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内容简介

本书属于合肥学院模块化教学改革的一项内容，主要包含静力学分析、平面图形的几何性质、拉压、剪切、扭转及弯曲变形的内力、强度、刚度分析，以及应力状态和强度理论、组合变形等内容。本书通过引入大量的工程构件，将四大基本变形相近的内容进行知识重构，同时按照工程模型—力学模型—数学模型—计算模型的思路组织教学，并且通过编程解决计算问题。

本书可作为普通高等工科院校本科机械、近机类及成人教育等院校的工程力学教材，同时也可作为相关工程技术人员的参考用书。

目录

绪论
0.1 生活中的力学
0.2 工程中的力学
0.2.1 工程背景
0.2.2 工程力学的内容
0.2.3 研究方法
0.3 工程力学能力的养成
0.3.1 树立工程团队意识
0.3.2 用数学建立力学模型
0.3.3 勇于尝试、积极应用
阅读材料——工程力学的昨天、今天和明天

第1章 静力学基础
1.1 静力学的基本概念
1.1.1 力
1.1.2 刚体
1.2 静力学公理和定理
1.2.1 二力平衡公理
1.2.2 加减平衡力系公理
1.2.3 力的平行四边形公理
1.2.4 作用和反作用公理
1.3 约束和约束力
1.3.1 柔性约束
1.3.2 光滑接触面约束
1.3.3 光滑圆柱铰链约束
1.3.4 辊轴支座
1.3.5 球铰链
1.3.6 固定端约束
1.3.7 轴承约束
1.4 力矩
1.4.1 力对点之平面矩
1.4.2 力对点之空间矩
1.4.3 力对轴之矩
1.4.4 合力矩定理
1.5 力偶与力偶矩矢
1.5.1 力偶
1.5.2 力偶矩矢
1.5.3 力偶等效定理
1.5.4 力偶矩矢的合成
1.6 物体受力及变形分析
1.6.1 三种常见载荷形式
1.6.2 物体的受力分析
1.6.3 变形固体的基本假设
1.6.4 四种基本变形
1.7 典型工程案例的编程解决
1.8 小组合作解决问题
习题

第2章 力系及其平衡
2.1 主矢·主矩
2.2 力系的简化
2.2.1 力线平移定理
2.2.2 平面力系的简化
2.2.3 空间力系的简化
2.3 力系的平衡
2.3.1 平面力系的平衡
2.3.2 空间力系的平衡
2.3.3 干摩擦的平衡
2.4 计算机编程求解平衡问题
2.5 小组合作解决工程问题
2.6 典型工程案例的编程解决
习题

第3章 平面图形的几何性质
3.1 静矩
3.2 形心
3.2.1 积分法
3.2.2 组合法
3.3 惯性矩·惯性积·惯性半径
3.3.1 惯性矩
3.3.2 惯性积
3.3.3 主惯性轴和主惯性矩，形心主惯性轴和形心主惯性矩
3.3.4 平行移轴公式
3.4 转轴公式
习题

第4章 工程常用构件的变形及其内力分析 83��
4.1 工程常用构件 85��
4.1.1 拉压杆 86��
4.1.2 剪切杆 86��
4.1.3 扭转轴 87��
4.1.4 弯曲梁 87��
4.1.5 拉弯组合杆 89��
4.1.6 偏心压弯杆 89��
4.1.7 弯扭组合杆 90��
4.1.8 连接件 91��
4.1.9 组合杆/多轴杆——曲杆·刚架·桁架��
4.2 内力的求解方法
4.3 拉压内力——轴力
4.3.1 轴力
4.3.2 轴力图
4.4 扭转内力——扭矩
4.4.1 外力偶矩
4.4.2 扭矩
4.4.3 扭矩图
4.5 弯曲内力
4.5.1 剪力·弯矩
4.5.2 剪力图·弯矩图
4.5.3 剪力、弯矩和载荷集度、集中载荷的微积分关系及应用
4.6 组合内力——静定曲杆·刚架·桁架内力
4.6.1 曲杆内力
4.6.2 静定平面刚架内力
4.6.3 静定桁架内力
4.7 典型工程案例的编程解决
4.7.1 基本原理
4.7.2 Matlab编程计算弯曲内力的原理
4.8 小组合作解决工程问题
习题

