本教材根據(jù)教育部高等學(xué)校力學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委員會制定的“工程力學(xué)課程教學(xué)基本要求”,吸收國內(nèi)外優(yōu)秀教材的精華,尤其是德國教材所具有的起點高、內(nèi)容廣、簡明扼要的優(yōu)點,結(jié)合作者20多年從事基礎(chǔ)力學(xué)教學(xué)的豐富經(jīng)驗編寫而成,是面向?qū)αW(xué)知識有一定要求的非機械專業(yè)的少學(xué)時“工程力學(xué)”課程新型教材,以適應(yīng)現(xiàn)代教學(xué)改革的更高要求。本教材分為兩篇:第一篇為理論力學(xué),包括力系的簡化、力系的平衡、點的運動學(xué)、剛體運動學(xué)、點的復(fù)合運動、質(zhì)點運動微分方程、達朗貝爾原理、動能定理和動量原理;第二篇為材料力學(xué),包括材料力學(xué)緒論、應(yīng)力狀態(tài)理論、桿的拉伸與壓縮、扭轉(zhuǎn)、梁的彎曲應(yīng)力、梁的彎曲變形、強度理論與組合變形、能量原理和壓桿穩(wěn)定。
李海龍,本科就讀于湖南大學(xué),工程力學(xué)專業(yè);碩士就讀于北京理工大學(xué),固體力學(xué)專業(yè);迄今一直在北京理工大學(xué)任教。
第一篇 理論力學(xué)
第1章 力系的簡化
1.1靜力學(xué)原理
1.2力系的簡化
1.3物體的重心
1.4約束和約束力
1.5物體的受力分析和受力圖
習(xí)題
第2章 力系的平衡
2.1力系的平衡方程
2.2桁架
2.3摩擦
習(xí)題
第3章 點的運動學(xué)
3.1點的運動方程、速度與加速度 第一篇 理論力學(xué)
第1章 力系的簡化
1.1靜力學(xué)原理
1.2力系的簡化
1.3物體的重心
1.4約束和約束力
1.5物體的受力分析和受力圖
習(xí)題
第2章 力系的平衡
2.1力系的平衡方程
2.2桁架
2.3摩擦
習(xí)題
第3章 點的運動學(xué)
3.1點的運動方程、速度與加速度
3.2不同坐標系中點的運動方程、速度與加速度
習(xí)題
第4章 剛體的運動
4.1剛體的一般運動
4.2剛體的基本運動
4.3剛體的平面運動
習(xí)題
第5章 點的復(fù)合運動
5.1絕對運動、相對運動和牽連運動
5.2點的速度合成定理
5.3點的加速度合成定理
習(xí)題
第6章 質(zhì)點運動微分方程
6.1動力學(xué)基本定律
6.2質(zhì)點運動微分方程
習(xí)題
第7章 達朗貝爾原理
7.1慣性力和質(zhì)點的達朗貝爾原理
7.2質(zhì)點系的達朗貝爾原理
7.3剛體的轉(zhuǎn)動慣量與慣性積
7.4剛體慣性力系的簡化
習(xí)題
第8章 動能定理
8.1力的功
8.2動能定理
8.3剛體的動能
8.4機械能守恒定律
習(xí)題
第9章 動量原理
9.1動量定理
9.2動量矩定理
習(xí)題
第二篇 材料力學(xué)
第10章 緒論
10.1引言
10.2桿的基本變形
10.3材料力學(xué)的基本問題和任務(wù)
第11章 應(yīng)力狀態(tài)理論
11.1應(yīng)力和應(yīng)變
11.2剪應(yīng)力和剪應(yīng)變
11.3應(yīng)力狀態(tài)
11.4廣義胡克定律
習(xí)題
第12章 桿的拉伸與壓縮
12.1桿拉壓時的應(yīng)力與變形
12.2拉壓時材料的力學(xué)性能
12.3桿拉壓時的強度計算
12.4簡單的拉(壓)靜不定問題
12.5應(yīng)力集中的概念
習(xí)題
第13章 扭轉(zhuǎn)
13.1外力偶與扭矩
13.2圓軸扭轉(zhuǎn)時的應(yīng)力與變形
13.3圓軸的強度條件與剛度條件
習(xí)題
第14章 梁的彎曲應(yīng)力
14.1平面彎曲的概念
14.2梁的內(nèi)力
14.3載荷集度、剪力和彎矩間的微分關(guān)系
14.4平面圖形的幾何性質(zhì)
14.5梁的彎曲正應(yīng)力
14.6梁的彎曲剪應(yīng)力
14.7梁的彎曲強度計算
14.8*開口薄壁截面梁的彎曲中心
習(xí)題
第15章 梁的彎曲變形
15.1梁的撓曲線微分方程、剛度條件
15.2用積分法計算梁的變形
15.3用疊加法計算梁的變形
15.4*兩次剛化法
15.5簡單的彎曲靜不定問題
習(xí)題
第16章 強度理論與組合變形
16.1強度理論
16.2組合變形
16.2.1拉(壓)與彎曲
16.2.2彎曲與扭轉(zhuǎn)
習(xí)題
第17章 能量原理
17.1應(yīng)變能
17.2桿件彈性應(yīng)變能的計算
17.2.1軸向拉伸與壓縮
17.2.2扭轉(zhuǎn)
17.2.3彎曲
17.2.4組合變形桿的應(yīng)變能
17.3功的互等定理
17.4卡氏定理
17.5單位載荷法
17.6沖擊載荷
習(xí)題
第18章 壓桿穩(wěn)定
18.1壓桿穩(wěn)定的概念
18.2細長壓桿臨界力的求法
18.3歐拉公式的適用范圍
18.4壓桿的穩(wěn)定性條件及應(yīng)用
習(xí)題
附錄A 簡單均質(zhì)幾何體的質(zhì)心、轉(zhuǎn)動慣量和慣性積
附錄B 梁在簡單載荷作用下的變形
習(xí)題參考答案
參考文獻
前言
工程力學(xué)是高等工科院校的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課,具有理論性強、內(nèi)容豐富、題量大、題型多等特點。本教材包括了理論力學(xué)和材料力學(xué)的主要內(nèi)容。在編排上,采用理論力學(xué)、材料力學(xué)各自獨立的體系結(jié)構(gòu),理論力學(xué)采用“靜力學(xué)-運動學(xué)-動力學(xué)”的體系結(jié)構(gòu),材料力學(xué)采用“應(yīng)力分析-基本變形-組合變形-能量法-壓桿穩(wěn)定”的體系結(jié)構(gòu),按64~80學(xué)時編寫,適用于大學(xué)本科“工程力學(xué)”課程少學(xué)時非機械專業(yè)的教學(xué)之用。
目前,少學(xué)時的工程力學(xué)教材大多是從后續(xù)的專業(yè)課程的實際需要出發(fā),按照“夠用為度”的原則,采用從多學(xué)時的理論力學(xué)和材料力學(xué)中去掉一些理論推演,刪減較難內(nèi)容,經(jīng)重新編排內(nèi)容體系而成,但理論推演實際上是工程力學(xué)的精華部分,盲目“刪繁就簡”和“刪難就易”也會使知識面大為減少;還有少部分少學(xué)時工程力學(xué)教材,其內(nèi)容是涵蓋了理論力學(xué)和材料力學(xué)的主要知識,但由于知識點眾多而學(xué)時數(shù)有限,教材在內(nèi)容的編排上往往面面俱到而難于深入和嚴謹。針對以上情況,為了能夠融合我國傳統(tǒng)教材理論性強、嚴謹、系統(tǒng)全面的優(yōu)點與歐美教材(尤其是德國教材)所具有的起點高、內(nèi)容廣、簡明扼要的特點,作者在近幾年做了一些有益的探索工作,主要體現(xiàn)在以下幾個方面。
