yīng)力 182
8.3.1 臨界應(yīng)力與柔度 182
8.3.2 歐拉公式的適用范圍 183
8.3.3 臨界應(yīng)力的經(jīng)驗公式 184
8.4 壓桿的穩(wěn)定實用計算及合理設(shè)計 186
8.4.1 安全因數(shù)法 186
8.4.2 折減因數(shù)法 188
8.4.3 壓桿的合理設(shè)計 188
思考題 189
習(xí)題 191
第9章 能量方法 193
9.1 能量方法的概念 193
9.2 桿件彈性應(yīng)變能 193
9.2.1 線彈性體上的外力做功 193
9.2.2 桿件拉壓、扭轉(zhuǎn)和彎曲時的應(yīng)變能 194
9.2.3 桿件應(yīng)變能一般公式 196
9.3 互等定理 197
9.4 卡氏定理 199
9.5 莫爾積分 202
9.5.1 莫爾積分的推導(dǎo) 202
9.5.2 莫爾積分的應(yīng)用 204
9.6 計算莫爾積分的圖乘法 207
思考題 210
習(xí)題 210
第10章 簡單超靜定問題 214
10.1 超靜定問題的概念 214
10.2 簡單拉壓超靜定桿 215
10.2.1 拉壓超靜定問題 215
10.2.2 裝配應(yīng)力和溫度應(yīng)力 216
10.3 簡單超靜定軸 219
10.4 簡單超靜定梁 220
思考題 224
習(xí)題 225
第11章 動載荷與交變應(yīng)力 228
11.1 基本概念 228
11.2 慣性力問題 228
11.2.1 等加速度直線運動構(gòu)件的應(yīng)力計算 228
11.2.2 勻速旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的應(yīng)力計算 229
11.3 桿件受沖擊時的應(yīng)力計算 230
11.3.1 沖擊時的應(yīng)力計算及沖擊動荷因數(shù) 230
11.3.2 提高構(gòu)件抗沖擊能力的措施 234
11.4 交變應(yīng)力與循環(huán)特征 234
11.4.1 交變應(yīng)力 234
11.4.2 循環(huán)特征 236
11.5 材料的持久極限 237
11.5.1 疲勞實驗與曲線 "237
11.5.2 持久極限 238
11.6 影響構(gòu)件持久極限的主要因素 238
11.6.1 構(gòu)件外形的影響 238
11.6.2 構(gòu)件截面尺寸的影響 239
11.6.3 表面加工質(zhì)量的影響 240
11.7 對稱循環(huán)交變應(yīng)力下構(gòu)件的強度校核 241
思考題 242
習(xí)題 243
附錄I 截面圖形的幾何性質(zhì) 246
1.1 截面圖形的靜矩和形心 246
1.2 慣性矩、極慣性矩、慣性半徑、慣性積 248
1.2.1 慣性矩 248
1.2.2 極慣性矩 249
1.2.3 慣性半徑 249
1.2.4 慣性積 249
1.3 慣性矩的平行軸公式 251
1.3.1 平行軸公式的推導(dǎo) 251
1.3.2 組合圖形慣性矩的計算 451
1.4 慣性矩和形心主慣性軸 253
1.4.1 慣性矩和慣性積的轉(zhuǎn)軸公式 253
1.4.2 形心主慣性軸和形心主慣性矩 253
思考題 255
習(xí)題 256
附錄II 金屬材料的力學(xué)性能實驗 258
II.1 金屬材料的拉伸實驗 258
II.2 金屬材料的壓縮實驗 260
II.3 金屬材料的扭轉(zhuǎn)實驗 262
II.4 梁的純彎曲正應(yīng)力實驗 265
II.5 電子萬能實驗機 266
II.6 液壓式萬能材料實驗機 268
