工程力學(第2版)（簡體書）

本書是在全面調研的基礎上，根據對應學科新的人才培養方案和教育部高等學校工科基礎課程教學指導委員會於2019年發佈的《理論力學課程教學基本要求(B類)》和《材料力學課程教學基本要求(B類)》，從一般院校的實際情況出發，適應工程人才培養的理念和模式，突出能力培養，調整內容體系，適當壓縮教材篇幅，以滿足64～80學時工程力學課程的教學要求。從金課建設兩性一度的要求出發，本書與時俱進，將南京航空航天大學“理論力學”和“材料力學”教學團隊近十年來開展研究型教學的實踐成果引入教材，內容有新意，體系有創新，題目有難度，以期提高學生的工程素質和認知水平，培養學生科學的思維方式和綜合分析問題的能力。本書除課程導論外，共18章，第1～3章為靜力學部分，第4～9章為運動學與動力學部分，第10～18章為材料力學部分。本書配有多媒體課件、解題指南、教學要求與學習目標、理論要點、學習建議、例題示範等，教師可在機械工業出版社教育服務網(www.cmpedu.com)上註冊後免費下載。本書可作為高等學校工科各專業的基礎力學課程教材，也可供有關工程技術人員參考。

《理論力學課程教學基本要求（B類）》和《材料力學課程教學基本要求（B類）》

課 程 導 論
0.1力學與工程
0.2工程力學的研究內容與分析模型
0.2.1工程力學的研究內容
0.2.2工程力學的分析模型
0.3工程力學的研究方法
0.3.1兩種不同的理論分析方法
0.3.2工程力學的實驗分析方法
0.3.3工程力學的計算機分析方法
0.4工程力學的學習目標
第1篇靜力學
第1章靜力學基礎
1.1力與力的效應
1.1.1力的概念
1.1.2力的效應
1.1.3力系的概念
1.2靜力學基本原理
1.3工程常見約束與約束力
1.3.1柔性約束
1.3.2剛性約束
1.4受力分析初步
1.4.1受力分析概述
1.4.2受力圖繪製方法應用舉例
1.5小結與討論
1.5.1小結
1.5.2關於約束與約束力
1.5.3關於受力分析
1.5.4關於二力構件
1.5.5關於靜力學中某些原理的適
用性
習題
第2章力系的等效與簡化
2.1力的投影與匯交力系的簡化
2.1.1力在直角坐標系中的投影
2.1.2力的正交分解與解析表達
2.1.3匯交力系的簡化
2.2力矩概念的擴展和延伸
2.2.1力對點之矩
2.2.2力對軸之矩
2.2.3力矩關係定理
2.2.4合力矩定理
2.3力偶及其力偶矩
2.3.1力偶
2.3.2力偶的性質及力偶矩
2.3.3力偶系的合成與平衡
2.4力系等效的概念
2.4.1力系的主矢與主矩――力學的
基本特徵量
2.4.2力系等效原理
2.5力系簡化的概念
2.6一般力系的簡化
2.6.1一般力系向一點簡化
2.6.2固定端約束的約束力
2.7小結與討論
2.7.1小結
2.7.2關於力的矢量性質的討論
2.7.3關於力系簡化的最終結果
2.7.4關於力偶性質推論的適用性
2.7.5重力系的簡化與物體的重心
習題
第3章力系的平衡
3.1力系的平衡條件與平衡方程
3.1.1力系的平衡條件
3.1.2一般力系的平衡方程
3.1.3單個構件的平衡問題
3.2簡單物體系統的平衡問題
3.2.1靜定和超靜定的概念
3.2.2物系平衡問題的解法
3.3考慮摩擦時物體系統的平衡問題
3.3.1庫侖摩擦定律
3.3.2摩擦角與自鎖現象
3.3.3摩擦平衡條件與平衡方程
3.4小結與討論
3.4.1小結
3.4.2受力分析的重要性
3.4.3關於簡單物體系統平衡問題的
討論
3.4.4正確的直觀判斷
3.4.5關於桁架分析的討論
習題
第2篇運動學與動力學
第4章點的一般運動與剛體的基本
運動
4.1點的一般運動
4.1.1描述點運動的矢量法
4.1.2描述點運動的直角坐標法
4.1.3描述點運動的弧坐標法
4.2剛體的基本運動
4.2.1剛體的平移