。1)在保持少學(xué)時的剛性條件下,加強了基礎(chǔ)理論部分的內(nèi)容。以矢量運算作為數(shù)學(xué)工具,使力學(xué)基本概念和基本原理的數(shù)學(xué)描述簡潔;采用從一般到特殊的內(nèi)容體系,極大地加強了基本理論的嚴謹性和知識體系的系統(tǒng)性。例如,在運動學(xué)中,從剛體一般運動的討論開始(篇幅不多),很容易就過渡到剛體的平移、定軸轉(zhuǎn)動和平面運動,同時也為點的復(fù)合運動的速度和加速度合成公式的一般性推導(dǎo)提供了強有力的理論支持,在這兩章中都用較少的篇幅加強了加速度分析,而以前少學(xué)時的工程力學(xué)教材對加速度分析的介紹都比較少;通過達朗貝爾原理的一般理論推導(dǎo),結(jié)合運動學(xué)部分已打下的堅實基礎(chǔ),可將達朗貝爾原理應(yīng)用到一般平面運動剛體的動力學(xué)問題中以及定點運動剛體的穩(wěn)定轉(zhuǎn)動問題中(此時剛體變成了定軸轉(zhuǎn)動),有效地克服了以前少學(xué)時的工程力學(xué)教材只將達朗貝爾原理應(yīng)用于平移和定軸轉(zhuǎn)動剛體動力學(xué)問題求解的情況。
。2)結(jié)合相關(guān)理論結(jié)果,簡明扼要地推廣其應(yīng)用,使教材所包含的內(nèi)容較為廣泛。例如,在梁的彎曲變形中,通過積分法計算梁的變形的基本理論的簡要介紹,由幾個簡單例題就將之應(yīng)用于具有彈性支承和初始小撓度梁的計算中去;通過能量法這一種計算結(jié)構(gòu)位移的一般性方法的簡要介紹,由幾個簡單例題將之應(yīng)用于桁架、剛架、曲梁的位移計算以及沖擊載荷作用下結(jié)構(gòu)位移的計算中。這樣,在增加很少篇幅的情況下就使材料力學(xué)的內(nèi)容變得更為深廣。對兩次剛化法從原理上進行數(shù)學(xué)論證,本教材第一次成功將此方法應(yīng)用于求簡支梁指定截面的位移上,其他教材的兩次剛化法只應(yīng)用到求懸臂梁或外伸梁或剛架指定截面的位移情況,沒有應(yīng)用到簡支梁的情況;教材指出了工字截面梁腹板剪應(yīng)力近似公式(即腹板剪應(yīng)力近似等于橫截面剪力除以腹板面積,大部分材料力學(xué)教材都介紹了這個近似公式)存在嚴重問題,這是從鐵摩辛柯著的《材料力學(xué)》中來的,問題來源于一個數(shù)學(xué)推理錯誤,對No?63c工字鋼,腹板上的最大剪應(yīng)力和最小剪應(yīng)力可相差60%以上。
(3)提高了例題的典型性,加強了部分例題的難度。其目的是使讀者領(lǐng)會正確的解題思路,掌握基本的分析方法和計算技能,提高對基本概念和基本理論的理解,能起到觸類旁通、舉一反三的作用。
(4)各章習(xí)題按照先概念題、后計算題安排,強化學(xué)生對基本概念、基本理論的準確理解和基本方法的熟練掌握,部分習(xí)題有一定難度,有利于引導(dǎo)少數(shù)學(xué)有余力的學(xué)生深入理解課程內(nèi)容。
(5)部分內(nèi)容以*號形式出現(xiàn),是為部分學(xué)有余力的學(xué)生作為參考資料準備的,并不做教學(xué)要求,有利于分層次設(shè)計教學(xué)。
本教材由李海龍老師、梅鳳翔老師編著,是作者在北京理工大學(xué)多年教學(xué)所使用的講義經(jīng)修改完善而成。工程力學(xué)課程組的張強、汪小明、尚玫、趙穎濤、趙希淑、劉曉寧、田強等老師在教材的編寫過程中也參與了部分工作。
全國優(yōu)秀教師、第三屆北京市高等學(xué)校教學(xué)名師獎獲得者水小平教授對本教材進行了認真仔細的審閱,提出了許多寶貴的修改意見,并在李海龍老師的教學(xué)探索過程中不斷給予鼓勵和支持。在本教材編寫過程中,得到了北京理工大學(xué)宇航學(xué)院工程力學(xué)課程組的同事們的大力支持與熱情幫助。電子工業(yè)出版社對本教材的出版付出了辛勤的工作和有力的支持。在此,作者一并表示衷心的感謝。
限于作者的水平,書中難免有不少缺點和欠妥之處,懇請讀者批評指正。
李海龍 梅鳳翔
2013年9月