II.7 電阻應(yīng)變測量簡介 270
附錄III 熱軋型鋼規(guī)格表 274
習(xí)題參考答案 282
參考文獻 288
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工程力學(xué)(Ⅱ材料力學(xué)新形態(tài)教材) 節(jié)選
第1章緒論 1.1材料力學(xué)概述 材料力學(xué)是為工程設(shè)計提供基礎(chǔ)理論和計算方法的一門學(xué)科。工程中有各種各樣的機械、設(shè)備或結(jié)構(gòu)，它們都由許多零件或部件（如軸、連桿、梁、柱、檁條等）組成，如圖1.1所示，組成機械、設(shè)備或結(jié)構(gòu)的各個零件或部件統(tǒng)稱為構(gòu)件。 在理論力學(xué)的靜力學(xué)部分，通過力的平衡關(guān)系，可以解決構(gòu)件外力的計算問題。構(gòu)件在受到外力（載荷）作用時，將產(chǎn)生形狀和尺寸的變化，這種變化稱為變形。在靜力學(xué)中討論的對象都是剛體模型，而在實際工程中的構(gòu)件都是可變形的固體，簡稱變形體（或變形固體）。按照產(chǎn)生變形的程度可將其分為兩類：一類是可以恢復(fù)的變形，稱為彈性變形，這類變形一般都比較小；另一類是不可恢復(fù)的變形，稱為塑性變形。 當構(gòu)件受力過大時，會發(fā)生斷裂或產(chǎn)生顯著的塑性變形（稱為破壞）而造成事故，或者受力后產(chǎn)生過大的彈性變形而影響正常工作。例如，機器中常用的齒輪軸有時會因載荷過大而發(fā)生斷裂或在受力后因變形過大而影響齒輪間的正常嚙合。有些受壓力作用的細長直桿，如千斤頂?shù)穆輻U、內(nèi)燃機的連桿等，當壓力過大時，會產(chǎn)生突然的側(cè)向大變形，喪失原有的直線平衡狀態(tài)，這種突然改變其原有平衡狀態(tài)的現(xiàn)象，稱為喪失穩(wěn)定性或失穩(wěn)。因此，設(shè)計或制作每一個構(gòu)件時，都必須考慮其在受力時不破壞、不產(chǎn)生過大變形和不發(fā)生失穩(wěn)，只有這樣才能保證整個機械或結(jié)構(gòu)能夠安全、可靠地工作。 因此，要保證整個機械或結(jié)構(gòu)能夠安全、可靠地工作，其中的每個構(gòu)件必須具有足夠的承載能力，即滿足下述三方面的要求。 （1）強度要求。強度指構(gòu)件抵抗破壞的能力，構(gòu)件必須具有足夠的強度。 （2）剛度要求。剛度指構(gòu)件抵抗變形的能力，構(gòu)件必須具有足夠的剛度。 （3）穩(wěn)定性要求。穩(wěn)定性指構(gòu)件保持原有平衡狀態(tài)的能力，構(gòu)件必須具有足夠的穩(wěn)定性。強度、剛度和穩(wěn)定性，是材料力學(xué)研究的主要內(nèi)容。一個合理的構(gòu)件設(shè)計，不但應(yīng)該滿足強度、剛度和穩(wěn)定性的要求以保證其安全可靠，還應(yīng)該符合經(jīng)濟原則。一般來說，選用較好的材料或者把構(gòu)件的尺寸做大些，可以提高構(gòu)件的強度、剛度和穩(wěn)定性，有利于保證構(gòu)件安全可靠地工作。但是，這將會提高造價，造成浪費，違背經(jīng)濟原則。而選用價廉質(zhì)低的材料或者減小構(gòu)件尺寸的做法雖然比較經(jīng)濟，但卻可能給構(gòu)件工作的安全性帶來隱患。可見，安全與經(jīng)濟經(jīng)常是矛盾的。材料力學(xué)的任務(wù)就是在滿足強度、剛度和穩(wěn)定性的要求下，為設(shè)計既經(jīng)濟又安全的構(gòu)件提供必要的理論基礎(chǔ)和計算方法。 研究構(gòu)件的強度、剛度和穩(wěn)定性時，應(yīng)了解材料在外力作用下表現(xiàn)出的變形和破壞等方面的特性，即材料的力學(xué)性能，而力學(xué)性能要通過實驗來測定。此外，材料力學(xué)中的理論推導(dǎo)過程，都是根據(jù)實驗觀測來作出變形情況的假設(shè)，再運用數(shù)學(xué)和力學(xué)推導(dǎo)，*后必須由實驗驗證這些結(jié)果的正確性。因此，沒有材料力學(xué)實驗，不僅不能進行理論推導(dǎo)，也無從驗證所得的結(jié)果的正確性，更無法應(yīng)用。另外，還有一些尚無理論結(jié)果的問題，須借助實驗方法來解決。綜上，實驗分析和理論研究都是解決問題的常用方法，由此可見，材料力學(xué)實驗在材料力學(xué)中占有重要的地位。 1.2材料力學(xué)的基本假設(shè) 雖然構(gòu)件采用的材料品種繁多，性質(zhì)各異，但它們都有一個共同的特性，就是在外力作用下會產(chǎn)生變形。研究構(gòu)件的強度、剛度和穩(wěn)定性等問題時，變形是一個不可忽略的因素。因此，在材料力學(xué)中，將組成構(gòu)件的材料皆視為變形固體，并對變形固體作以下基本假設(shè)。 （1）連續(xù)性假設(shè)：認為組成固體的物質(zhì)不留空隙地充滿了整個固體的體積。 實際上，組成固體的粒子（如金屬中的晶粒）之間存在著空隙，并不連續(xù)，但這種空隙與構(gòu)件的尺寸相比極其微小，研究固體的宏觀性能時可以忽略不計，因此認為固體材料在其整個體積內(nèi)連續(xù)分布。根據(jù)這個假設(shè)，某些力學(xué)量（如應(yīng)力、應(yīng)變和變形等）可看作固體內(nèi)點坐標的連續(xù)函數(shù)，從而可以運用髙等數(shù)學(xué)工具（如微分、積分等）對其進行分析計算。 （2）均勻性假設(shè)：認為在固體內(nèi)各點處具有相同的力學(xué)性能。 就使用*多的金屬材料來說，組成金屬材料的各晶粒的力學(xué)性能并不完全相同，從宏觀角度看，組成構(gòu)件的金屬材料的任一部分都包含大量晶粒，且無序地排列在整個體積之內(nèi)，而固體的力學(xué)性能是各晶粒力學(xué)性能的統(tǒng)計平均值，所以可以認為固體內(nèi)各點處具有相同的力學(xué)性能。根據(jù)這個假設(shè)，可以在構(gòu)件的任意處取無限小的部分進行研究，然后將研究結(jié)果應(yīng)用于整個構(gòu)件；也可將由小尺寸試件測得的材料的力學(xué)性能應(yīng)用于尺寸不同的構(gòu)件。 （3）各向同性假設(shè)：認為固體材料在各個不同方向的力學(xué)性能相同。 這個假設(shè)符合許多材料的實際性能，如玻璃就是典型的各向同性材料。對于金屬這類由晶粒組成的材料，雖然每個晶粒的力學(xué)性能有方向性，但從統(tǒng)計學(xué)結(jié)果看，在宏觀層次，金屬構(gòu)件沿各個方向的力學(xué)性能接近相同，這種沿各個方向力學(xué)性能相同的材料稱為各向同性材料。常用的工程材料，如鋼、銅、塑料、玻璃，都是各向同性材料。若材料在各個方向上的力學(xué)性能不同，則稱為各向異性材料，如木材、膠合板和某些人工合成材料等。 工程實際中，構(gòu)件受力后的彈性變形一般都很小，相對于構(gòu)件的原始尺寸小得多，因此在分析構(gòu)件上力的平衡關(guān)系時，彈性變形的影響可忽略不計，仍按構(gòu)件的原始尺寸進行計算，可使問題得到簡化。相反，如果構(gòu)件受力后的彈性變形很大，其影響不可忽略時，則必須按構(gòu)件變形后的尺寸進行計算。前者稱為小變形問題，后者稱為大變形問題，材料力學(xué)一般只研究小變形問題。 