程 北京市高等教育精品教材立项项目 国家 高等院校精品教材系列·工程力学模块化系列教材 Mechanics of Materials I 材料力学I 汪越胜 梁小燕 主编 電子工業出版社. PUBLISHING HOUSE OF ELECTRONICS INOUSTRY http:/www.phei.com.cn
序力学是大多数工程科学，如土木工程、机械工程、材料工程、航空航天、能源动力、交通运输、化工等的基础，是工科学生学习专业知识和技能的基础课程。不仅如此，力学还有着不同于其他学科的思维方式，是理工科学生应普遍接受的思维训练之一。目前，我校的“工程力学”课程被评为国家级精品课程。经过多年的教学实践，并根据教育部力学课程指导委员会组织讨论的教学基本要求和各专业的培养目标、培养计划，进行了从课程体系、教学内容到教学方法、教学手段等全方位的改革，现已形成了一个针对不同专业的、分层次的课程体系。例如，对于土木类的专业，根据其专业特点及后续课程的需求，强调静力学和材料力学部分的知识：而对于机电类的专业，则更加注重运动学、动力学等知识；对于其他短学时的课程，则着重于静力学和材料力学最基础的知识。同时，还从学生的实际情况出发，实行分级教学：A级为优秀学生班级，重点培养拔尖人才；B级为一般水平学生班级，教学要求比教育部颁布的基本要求稍高；C级为基础及能力较差的学生班级，课程教学按教育部颁布的教学基本要求执行。为了适应不同专业的需求，一般是编写不同的教材；而对于不同层次的分级教学，则主要由老师根据实际情况做出不同的取舍。针对这种情况，我们编写了这套适用于不同专业和层次的工程力学模块化的教材，共分为4册：第1册为《静力学》；第2册为《运动学和动力学》；第3册为《材料力学I》，包括材料力学的基础部分内容：第4册为《材料力学Ⅱ》，包括材料力学的扩展内容。不管什么专业，只要是有力学教学的需要，都可以通过自行选择不同的分册来得到满足。例如，对于土木类可选择第1～3册和第4册部分内容：机电类可选择第1～3册：其他工科短学时可选择第1、3册：数理学科的学生学习经典力学，则可选择第1、2册。在每册中还可灵活取舍内容，根据学生对先修课程掌握的情况而进行分级教学。除了上面提到的模块化特点以外，本套教材的编写还突出了以下特色。（I）由浅入深，不断强化。每部分内容都采取由浅入深的讲述方式，便于自学和理解。但在后续讲述中会不断将前面内容系统化，并强调后续内容与先期内容的联系。(2）明确知识要点，加强知识点的联系。工程力学中的知识点很多，虽然在解决实际的工程问题中最终都会起到作用，但学生在学习过程中对这些知识点的理解却是相对孤立的。因此，站在一定的高度，阐明各知识点之间的联系和最终其所发挥的作用，这将非常有利于学生真正掌握力学的思想和解决问题的能力。（3）从力学模型的建立和简化到直接的工程应用。每部分内容都围绕“力引起物体的运动和变形”这一力学的核心思想，由浅入深地讲述从力学模型的建立、简化直至结果结论的工程应用。采取研究型教学的思想，先提出问题和要达到的目的，再讲述为达目的如何建立数学力学模型并简化。(4）强调力学与数学的联系。包括力学模型的数学化、数学公式的力学图像解释和理解。(5）定量和定性分析相结合。通过例题和习题，在定量分析结果的基础上尽可能总结出定性的结论，以帮助学生加强对力学概念的理解，以及获取直接的工程经验。（6）习题分级。将习题分成三级：基本题、提高题、研究型题，以适应不同专业、不同层次的学生。限于编者的水平，本套教材作为尝试，自然在某些方面会存在不足和疏漏，悬请有关专家、教师、学生随时提出批评和建议，以便我们改进和提高。编者（yswang@bjtu.edu.cn）2012年于北京交通大学·III:
前言材料力学以细长杆件为研究对象，研究其在外载荷作用下的强度、刚度、稳定性问题，涉及杆件在拉伸、压缩、剪切、扭转和弯曲等基本变形及组合变形下的内力、应力、变形、能量等的分析计算，以及压杆的稳定性分析，属于连续变形体力学的初步知识，是一一些相关工程学科（如土木、机械、航空航天等）后续专业课程的基础。为了使学生对连续变形体力学有一个整体的初步了解和认识，本教材在第1章对变形固体力学的基本假设，以及材料力学的任务、研究对象、研究思路和方法、研究内容、基本概念等进行了简单介绍。为了便于学生“循序渐进，由浅入深”地学习，本教材在第2章讲述拉伸/压缩基本变形时，便从最朴素的思想出发介绍了超静定问题的求解和能量方法的应用，并在以后每种基本变形的讲授中，由浅入深地介绍了相关的内容。同时，这样的安排针对不同专业的要求并不失适用性，对于少学时的课程可以略去这些内容。本教材的内容和编排便于学生自学。一些较深入的知识以研究性习题的方式出现，对基础好、兴趣高的学生，可将这些习题作为扩展知识深入学习，教师亦可选择部分讲授。本教材第1章绪论主要由汪越胜撰写，祝瑛提供了部分材料，蒋永莉和梁小燕提出了部分修改意见：第2、6章由蒋永莉完成初稿，第3～5章和附录A由邹翠荣完成初稿，第7、8章由梁小燕完成初稿，第9、10章由祝瑛完成初稿，附录B、附录C由祝瑛整理完成。最后，由汪越胜对所有章节进行了内容调整和逐字逐句地修改完善，并对思考题和习题进行了调整、补充。梁小燕、蒋永莉也对整本书稿进行了审核、修改。在编写过程中，参考了相关材料力学系列的教材，编者在此表示感谢。由于编者的水平所限，疏漏之处在所难免，请广大读者批评指正。编者（lxy@bjtu.edu.cn）·IV
目录第1章绪论1.1材料力学的任务和研究对象-1.2变形固体力学的基本假设1.3外力、内力和应力1.4变形和应变1.5应力与应变的关系1.6材料力学的研究内容和思路小结.12思考题·12习题·12第2章轴向拉伸与压缩-142.1轴向拉伸与压缩的概念142.2轴力与轴力图·142.3轴向拉压杆件的应力172.3.1轴向拉压杆件横截面上的应力.172.3.2轴向拉压杆件斜截面上的应力212.4材料拉伸压缩时的力学性能-212.4.1低碳钢拉伸时的力学性能…-222.4.2其他材料拉伸时的力学性能242.4.3材料压缩时的力学性能242.5拉伸与压缩的强度计算.?252.6轴向拉伸与压缩时的变形.282.7简单拉压超静定问题322.7.1超静定的概念及解法：322.7.2温度应力和装配应力.352.8轴向拉压杆件的应变能372.9连接构件的强度计算41小结.·45思考题·.47习题·47第3章扭转533.1扭转的概念及实例533.2外力偶矩、扭矩与扭矩图533.3薄壁圆筒的扭转—纯剪切..563.4圆轴扭转的应力和强度58.V
583.4.1等直圆轴扭转时横截面上的应力-613.4.2等直圆轴扭转时斜截面上的应力623.4.3圆轴扭转的强度条件等直圆杆扭转的变形和刚度条件653.53.6扭转超静定问题-68.-713.7扭转杆件的应变能和能量方法.3.8非圆杆件的扭转-73小结·.76思考题·.78习题78第4章弯曲内力.834.1弯曲的概念及梁的简化模型83834.1.1弯曲的概念·844.1.2梁的简化模型844.1.3静定梁的基本形式和超静定梁854.2梁的内力和内力图854.2.1梁的内力—剪力和弯矩..864.2.2内力方程和内力图4.3载荷-剪力-弯矩微分关系934.4平面曲杆.99.-100小结.100思考题·习题·101弯曲应力-106第5章5.1纯弯曲1061065.1.1纯弯曲的概念1065.1.2纯弯曲的正应力1095.2横力弯曲时的正应力及强度条件1135.3横力弯曲时的切应力及强度条件.:1145.3.1横力弯曲时的切应力1185.3.2横力弯曲时的切应力强度条件1205.4提高梁强度的措施:1245.5非对称弯曲、斜弯曲5.6开口薄壁杆件的弯曲切应力、弯曲中心131小结…...134思考题·+135习题·136第6章弯曲变形1436.1弯曲变形的表征143? VI: