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1 绪论1

1.1 材料力学的任务和研究内容1

1.1.1 构件分类及其变形1

1.1.2 材料力学的研究对象和研究内容2

1.1.3 构件的强度、刚度和稳定性3

1.2 杆件的受力和变形形式4

1.3 基本假定5

1.3.1 连续性假定5

1.3.2 均匀性假定6

1.3.3 各向同性假定6

1.4 外力和内力6

1.4.1 外力6

1.4.2 内力与内力分量6

1.4.3 截面法7

1.5 应力及其与内力分量之间的关系10

1.5.1 正应力和切应力10

1.5.2 一点处应力状态的概念10

1.5.3 应力与内力分量之间的关系11

1.6 应变以及应力-应变关系12

1.6.1 应变的概念与定义12

1.6.2 应力与应变之间的物性关系13

1.6.3 圣维南原理13

1.7 结论与讨论14

习题14

2 轴向拉伸和压缩16

2.1 轴力与轴力图16

2.1.1 杆件横截面上的内力16

2.1.2 轴力图17

2.2 拉压杆的应力18

2.2.1 拉压杆横截面上的应力18

2.2.2 拉压杆斜截面上的应力19

2.2.3 应力集中的概念20

2.3 材料的力学性能21

2.3.1 试验试样和设备21

2.3.2 低碳钢在拉伸时的力学性能22

2.3.3 其他塑性材料在拉伸时的力学性能23

2.3.4 铸铁在拉伸时的力学性能24

2.3.5 低碳钢在压缩时的力学性能24

2.3.6 铸铁在压缩时的力学性能25

2.4 轴向拉伸和压缩时的强度条件25

2.4.1 许用应力和安全系数25

2.4.2 强度条件26

2.5 轴向拉伸和压缩时的变形27

2.5.1 拉压杆轴向变形27

2.5.2 拉压杆横向变形28

2.6 简单静不定问题30

2.6.1 拉压静不定求解30

2.6.2 装配应力32

2.6.3 温度应力33

2.7 结论与讨论34

习题36

3 连接件的实用计算40

3.1 工程中常见的连接结构40

3.2 铆钉或螺栓连接件的强度失效形式及相应的实用计算方法43

3.2.1 连接件剪切破坏及剪切实用计算44

3.2.2 连接件的挤压破坏及挤压强度计算44

3.2.3 连接板的拉断强度计算45

3.2.4 连接件后面的连接板的剪切计算45

3.3 焊缝与胶粘接缝的剪切实用计算47

3.4 结论与讨论51

习题51

4 扭转54

4.1 外力偶矩、扭矩和扭矩图55

4.1.1 外力偶矩55

4.1.2 扭矩55

4.1.3 扭矩图55

4.2 切应力互等定理和剪切胡克定律56

4.2.1 切应力互等定理56

4.2.2 剪切胡克定律57

4.2.3 各向同性材料各弹性常数之间的关系57

4.3 圆轴扭转时横截面上的应力分析和强度计算57

4.3.1 圆轴扭转时横截面上的应力57

4.3.2 圆轴扭转时斜截面上的应力60

4.3.3 圆轴扭转时的强度条件61

4.4 圆轴扭转时的变形分析与刚度条件63

4.5 薄壁圆筒扭转64

4.6 非圆截面杆件扭转66

4.6.1 矩形截面轴扭转66

4.6.2 开口、闭口薄壁截面杆件的自由扭转67

4.7 结论与讨论70

习题70

5 弯曲内力73

5.1 弯曲的几个基本概念73

5.2 梁的约束及类型74

5.2.1 支座形式与支反力74

5.2.2 梁的类型74

5.3 梁的剪力和弯矩75

5.4 剪力、弯矩方程和剪力图、弯矩图77

5.5 剪力、弯矩与分布载荷集度之间的微分关系80

5.5.1 剪力、弯矩与分布载荷集度的微分关系81

5.5.2 集中力和集中力偶在剪力图和弯矩图中的表现81

5.5.3 剪力、弯矩与分布载荷集度的微分关系以及几何意义汇总82

5.5.4 剪力、弯矩与分布载荷集度的积分关系82

5.6 刚架和曲梁的内力86

5.6.1 刚架内力86

5.6.2 曲梁内力87

5.7 结论和讨论88

习题89

6 弯曲应力94

6.1 弯曲正应力95

6.1.1 几何方面95

6.1.2 物理方面96

6.1.3 平衡方面97

6.2 弯曲切应力99

6.2.1 矩形截面梁的弯曲切应力99

6.2.2 工字形截面梁的切应力101

6.2.3 箱形截面梁的切应力102

6.2.4 薄壁环形截面梁的切应力103

6.2.5 圆截面梁的切应力103

6.2.6 弯曲正应力和弯曲切应力的比较104

6.3 斜弯曲105

6.3.1 产生斜弯曲的加载条件105

6.3.2 叠加法确定斜弯曲时横截面上的正应力106

6.3.3 最大正应力确定106

6.4 开口薄壁非对称截面梁的弯曲109

6.4.1 薄壁结构的工程实例110

6.4.2 弯曲中心110

6.4.3 弯曲中心的确定方法112

6.5 组合梁横截面上的弯曲正应力计算113

6.5.1 组合梁的工程实例113

6.5.2 组合梁横截面弯曲正应力计算114

6.6 梁的强度条件118

6.6.1 弯曲正应力强度条件119

6.6.2 弯曲切应力强度条件119

6.7 梁的合理强度设计123

6.7.1 改变梁的加载方式，减小梁的最大弯矩123

6.7.2 合理安排支撑方式，减小梁的最大弯矩123

6.7.3 合理设计梁的截面形状和尺寸，提高梁的抗弯截面系数124

6.7.4 等强度梁126

6.8 结论与讨论128

习题130

7 弯曲变形135

7.1 梁的位移-挠度和转角135

7.2 梁的挠曲线近似微分方程136

7.3 积分法计算梁的位移138

7.4 叠加法计算梁的挠度和转角142

7.5 简单静不定梁计算147

7.5.1 简单静不定梁的计算147

7.5.2 连续梁计算151

7.6 梁的刚度条件与合理刚度设计153

7.6.1 梁的刚度条件153

7.6.2 梁的合理刚度设计154

7.7 结论与讨论154

习题156

8 应力状态与强度理论160

8.1 应力状态的基本概念160

8.1.1 应力状态概述160

8.1.2 描述一点应力状态的基本方法161

8.2 平面应力状态下任意斜截面上的应力161

8.2.1 正负号规则161

8.2.2 平面应力状态中任意斜截面上的正应力与切应力162

8.3 应力状态中的主应力与最大切应力163

8.3.1 主平面、主应力与主方向163

8.3.2 平面应力状态的3个主应力164

8.3.3 面内最大切应力164

8.3.4 过一点所有斜截面中的最大切应力165

8.4 应力圆及其应用168

8.4.1 应力圆方程168

8.4.2 应力圆的画法168

8.4.3 应力圆的应用169

8.5 广义胡克定律170

8.6 强度理论概述171

8.7 经典强度理论和莫尔强度理论172

8.7.1 脆性断裂的强度理论172

8.7.2 塑性屈服破坏的强度理论173

8.7.3 四种强度理论的统一表达式175

8.7.4 莫尔强度理论175

8.8 薄壁压力容器的应力分析与强度设计简述178

8.8.1 薄壁容器中环向应力与纵向应力178

8.8.2 薄壁容器的强度设计180

8.9 结论与讨论180

习题182

9 能量法186

9.1 基本概念186

9.1.1 应变能与应变能密度186

9.1.2 体积改变能密度与畸变能密度187

9.1.3 不同载荷作用下的应变能187

9.2 互等定理189

9.2.1 功的互等定理189

9.2.2 位移互等定理190

9.3 虚功原理、各种受力形式下内力虚功的表达式191

9.3.1 虚功原理191

9.3.2 各种受力形式下的内力虚功191

9.4 莫尔定理193

9.5 卡氏定理195

9.5.1 卡氏第一定理195

9.5.2 卡氏第二定理196

9.6 图乘法198

9.7 对称性与反对称性201

9.7.1 对称结构的对称变形201

9.7.2 对称结构的反对称变形202

9.7.3 对称结构的一般变形及其简化203

9.8 力法与正则方程203

9.9 图乘法在求解静不定问题中的应用204

9.10 结论与讨论209

习题210

10 组合变形214

10.1 组合变形的基本概念和工程实例214

10.2 非对称纯弯曲梁的正应力计算215

10.2.1 非对称纯弯曲梁正应力的普遍公式216

10.2.2 广义弯曲正应力公式的讨论218

10.3 弯曲与轴向拉压共同作用下的应力计算221

10.3.1 横向力和轴向力共同作用221

10.3.2 偏心拉伸（压缩）222

10.3.3 截面核心225

10.4 弯曲与扭转共同作用下的应力计算227

10.5 结论和讨论233

习题233

11 压杆稳定238

11.1 压杆失稳破坏的工程实例238

11.2 压杆稳定的基本概念240

11.3 细长压杆临界力的欧拉公式241

11.3.1 两端铰支细长压杆的临界力241

11.3.2 不同刚性约束下细长压杆的临界力243

11.4 临界应力与临界应力总图244

11.4.1 临界应力与柔度244

11.4.2 三类不同压杆的失效形式244

11.4.3 三类压杆的临界应力公式245

11.4.4 临界应力总图与ls值的确定246

11.5 中心加载压杆稳定性计算249

11.5.1 稳定性条件和安全系数法249

11.5.2 折减系数法252

11.6 提高压杆承载能力的主要途径256

11.6.1 尽量减小压杆杆长256

11.6.2 选择合理的截面形式257

11.6.3 增强端部约束257

11.6.4 合理选择材料258

11.7 结论与讨论258

习题259

12 动载荷与疲劳强度概述262

12.1 动载荷概念和工程实例262

12.2 等加速度运动时构件上的惯性力与动应力计算263

12.3 旋转构件的受力分析与动应力计算265

12.4 冲击载荷与冲击应力计算270

12.4.1 计算冲击载荷所用的基本假定270

12.4.2 机械能守恒定律的应用270

12.4.3 冲击时动荷系数272

12.5 疲劳强度概述275

12.5.1 名词和术语275

12.5.2 疲劳失效特征277

12.6 疲劳极限与应力-寿命曲线278

12.6.1 影响疲劳极限的因素278

12.6.2 提高构件疲劳强度的途径280

12.7 疲劳强度的计算280

12.7.1 安全系数法280

12.7.2 等幅对称应力循环下的工作安全系数281

12.7.3 不对称应力循环下的工作安全系数282

12.7.4 弯扭组合交变应力状态下构件的安全系数283

12.8 结论与讨论285

习题285

13 材料力学实验指导288

13.1 单轴拉伸实验288

13.2 单轴压缩实验290

13.3 扭转实验292

13.4 材料弹性常数、泊松比的测定294

13.5 梁纯弯曲时的弯曲正应力测定296

13.6 弯扭组合变形297

13.7 其他实验简述300

13.8 结论与讨论304

附录A 平面图形的几何性质306

附录B 型钢规格表318

附录C 部分习题答案331

主要参考文献339