1.3外力、內(nèi)力與截面法 1.3.1外力及其分類 當研究某一構(gòu)件時，可以設(shè)想把這一構(gòu)件從周圍物體中單獨取出，并用力來代替周圍各物體對構(gòu)件的作用，這些來自構(gòu)件外部的力就是外力。 1.按作用方式分為表面力和體積力 表面力是作用于物體表面的力，又可分為分布力和集中力。分布力是連續(xù)作用于物體表面的力，如作用于油缸內(nèi)壁上的油壓力、作用于船體上的水壓力等。集中力是作用于物體上一點的力，若外力的作用面積遠小于物體的表面尺寸，就可看成作用于一點的集中力，如火車車輪對鋼軌的壓力、滾珠軸承對軸的反作用力等。體積力是連續(xù)分布于物體內(nèi)部各點的力，如物體的自重和慣性力等。 2.按載荷隨時間的變化分為靜載荷和動載荷 不隨時間變化或緩慢變化的載荷，稱為靜載荷；而大小或方向隨時間變化的載荷，稱為 動載荷。按隨時間變化的方式，動載荷又可分為交變載荷和沖擊載荷。交變載荷是隨時間作周期性變化的載荷，例如，當齒輪轉(zhuǎn)動時，作用于每一個齒上的力都是隨時間作周期性變化的。沖擊載荷是瞬間施加于物體上的載荷，例如，急剎車時飛輪的輪軸、鍛造時空氣錘的錘桿等都受到?jīng)_擊載荷的作用。 構(gòu)件在靜載荷作用下和在動載荷作用下所表現(xiàn)的力學(xué)性能頗不相同，分析方法也有差異。因為靜載荷問題比較簡單，所建立的理論和分析方法又可作為解決動載荷問題的基礎(chǔ)，所以首先研究靜載荷問題。 1.3.2內(nèi)力與截面法 1.內(nèi)力的概念 我們知道，物體是由無數(shù)粒子組成的，在其未受到外力作用時，各粒子間就存在著相互作用的內(nèi)力（稱為固有內(nèi)力），以維持它們之間的聯(lián)系及物體的形狀。當物體受到外力作用時，各粒子間的相對位置將發(fā)生改變，引起物體變形。同時，粒子間的固有內(nèi)力也將發(fā)生變化，因外力作用而引起的固有內(nèi)力改變量，稱為附加內(nèi)力，簡稱內(nèi)力。內(nèi)力隨外力的增加而增大，當內(nèi)力增大到一定程度時就會引起構(gòu)件破壞，因而它與構(gòu)件的強度密切相關(guān)。因此，為了揭示構(gòu)件的變形和破壞規(guī)律，必須首先研究內(nèi)力。 由靜力學(xué)知識可知，在分析兩物體之間的相互作用力時，必須將兩物體分開。同理，研究構(gòu)件的內(nèi)力時，也應(yīng)假想地將構(gòu)件分開。研究圖1.2（a）所示構(gòu)件m-m截面上的內(nèi)力時，用一假想平面將構(gòu)件沿該截面切為I、II兩部分，如圖1.2（b）、（c）所示，將內(nèi)力暴露出來，按照連續(xù)性假設(shè)，在m-m截面上的內(nèi)力是連續(xù)分布力，并且I、II兩部分物體在m-m截面上的力是作用力與反作用力的關(guān)系。通常，將這個分布力系向截面形心（即截面形狀的幾何中心）簡化，得到主矢和主矩。主矢和主矩與作用在分離部分上的所有外力構(gòu)成平衡力系，可由平衡方程求出。今后所稱內(nèi)力，指截面上分布內(nèi)力的主矢和主矩。在后面的章節(jié)中，會分別詳細介紹這些內(nèi)力的具體類型，一般包括軸力Fn、剪力Fs、扭矩r和彎矩M。 2.截面法 上述用截面假想地把構(gòu)件分成兩部分，以便顯示并計算內(nèi)力的方法稱為截面法，可將其 歸納為以下三個步驟。 （1）分二留一。欲求某一截面上的內(nèi)力，可沿該截面假想地把構(gòu)件分成兩部分，任意保留其中一部分為研究對象，而拋棄另一部分。 （2）內(nèi)力代棄。用作用于截面上的內(nèi)力來代替拋棄部分對保留部分的作用。 （3）內(nèi)外平衡。作用在保留部分上的外力和內(nèi)力應(yīng)保持平衡，建立平衡方程，確定未知內(nèi)力的大小和方向。 【例1.1】搖臂鉆床的受力簡圖如圖1.3（a）所示，在載荷F作用下，試確定鉆床立柱m-m截面上的內(nèi)力。 解：（1）分二留一。假想沿m-m截面切開，將鉆床分成上下兩部分，保留m-m截面以上部分為研究對象，并選取坐標系，如圖1.3（b）所示。 （2）內(nèi)力代棄。在研究對象的m-m截面上作用著分布內(nèi)力系，將此內(nèi)力系向m-m截面形心C簡化，根據(jù)研究對象的平衡條件，可以得到一個主矢FN和主矩M，其方向和轉(zhuǎn)向如圖1.3（b）所示。這里的&和從就是拋棄的下半部分對保留的上半部分的作用力，即內(nèi)力。 （3）內(nèi)外平衡。整個鉆床是平衡的，所以保留的上半部分也應(yīng)該保持平衡。也就是說，作用在研究對象上的外力F和內(nèi)力Fn、M應(yīng)該相互平衡，據(jù)此可寫出研究對象的平衡方程為 于是，求得截面m-m上的內(nèi)力和M為 1.4應(yīng)力 1.概念 通過截面法，可以求出構(gòu)件的內(nèi)力，但是僅僅求出內(nèi)力還不能解決構(gòu)件的強度問題。例如，兩根材料相同、橫截面面積不等的直桿，若兩者所受的軸向拉力相同（此時橫截面上的內(nèi)力也相同)，則隨著拉力的增加，細桿將先被拉斷。這說明構(gòu)件的危險程度取決于截面上分布內(nèi)力的聚集程度，即應(yīng)力，而不是取決于分布內(nèi)力的總合。在上述實例中，同樣的軸向拉力，聚集在較小的橫截面上時（應(yīng)力大）就比較危險，而如果是分布在較大的橫截面上（應(yīng)力小）就比較安全。因此，討論構(gòu)件的強度問題時，還必須了解內(nèi)力在截面上菜一點處的聚集程度，這種聚集程度用分布在單位面積上的內(nèi)力來衡量，稱為該點的應(yīng)力。 2.定義 1）截面上一點的應(yīng)力 取圖1.2(c)進行分析，在截面m-m上，圍繞某一點C處取一微小面積44，其上連續(xù)地分布著內(nèi)力，它們的合力就是作用在微小面積A4上的微內(nèi)力公P，如圖1.4(a)所示。定義A上內(nèi)力的平均樂度為 圖1.4 一般情況下，由于內(nèi)力是非均勻分布的，平均應(yīng)力；7m還不能真實地表明一點處內(nèi)力的密集程度。這里應(yīng)用高等數(shù)學(xué)中極限的概念，以消除大小的影響。令M趨于零，則An的大小和方向都將趨于一定的極限，即 （1.1） 式中，稱為m-m截面上C點的應(yīng)力。 式（1.1）即為應(yīng)力的定義，敘述為：應(yīng)力是一點處內(nèi)力的集度，或者粗略地說，應(yīng)力是單位面積上的內(nèi)力，p則稱為全應(yīng)力。 2）正應(yīng)力和切應(yīng)力 全應(yīng)p是一個矢量，一般來說，它既不與截面垂直，也不與截面相切。因此，通常把全應(yīng)力；7分解成垂直于截面的分量^和切于截面的分量r，如圖1.4（b）所示。其中，垂直于截面的分量稱為正應(yīng)力；切于截面的分量稱為切應(yīng)力。 國際單位制中，應(yīng)力的單位是牛/米2（N/m2），稱為帕斯卡或簡稱帕（Pa）。由于這個單位太小，使用不便，通常使用千帕（kPa）、兆帕（MPa）及吉帕（GPa），其中l(wèi)kPa=103Pa、lMPa=106Pa、lGPa=109Pa。 1.5應(yīng)變 構(gòu)件受力后會發(fā)生變形，就整個構(gòu)件來
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