工程力学:Ⅱ+2

内容简介

本书是“十四五”普通高等教育规划教材。 本书共分10章，主要内括拉伸与压缩、扭转、弯曲内力、弯曲应力、弯曲变形、应力状态与强度理论、组合变形与连接件计算、压杆稳定、动荷载和能量法。本书为满足应用型工科院校力学教学的要求，突出了工程观念的培养和力学在工程中的应用。编入密切联系工程实际的例题与以例释理，以便教师选用和学生练。在编写过程中，注意通过对工程实例的简化和比较，培养学生建立力学模型和解决实际问题的能力。 本书可作为应用型大学土木工程类专业教材，也可供有关工程技术人员参考。

目录

前言绪论1§0.1工程力学(Ⅱ)的任务和研究方法1§0.2变形固体及其基本假设2§0.3杆件变形的基本形式2第1章拉伸与压缩4§1.1轴向拉伸与压缩的概念及实例4§1.2内力及轴力与轴力图5§1.3应力及拉伸或压缩杆的应力9§1.4拉伸或压缩杆的变形12§1.5拉伸或压缩时材料的力学能18§1.6拉伸或压缩杆的强度计算24§1.7拉压超静定问题28§1.8工程应用实训313第2章扭转40§2.1扭转的概念及工程实例40§2.2外力偶矩及扭矩与扭矩图41§2.3薄壁圆筒的扭转44§2.4扭转圆形截面轴的应力与强度计算46§2.5扭转圆形截面轴的变形与刚度计算50§2.6矩形截面轴扭转的概念54§2.7工程应用实训567第3章弯曲内力61§3.1对称弯曲的概念及工程实例61§3.2梁的计算简图62§3.3剪力与弯矩66§3.4剪力图与弯矩图70§3.5荷载集度、剪力及弯矩之间的微分关系73§3.6用微分关系作剪力图和弯矩图75§3.7用叠加法作弯矩图78§3.8工程应用实训823第4章弯曲应力90§4.1纯弯曲时梁横截面上的正应力90§4.2惯矩行轴定理94§4.3弯曲正应力的强度计算96§4.4梁横截面上的切应力99§4.5弯曲切应力的强度计算100§4.6提高梁弯曲强度的措施102§4.7工程应用实训10405第5章弯曲变形110§5.1梁的转角和挠度110§5.2用积分法求梁的变形111§5.3用叠加法求梁的变形113§5.4梁的刚度计算及提高弯曲刚度的措施116§5.5简单超静定梁118§5.6工程应用实训12021第6章应力状态与强度理论125§6.1应力状态的概念及工程实例125§6.面应力状态分析128§6.3空间应力状态135§6.4广义胡克定律137§6.5复杂应力状态下的应变能密度139§6.6强度理论的概念140§6.7工程中常用的强度理论141§6.8工程应用实训14647第7章组合变形与连接件实用计算154§7.1组合变形的概念及工程实例154§7.2两个互相垂面内的弯曲155§7.3拉伸或压缩与弯曲的组合157§7.4偏心压缩与截面核心162§7.5弯曲与扭转的组合165§7.6连接件实用计算170§7.7工程应用实训17575第8章压杆稳定185§8.1压杆稳定的概念及工程实例185§8.2细长压杆的临界力186§8.3非细长压杆的临界应力191§8.4压杆的稳定计算194§8.5提高压杆稳定的措施201§8.6工程应用实训20203第9章动荷载与疲劳强度208§9.1匀加速直线运动构件的动应力208§9.2匀速转动构件的动应力210§9.3受冲击构件的应力与变形211§9.4疲劳强度216§9.5工程应用实训21919第10章能量方法225§10.1杆件的应变能225§10.2卡氏定理228§10.3单位荷载法与莫尔积分231§10.4计算莫尔积分的图乘法236§10.5工程应用实训23939附录热轧普通型钢规格245

摘要与插图

绪论

§0．pan>工程力学(Ⅱ)的任务和研究方法

在土木工程中，由土木工程材料按方式组成用以承受荷载并完成指能的构筑物，统称为结构，如桥梁、摩天大楼、厂房、电视塔和水坝等。按照方式组成复杂结构的每个基本组成部分，如杆、柱、梁和板等，通常称为构件。一切构件都是由同体形态的材料制成的。在外力作用下，构件的几何形状和尺大小都要发生程度的改变·这种改变称为变形。若所受外力不断增加，后构件会破坏。

工程构件在外力作用下丧失正能的现象称为失效。工程构件的失效形式很多·通常可分为三类：

，是指构件在外力作用下发生断裂或产生不可恢复的变形；

刚度失效，是指构件在外力作用下产生过大的弹变形；

稳定失效，是指构件在轴向压力作用下其原衡形态发生突然转变。

在土木工程中，为保证结构能正常工作而不失效，要求各个构件都必须具有足够的强度、刚度和稳定。不仅要求每个构件既又适用，而且还是经济的。、适用和经济是任何工程构件和结构必须满足的三个基本要求。

在研究构件的强度、刚度和稳定时，还应了解材料在外力作用下的力学能，材料的力学能要由材料试验来测定。因此，研究材料的力学能也是本书的重要内容。

工程力学(Ⅱ)的任务是研究各种材料及构件在外力作用下所表现出的力学能，在满足强度、刚度和稳定的条件下，为工程构件的力学设计提供必要的理论基础和分析计算方法，以保证设计出的构件能够满足、适用和经济的要求。

工程力学(Ⅱ)中所研究的问题，都是工程或牛活实际中的问题。遵循认识论的规律，其研究方法首先是从生活、工程或试验中观察各种现象，从复杂的现象中抓住共，找出反映事物本质的主要因素，略去次要因素，经过简化，把实际物体抽象为力学模型，建立力学模型是工程力学研究方法中很重要的一个步骤。因为实际中的力学问题往往是很复杂的，这需要对同一个研究对象，为了不同的研究目的行多次试验、反复观察、仔细分析，抓住问题的本质，做出正确的假设，使问题简化，从而达到在满足度的要求下用简单的模型解决问题的目的。

工程力学(Ⅱ)的研究与数学有着密切的关系，建立了力学模型以后，还要按照力学的基本概念和定理，对力学模行数学描述，建立力学量之间的数量关系，得到力学方程，即数学模型。然后，经过逻辑推理和数学演行理论分析和计算，或用计算机求数值解。后，所得到的结果和结论是否正确，还一步通过试验或工程实践来检验。

§0．2变形固体及其基本假设

工程力学(Ⅱ)研究构件的强度、刚度、稳定等问题，物体的变形将成为主要矛盾，将物体视为变形固体。任何固体在外力作用下均将发生变形．若卸除外力后能消失的变形，称为弹变形；不能消失而残留下来的那一部分变形，则称为塑变形。

变形固体有多方面的属，研究的角度不同，侧重面也不一样。本书从宏观的角度研究物体内部的受力和变形规律，为得到简化的力学模型，一般认为变形固体具有如下基本属：

(pan style="font-family:宋体">均匀、连续。实际变形固体的材料，从微观层次看是不连续的，因为组成固体的粒子之间存在空隙。但这种空隙与构件的尺相比微小，于是可理想化地认为固体内部毫无空隙地充满了物质，这是变形固体的连续假设。另外，组成固体的粒子，彼此的物理质并不相同，但因构件的任一部分含为数极多的微小粒子，而且无规则地排列着，从统均的角度看，认为由同一种材料组成的构件，各处的物理质是相同的，这是变形固体的均匀假设。

根据变形固体的均匀、连续假设，可以从固体内任意截取一部分来研究，且在外力作用下引起的内力、应力、应变等力学量均可表示为坐标的连续函数，以便行数学分析。

同时还应指出，在正常工作条件下，变形前连续的固体，变形后仍应保持其连续，即变形固体的相邻部分既不引起空隙也不产生重叠的现象，这种变形连续的条件称为几何相容条件。

(2)各向同与各向异。材料沿不同方向上的力学能都相同，称为各向同；沿不同方向的力学能不同，称为各向异。绝大多数材料，如金属、工程塑料、搅拌均匀的混凝土等，都可视作各向同材料。例如，金属从微观上看是多晶体材料，单个晶体的力学能是有方向的，但由于各晶体是排列的，在宏观上表现为各向同。

有些材料，如木材、纤维增强复合材料，其整体的力学能具有明显的方向，则应看作各向异材料。

工程力学(Ⅱ)主要研究均匀、连续、各向同的变形固体，且通常限于研究在弹变形范围内和小变形条件下的问题。

§0．3杆件变形的基本形式

若构件的长度远大于其横向尺，称为杆。杆的各横截面形心的连线称为杆的轴线。根据杆的轴线是曲线还是直线，可将杆分为曲杆及直杆；根据各横截面相等或不等，又可将杆分为等截面杆及变截面杆。工程力学(Ⅱ)的主要研究对象是杆，而且多为直杆。实际构件的形状有时相当复杂，不过往往可似地应用杆的概行分析和研究。

由于外力的作用，杆件产生的变形有下列几种基本形式。

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