4.2.2剛體的定軸轉動
4.3小結與討論
4.3.1小結
4.3.2建立點的運動方程與研究點的
運動幾何性質
4.3.3點的運動學的兩類應用問題
4.3.4描述點的運動的極坐標形式
習題
第5章點的複合運動
5.1點的複合運動的概念
5.1.1兩種參考系
5.1.2三種運動
5.1.3三種速度和三種加速度
5.2速度合成定理
5.3牽連運動為平移時點的加速度合成
定理
5.4牽連運動為轉動時點的加速度合成
定理
5.4.1牽連運動為轉動時點的加速度
合成定理
5.4.2科氏加速度
5.5小結與討論
5.5.1小結
5.5.2正確選擇動點和動系，是應用點的
複合運動理論的重要基礎
5.5.3牽連運動與牽連速度的概念
5.5.4科氏加速度的概念與加速度合成
定理投影式的正確應用
習題
第6章剛體平面運動
6.1剛體平面運動方程
6.1.1剛體平面運動力學模型的簡化
6.1.2剛體平面運動的運動方程
6.2平面運動分解為平移和轉動
6.3平面圖形上各點的速度分析
6.3.1基點法
6.3.2速度投影法
6.3.3瞬時速度中心法
6.4平面圖形上各點的加速度分析
6.5小結與討論
6.5.1小結
6.5.2剛體複合運動
6.5.3平面圖形上點的加速度分佈也能
看成繞速度瞬心C*的旋轉嗎
6.5.4平面圖形的角速度ω與相對
角速度ωr
習題
第7章動量定理與動量矩定理
7.1質點系動力學普遍定理概述
7.1.1動力學普遍定理概述
7.1.2質點系的質心
7.1.3質點系的外力和內力
7.2動量定理
7.2.1質點系整體運動的基本特徵量
之一：動量的主矢
7.2.2動量定理
7.2.3質心運動定理
7.2.4動量定理與質心運動定理的投影式
與守恆式
7.2.5動量定理應用於簡單剛體系統
7.3動量矩定理
7.3.1質點系對定點的動量矩定理
7.3.2剛體定軸轉動微分方程
7.3.3質點系相對質心的動量矩定理
7.4小結與討論
7.4.1小結
7.4.2幾個有意義的實例
7.4.3質點系矢量動力學的兩個矢量系
（外力系與動量系）及其關係
7.4.4突然解除約束問題
習題
第8章動能定理
8.1力的功
8.1.1力的功的定義
8.1.2作用在剛體上力偶的功
8.1.3質點系內力的功
8.1.4理想約束力的功
8.2質點系與剛體的動能
8.2.1質點系的動能
8.2.2剛體的動能
8.3動能定理
8.3.1質點和質點系的動能定理
8.3.2動能定理的應用舉例
8.4勢能的概念與機械能守恆定律
8.4.1有勢力和勢能
8.4.2機械能守恆定律
8.5動力學普遍定理的綜合應用
8.6小結與討論
8.6.1小結
8.6.2功率方程的概念
8.6.3應用動力學普遍定理時的運動
分析
習題
第9章達朗貝爾原理
9.1慣性力與達朗貝爾原理
9.1.1質點的達朗貝爾原理
9.1.2質點系的達朗貝爾原理
9.2剛體慣性力系的簡化
9.2.1慣性力系的主矢與主矩
9.2.2剛體平移時慣性力系的簡化
9.2.3剛體做定軸轉動時慣性力系的
簡化
9.2.4剛體做平面運動時慣性力系的
簡化
9.3達朗貝爾原理的應用示例
9.4小結與討論
9.4.1小結
9.4.2正確施加與簡化慣性力系是應用
達朗貝爾原理的關鍵
9.4.3慣性力系的主矢與主矩的物理
意義
9.4.4動能定理與達朗貝爾原理綜合
應用
習題
第3篇材 料 力 學
第10章材料力學基礎
10.1材料力學的基本假設
10.1.1均勻連續性假設
10.1.2各向同性假設
10.1.3小變形假設
10.2外力、內力和應力
10.2.1外力
10.2.2內力與內力分量
10.2.3應力
10.3變形、位移和應變
10.3.1變形與位移
10.3.2應變
10.4杆件變形的基本形式
10.5小結與討論
10.5.1小結
10.5.2彈性體受力與變形特徵
10.5.3材料力學的分析方法
習題
第11章內力分析與內力圖
11.1基本概念與基本方法
11.1.1彈性體的平衡原理
11.1.2控制面
11.1.3杆件內力分量的正負號規則
11.2確定內力分量的力系簡化方法
11.3軸力圖與扭矩圖
11.3.1軸力圖
11.3.2扭矩圖
11.4剪力圖與彎矩圖
11.4.1工程中的承彎構件及其力學
模型
11.4.2剪力方程和彎矩方程
11.4.3分佈載荷集度與剪力、彎矩間
的微分關係
11.4.4剪力圖與彎矩圖
11.5小結與討論
11.5.1小結
11.5.2兩個值得思考的問題
習題
第12章軸向拉伸與壓縮
12.1拉壓杆的應力分析與計算
12.2軸向載荷作用下材料的力學性能
12.2.1材料拉伸時的應力-應變曲線
12.2.2塑性材料拉伸時的力學性能
12.2.3脆性材料拉伸時的力學性能
12.2.4壓縮時材料的力學性能
12.2.5強度失效概念與失效應力
12.3拉壓杆的強度設計
12.3.1強度設計準則、安全因數與許用
應力
12.3.2三類強度計算問題
12.3.3強度設計準則應用舉例
12.4拉壓杆的變形、位移分析與計算
*12.5拉伸和壓縮超靜定問題簡述
12.6小結與討論
12.6.1小結
12.6.2關於應力和變形公式的應用
條件
*12.6.3關於加力點附近區域的應力
分佈
*12.6.4關於應力集中的概念
12.6.5拉伸與壓縮杆件斜截面上的
應力
習題
第13章圓軸扭轉
13.1切應力互等定理
13.2圓軸扭轉時的切應力分析
13.2.1幾何關係
13.2.2物理關係
13.2.3靜力學關係
13.2.4圓軸扭轉時橫截面上的切應力
表達式
13.3承受扭轉時圓軸的強度設計與剛度
設計
13.3.1扭轉試驗與扭轉破壞現象
13.3.2扭轉強度設計
13.3.3扭轉剛度設計
13.4小結與討論
13.4.1小結
13.4.2關於圓軸強度與剛度設計
*13.4.3矩形截面杆扭轉時的切應力
習題
第14章彎曲強度
14.1截面圖形的幾何性質
14.1.1靜矩、形心及其相互關係
14.1.2慣性矩、極慣性矩、慣性積、慣性半徑
14.1.3慣性矩與慣性積的移軸定理
14.1.4慣性矩與慣性積的轉軸定理
14.1.5主軸與形心主軸、主慣性矩與形心主慣性矩
14.2平面彎曲時梁橫截面上的正應力
14.2.1平面彎曲與純彎曲的概念
14.2.2純彎曲時梁橫截面上的正應力分析
14.2.3梁的彎曲正應力公式的應用與推廣
14.3平面彎曲正應力公式應用舉例
14.4梁的強度計算
14.4.1梁的失效判據
14.4.2梁的彎曲強度設計準則
14.4.3梁的彎曲強度計算步驟
14.5小結與討論
14.5.1小結
14.5.2關於彎曲正應力公式的應用條件
14.5.3彎曲切應力的概念
14.5.4關於截面的慣性矩
14.5.5提高梁強度的措施
習題
第15章彎曲剛度
15.1基本概念
15.1.1梁彎曲後的撓度曲線
15.1.2梁的撓度與轉角
15.1.3梁的位移與約束密切相關
15.1.4梁的位移分析的工程意義
15.2小撓度微分方程及其積分
15.2.1小撓度微分方程
15.2.2積分常數的確定約束條件與
連續條件
15.3工程中的疊加法
15.3.1疊加法應用于多個載荷作用的
情形
15.3.2疊加法應用于間斷性分佈載荷作用的情形
15.4簡單的超靜定梁
15.4.1求解超靜定梁的基本方法
15.4.2簡單的超靜定問題示例
15.5梁的剛度設計
15.5.1梁的剛度設計準則
15.5.2剛度設計舉例
15.6小結與討論
15.6.1小結
15.6.2關於變形和位移的相依關係
15.6.3關於梁的連續光滑曲線
15.6.4關於求解超靜定問題的討論
15.6.5關於求解超靜定結構特性的討論
15.6.6提高梁的彎曲剛度的途徑
習題
第16章應力狀態分析與強度理論
16.1基本概念
16.1.1應力狀態分析的意義
16.1.2應力狀態分析的基本方法
