工程力學教程(第二版)（簡體書）

《工程力學教程(第2版)》共分為三篇18章。第一篇為靜力學（第一章～第四章），主要介紹靜力學的基本概念和基礎知識，力系的合成及平衡的概念及求解方法。第二篇為桿件的強度、剛度及穩定性分析（第五章～第十一章），主要介紹材料力學的有關內容。第三篇為結構力學（第十二章～第十八章），主要介紹與結構靜力學有關的內容。書末附錄列出了型鋼表及習題參考答案。 《工程力學教程(第2版)》可作為本科及應用型本科、專科相關專業（如土建，機械，環境，工程管理，包裝等專業）少學時工程力學及建筑力學的教學用書，也適用于相關專業的函授自學，也可供相關專業工程技術人員參考。

吳亞平、劉瑋、邊祖光的《工程力學教程(第2版普通高等教育規劃教材)》的主要目的在于培養實用型人才，向他們提供工程力學學科的理性思維方法，并使之具有較好的實際應用能力。著眼點不在于繁雜的推導及論證，力爭在有限的學時內，盡量增大教材的信息量、實用性及適用范圍。本書根據這一原則選擇與編排各章內容。
全書分為三篇，共18章。

工程力學是一門重要的技術基礎課。隨著科學技術的發展，工程力學的研究與應用已深入到許多領域，由于多學科的互相交叉和滲透使得工程力學的應用范圍顯著擴大了，除土木類、機械類專業將其作為主修課程，其他專業如運輸、管理、包裝、技術經濟、工程造價、建筑學、環境工程、生物、測控、電器工程等專業的學生及技術人員也需要掌握一定的工程力學知識，但也可能存在學時有限的問題，因此需要一本既能使學生在較少的學時內掌握工程力學知識系統概貌，并具有一定應用水平的教科書。目前能滿足上述要求的教材還較少。我們曾在2005年編寫了一本《工程力學簡明教程》，經過6年試用後反映較好，為了將教材的應用范圍擴大到應用型本科的土建、機械專業，我們根據專業要求，結合多年來為上述專業講授工程力學課程的經驗和體會，在原有教材的基礎上對部分內容進行了重新編寫及修訂并更名為《工程力學教程》。
本書的主要目的在于培養實用型人才，向他們提供工程力學學科的理性思維方法，并使之具有較好的實際應用能力。著眼點不在于繁雜的推導及論證，力爭在有限的學時內，盡量增大教材的信息量、實用性及適用范圍。本書根據這一原則選擇與編排各章內容。
全書分為三篇，共18章。第一篇為靜力學（第一章～第四章），主要介紹靜力學的基本概念和基礎知識，力系的合成及平衡的概念及求解方法。第二篇為桿件的強度、剛度及穩定性分析（第五章～第十一章），主要介紹材料力學的有關內容。第三篇為結構力學（第十二章～第十八章），主要介紹與結構靜力學有關的內容。
為了節省學時，本教材根據實用的原則，在保證論述嚴謹、邏輯清晰的前提下盡量突出重點，刪繁就簡。在內容的編寫上突出解題思路和方法以便于學生能真正學懂會用，如在第一篇中注重各力系之間的聯系和融會貫通；在第二篇中將壓桿的穩定性問題與桿件的軸向拉伸和壓縮問題放在同一章中，并用折減系數法將其統一起來，從而避免了歐拉公式的推導；此外，將應力狀態的概念分解在各相關章節中并對復雜應力狀態的強度理論也只介紹其結果的應用。在第三篇中只介紹桿系結構的靜力學問題，并考慮與第一篇、第二篇內容的銜接，刪除了一般結構力學教材中與理論力學和材料力學中相重合的有關超靜定、可變形固體等概念和內容。以上編排方法節省了許多學時，這也是本教材的一個特色。
綜上所述，經過對內容的精選和編排，本書具有篇幅較小，信息容量較大，簡便易學、實用的特點，在實際使用中可根據不同專業的要求進行取舍。全部學完該教材約需90～100學時，其中理論力學部分約占20學時，材料力學部分約占40學時，結構力學部分約占40學時。本教材可作為少學時工程力學及建筑力學相關專業（如土建、機械、環境、工程管理、包裝等專業）的本科及應用型本科、專科學生及教師教學用書，也適用于有關專業的函授生自學，也可供相關專業工程技術人員參考。
本書在《工程力學簡明教程》的基礎上對部分內容進行了重新編寫及修訂。本書的靜力學部分（第一篇）主要由邊祖光負責編寫和修訂，其中摩擦、空間任意力系這兩部分取自《工程力學簡明教程》相應內容（程耀芳編寫），桿件的強度、剛度及穩定性分析部分（第二篇）由吳亞平負責編寫，結構力學部分（第三篇）主要由劉瑋負責編寫和修訂，其中位移法、力矩分配法及影響線這部分內容由查支祥依據《工程力學簡明教程》相應內容（康希良編寫）進行了修改及修訂，全書由吳亞平統稿。
本書較之《工程力學簡明教程》主要是對靜力學部分及結構力學部分的主要內容及習題進行了重新編寫和修訂，其特點是更加簡練和易懂以滿足應用型本科的要求。
限于編者的水平，書中可能存在不少欠妥之處，懇請廣大讀者批評指正。
編者
2011年9月


第一版前言
工程力學是一門重要的技術基礎課。隨著科學技術的發展，工程力學的研究與應用已深入到許多領域，由于多學科的互相交叉和滲透使得工程力學的應用范圍顯著擴大了，許多非土木、機械專業如運輸、管理、包裝、技術經濟、工程造價、建筑學、環境工程、生物、測控、電器工程等專業的學生及技術人員也需要掌握一定的工程力學知識。對于上述專業，由于工程力學一般為非主修課程，學時往往很有限，因此需要一本既能使學生在較少的學時內掌握工程力學知識系統概貌，并具有一定應用水平的教科書。目前能滿足上述要求的教材還較少。我們曾在1990年根據運輸管理及包裝專業的要求編寫了一本《工程力學教程》，經過4年試用後，在1994年將其修訂後正式出版，此教材出版後又在各有關專業連續使用了10年。在此期間，使用該教材的專業不斷增多，而且各專業的力學學時及教學內容都發生了很大變化。由于當時編寫此教材的主要對象是運輸管理及包裝專業的學生，所以在教材的內容安排上有一定的局限性。針對以上情況，我們根據專業要求，結合多年來為上述專業講授工程力學課程的經驗和體會，在原有教材的基礎上對內容重新編寫了這本《工程力學簡明教程》，并刪去了有關動力學的內容，增加了結構力學內容。
本書的主要目的在于培養實用型人才，向他們提供工程力學學科的理性思維方法，并使之具有較好的實際應用能力。著眼點不在于繁雜的推導及論證，力爭在有限的學時內，盡量增大教材的信息量、實用性及適用范圍。本書根據這一原則選擇與編排各章內容。
全書分為三篇，共18章。第一篇為靜力學（第一章～第四章），主要介紹靜力學的基本概念和基礎知識，力系的合成及平衡的概念及求解方法。第二篇為桿件的強度、剛度及穩定性分析（第五章～第十一章），主要介紹材料力學的有關內容。第三篇為結構力學（第十二章～第十八章），主要介紹與結構靜力學有關的內容。 為了節省學時，本教材根據實用的原則，在保證論述嚴謹，邏輯清晰的前提下盡量突出重點，刪繁就簡。在內容的編寫上突出解題思路和方法以便于學生能真正學懂會用，如在第一篇中注重各力系之間的聯系和融會貫通；在第二篇中將壓桿的穩定性問題與桿件的軸向拉伸和壓縮問題放在同一章中，并用折減系數法將其統一起來，從而避免了歐拉公式的推導；此外，將應力狀態的概念分解在各相關章節中并對復雜應力狀態的強度理論也只介紹其結果的應用。在第三篇中只介紹桿系結構的靜力學問題，并考慮與第一篇，第二篇內容的銜接，刪除了一般結構力學教材中與理論力學和材料力學中相重合的有關超靜定、可變形固體等概念和內容。以上編排方法節省了許多學時，這也是本教材的一個特色。
綜上所述，經過對內容的精選和編排，本書具有篇幅較小，信息容量較大，簡便易學、實用的特點，全部學完該教材約需90～100學時，其中理論力學部分約占20學時，材料力學部分約占40學時，結構力學部分約占40學時。本教材可作為少學時工程力學相關專業的本、專科學生及教師教學用書，也適合于有關專業的函授生自學，也可供相關專業工程技術人員參考。
參加本書編寫工作的有：吳亞平（第二篇），程耀芳（第一篇），康希良（第三篇），全書由吳亞平統稿。
本書在編寫過程中，蘇強、楊東濤、舒春生等同志在文稿整理、繪圖方面做了大量工作，在此表示感謝。限于編者的水平，書中可能存在不少欠妥之處，懇請廣大讀者批評指正。
編者
2005年1月于蘭州交通大學

第一篇靜力學
第一章靜力學的基本概念和物體的
受力分析2
第一節靜力學的基本概念2
第二節靜力學公理2
第三節約束4
一、基本約束4
二、支座5
第四節荷載6
第五節物體受力分析7
習題9
第二章平面匯交力系及平面力偶系11
第一節平面匯交力系合成的幾何法11
第二節平面匯交力系合成的解析法12
一、力在坐標軸上的投影12
二、合力投影定理13
三、平面匯交力系合成的解析法14
第三節平面匯交力系的平衡條件14
一、平面匯交力系平衡的幾何條件14
二、平面匯交力系平衡的解析條件16
第四節平面力矩18
一、力對點的矩18
二、合力矩定理19
第五節平面力偶20
一、力偶和力偶矩20
二、平面力偶的等效定理20
第六節平面力偶系的平衡21
一、平面力偶系的合成21
二、平面力偶系的平衡條件22
習題23
第三章平面任意力系27
第一節平面任意力系向作用面內一點簡化27
一、力的平移定理27
二、平面任意力系向作用面內一點簡化28
三、平面任意力系的簡化結果討論29
第二節平面任意力系的平衡32
一、平面任意力系的平衡條件32
二、物體系的平衡36
第三節考慮摩擦時物體的平衡42
一、靜滑動摩擦力和靜滑動摩擦定律42
二、動滑動摩擦力和動滑動摩擦定律43
三、摩擦角與自鎖現象43
四、考慮摩擦時物體的平衡問題44
習題46
第四章空間任意力系50
第一節空間匯交力系50
一、力在空間直角坐標軸上的投影50
二、空間匯交力系的合成與平衡51
第二節力對點之矩和力對軸之矩52
一、力對點之矩52
二、力對軸之矩53
三、力對點之矩與力對軸之矩的關系53
第三節空間力偶系54
一、力偶矩矢量54
二、空間力偶系的合成與平衡54
第四節空間任意力系向一點簡化54
第五節空間任意力系的平衡方程及應用56
第六節物體的重心58
一、重心的概念58
二、確定物體重心的方法59
習題62第二篇桿件的強度、剛度及穩定性分析
第五章截面的幾何性質67
第一節靜矩和形心67
一、靜矩67
二、形心67
三、形心和靜矩的關系67
第二節慣性矩和極慣性矩69
一、慣性矩69
二、極慣性矩69
第三節簡單截面的慣性矩69
一、矩形截面對其形心軸的慣性矩69
二、圓形截面對其形心軸的慣性矩70
三、圓環截面對其形心軸的慣性矩70
第四節組合截面的慣性矩70
一、慣性矩的平行移軸定理70
二、組合截面的慣性矩71
習題72
第六章軸向拉伸和壓縮74
第一節軸向拉伸和壓縮的概念74
第二節內力與截面法74
一、內力的概念74
二、截面法和軸力74
第三節應力的概念及拉（壓）桿橫截面上的應力76
一、應力的概念76
二、拉（壓）桿橫截面上的應力77
第四節拉（壓）桿的變形及虎克定律78
一、變形和應變78
二、泊松比79
三、虎克定律79
第五節材料在拉伸和壓縮時的力學性能81
一、低碳鋼在拉伸時的力學性能81
二、低碳鋼在壓縮時的力學性能84
三、其他材料在拉伸及壓縮時的力學
性能84
第六節拉（壓）桿的強度計算85
一、許用應力的確定85
二、拉（壓）桿的強度條件85
第七節拉伸和壓縮的超靜定問題89
第八節壓桿的穩定計算90
一、壓桿穩定性的概念90
二、壓桿的實用計算92
習題96
第七章剪切101
第一節剪切的概念101
第二節剪切和擠壓強度的實用計算101
第三節焊接實用計算104
一、對接105
二、搭接105
第四節切應變及剪切虎克定律，切應力
互等定理107
一、切應變及剪切虎克定律107
二、切應力互等定理107
習題108
第八章梁的內力110
第一節彎曲的概念110
第二節用截面法求梁的內力110
第三節內力方程及內力圖113
第四節彎矩、剪力及荷載集度間的微分
關系116
習題119
第九章梁的應力122
第一節彎曲應力的概念122
第二節純彎曲時梁的正應力122
一、實驗觀察與平面假設122
二、變形規律123
三、正應力分布規律123
四、中性軸位置和正應力計算公式124
第三節梁彎曲時的正應力強度條件127
第四節梁截面的合理形狀130
第五節梁的切應力及其強度計算131
一、梁的切應力計算公式132
二、切應力的強度校核133
習題135
第十章圓軸扭轉139
第一節扭轉的概念139
第二節扭矩及扭矩圖139
第三節圓軸扭轉時的應力及變形141
一、圓軸扭轉時的應力141
二、圓軸扭轉時的變形144
第四節圓軸扭轉時的強度及剛度條件144
一、強度條件144
二、剛度條件144
習題146
第十一章組合變形時的強度計算148
第一節組合變形的概念148
第二節彎曲與拉伸或壓縮的組合148
第三節彎曲與扭轉的組合151
習題154第三篇結 構 力 學
第十二章平面體系的幾何組成分析160
第一節平面體系的自由度與約束160
一、平面體系的自由度160
二、約束161
三、多余約束161
第二節幾何不變體系的簡單組成規則161
一、兩剛片規則161
二、三剛片規則162
三、二元體規則162
第三節幾何組成分析示例164
第四節靜定結構和超靜定結構165
習題165
第十三章靜定結構的內力計算167
第一節多跨靜定梁167
第二節靜定平面剛架169
一、剛架的組成特性169
二、剛架的內力計算170
第三節三鉸拱的計算174
一、概述174
二、三鉸平拱的計算175
三、三鉸拱的合理拱軸線179
第四節靜定平面桁架180
一、桁架的特點及組成180
二、桁架的內力計算181
習題186
第十四章靜定結構的位移計算190
第一節概述190
第二節變形體的虛功原理191
一、虛功191
二、虛功原理192
三、虛功原理的應用192
第三節結構位移計算的一般公式192
第四節靜定結構在荷載作用下的位移
計算194
一、荷載作用下的位移計算公式194
二、各類結構位移計算的簡化公式194
三、計算示例195
第五節圖乘法計算位移197
一、圖乘法及其應用條件197
二、常用圖形的面積公式和形心位置198
三、復雜圖形的分解和疊加199
第六節靜定結構支座位移時的位移
計算201
第七節靜定結構溫度變化時的位移
計算202
第八節線性變形體系的互等定理203
一、功的互等定理203
二、位移互等定理204
三、反力互等定理204
四、反力與位移互等定理205
習題205
第十五章力法208
第一節超靜定結構概述208
一、超靜定結構的概念208
二、超靜定結構的類型208
三、超靜定結構的計算方法208
第二節力法基本概念209
一、力法的基本概念209
二、基本體系的選取210
第三節力法典型方程213
第四節力法計算超靜定結構示例215
一、超靜定剛架215
二、超靜定桁架216
三、鉸結排架218
第五節超靜定結構的位移計算及最後內
力圖的校核219
一、超靜定結構的位移計算219
二、最後內力圖的校核220
第六節溫度變化及支座移動對超靜定結構
的影響221
一、溫度變化的影響221
二、支座移動的影響223
第七節超靜定結構的特性224
習題225
第十六章位移法228
第一節位移法的基本概念228
第二節單跨超靜定梁的轉角位移方程229
一、由桿端位移求桿端彎矩229
二、由荷載求固端彎矩231
第三節位移法基本未知量及基本結構232
一、基本未知量232
二、基本結構234
第四節位移法典型方程及計算步驟234
第五節對稱性的利用239
一、奇數跨對稱結構239
二、偶數跨對稱結構240
習題242
第十七章力矩分配法245
第一節力矩分配法的基本概念245
一、名詞解釋245
二、力矩分配法的基本原理（以單結點的
力矩分配為例）247
第二節多結點的力矩分配249
習題253
第十八章影響線及其應用255
第一節影響線的概念255
一、移動荷載的概念255
二、影響線的概念255
三、影響線與內力圖的區別255
第二節用靜力法作簡支梁影響線255
第三節多跨靜定梁的影響線260
第四節影響線的應用261
一、求各種荷載作用下的影響261
二、最不利荷載位置的確定263
第五節簡支梁的絕對最大彎矩267
習題269
附錄271
附錄一型鋼表271
附錄二部分習題參考答案283
參考文獻291