16.2平面應力狀態分析――任意方向面上應力的確定
16.2.1方向角與應力分量的正負號約定
16.2.2微元的局部平衡
16.2.3平面應力狀態中任意方向面上的正應力與切應力
16.3應力狀態中的主應力與最大切應力
16.3.1主平面、主應力與主方向
16.3.2平面應力狀態的三個主應力
16.3.3面內最大切應力與一點的最大切應力
*16.4分析應力狀態的應力圓方法
16.4.1應力圓方程
16.4.2應力圓的畫法
16.4.3應力圓的應用
16.5複雜應力狀態下的應力-應變關係應變能密度
16.5.1廣義胡克定律
16.5.2各向同性材料各彈性常數之間的關係
16.5.3總應變能密度
16.5.4體積改變能密度與畸變能密度
16.6複雜應力狀態下的強度設計準則
16.6.1最大拉應力準則――第一強度理論
*16.6.2最大拉應變準則――第二強度理論
16.6.3最大切應力準則――第三強度理論
16.6.4畸變能密度準則――第四強度理論
16.7薄壁容器強度設計簡述
16.7.1環向應力與縱向應力
16.7.2強度設計簡述
16.8斜彎曲
16.8.1產生斜彎曲的加載條件
16.8.2疊加法確定橫截面上的正應力
16.8.3最大正應力與強度設計準則
16.9拉伸（壓縮）與彎曲組合的強度計算
16.10彎曲與扭轉組合的強度計算
16.10.1計算簡圖
16.10.2危險點及其應力狀態
16.10.3強度設計準則與設計公式
16.11小結與討論
16.11.1小結
16.11.2關於應力狀態的幾點重要結論
16.11.3平衡方法是分析應力狀態最重要、最基本的方法
*16.11.4關於應力狀態的不同的表示方法
16.11.5正確應用廣義胡克定律
16.11.6應用強度設計準則需要注意的幾個問題
習題
第17章壓杆的穩定性
17.1彈性平衡穩定性的基本概念
17.1.1平衡構形的穩定性和不穩定性
17.1.2臨界狀態與臨界載荷
17.2細長壓杆的臨界載荷
17.2.1兩端鉸支的細長壓杆
17.2.2其他剛性支承細長壓杆臨界載荷
的通用公式
17.3長細比的概念三類不同壓杆的判斷
17.3.1長細比的定義與概念
17.3.2三類不同壓杆的區分
17.3.3三類壓杆的臨界應力公式
17.3.4臨界應力總圖與λp、λs值的確定
17.4壓杆的穩定性設計
17.4.1壓杆穩定性設計內容
17.4.2安全因數法與穩定性設計準則
17.4.3壓杆穩定性設計過程
17.5壓杆穩定性分析與穩定性設計示例
17.6小結與討論
17.6.1小結
17.6.2穩定性計算的重要性
17.6.3影響壓杆承載能力的因素
17.6.4提高壓杆承載能力的主要途徑
17.6.5穩定性計算中需要注意的幾個
重要問題
習題
第18章動載荷與疲勞強度簡述
18.1勻加速直線運動時構件上的慣性力與動應力
18.2旋轉構件的受力分析與動應力計算
18.3衝擊載荷與衝擊應力
18.3.1計算衝擊載荷的基本假定
18.3.2機械能守恆定律的應用
18.3.3衝擊時的動荷因數
18.4疲勞失效特徵及原因分析
18.4.1交變應力的名詞和術語
18.4.2疲勞失效特徵
18.4.3疲勞極限與應力-壽命曲線
18.5影響疲勞壽命的因素
18.5.1應力集中的影響――有效應力集中因數
18.5.2零件尺寸的影響――尺寸因數
18.5.3表面加工質量的影響――表面質量因數
18.6基於無限壽命的疲勞強度設計
18.6.1基本概念
18.6.2無限壽命設計方法簡述
18.6.3等幅對稱應力循環下的工作安全因數
18.6.4等幅交變應力作用下的疲勞壽命估算
18.7小結與討論
18.7.1小結
18.7.2不同情形下動荷因數具有不同的形式
18.7.3運動物體突然制動時的動載荷與動應力
18.7.4提高構件疲勞強度的途徑
習題
附錄
附錄A型鋼表
附錄B習題答案
參考文獻