第5章 工程常用杆件的强度分析
5.1 拉压应力及强度设计
5.1.1 材料在拉伸时的力学性能
5.1.2 材料在压缩时的力学性能
5.1.3 许用应力及安全系数
5.1.4 横截面应力
5.1.5 斜截面应力
5.1.6 圣维南原理·应力集中
5.1.7 强度条件及其应用
5.2 剪切、挤压及其实用计算
5.2.1 剪切及其实用计算
5.2.2 挤压及其实用计算
5.3 扭转切应力及强度设计
5.3.1 纯剪切·切应力互等
5.3.2 剪切胡克定律
5.3.3 扭转的切应力公式
5.3.4 应力集中
5.4 弯曲正应力及强度设计
5.4.1 纯弯曲正应力
5.4.2 细长梁弯曲正应力
5.4.3 纯弯曲正应力强度设计
5.5 弯曲切应力及强度设计
5.5.1 矩形截面梁弯曲切应力
5.5.2 工字截面梁弯曲切应力
5.5.3 圆形截面梁弯曲切应力
5.5.4 横力弯曲时梁的强度条件及应用
5.6 提高梁强度的措施
5.7 典型工程案例的编程解决
5.8 小组合作解决工程问题
习题

第6章 轴和梁的刚度设计/分析
6.1 轴向拉压杆的刚度设计
6.1.1 轴向变形与胡克定律
6.1.2 横向变形与泊松比
6.1.3 位移
6.2 扭转刚度设计
6.3 弯曲变形
6.3.1 弯曲变形的基本参数
6.3.2 用积分法求弯曲变形
6.3.3 求弯曲变形的叠加法
6.3.4 弯曲刚度
6.3.5 刚度的合理设计
6.3.6 提高弯曲刚度的措施
6.4 典型工程案例的编程解决
6.5 小组合作解决工程问题
习题

第7章 应力状态和强度理论
7.1 基本概念
7.1.1 一点处的应力状态
7.1.2 一点处应力状态的表示方法
7.1.3 一般应力状态下强度条件的建立方法
7.2 平面应力状态下的应力分析
7.2.1 解析法
7.2.2 几何法——应力圆法
7.3 空间应力状态下的应力分析
7.3.1 任意截面上的应力
7.3.2 最大切应力及其方位
7.4 广义胡克定律
7.4.1 广义胡克定律概述
7.4.2 总应变能密度
7.5 强度理论
7.5.1 第一强度理论——最大拉应力准则
7.5.2 第二强度理论——最大拉应变准则
7.5.3 第三强度理论——最大切应力准则
7.5.4 第四强度理论——畸变能密度准则
7.5.5 四种强度理论的适用范围
7.6 典型工程案例的编程解决
7.7 小组合作解决工程问题
习题

第8章 组合变形
8.1 组合变形概述
8.2 斜弯曲
8.3 拉伸（压缩）和弯曲的组合变形
8.3.1 轴向荷载与横向荷载同时作用
8.3.2 偏心加载
8.4 弯曲和扭转的组合变形
8.5 典型工程案例的编程解决
8.6 小组合作解决工程问题
习题

第9章 压杆稳定 284��
9.1 压杆稳定的概念 284��
9.2 压杆的临界荷载欧拉公式 286��
9.2.1 两端铰支细长压杆的临界载荷 286��
9.2.2 其他约束下细长压杆的临界载荷��
9.3 欧拉公式的适用范围、经验公式与临界应力总图
9.4 压杆的稳定性校核
9.5 提高压杆承载能力的措施
习题

第10章 能量法
10.1 概述
10.2 杆件的应变能计算
10.3 互等定理
10.4 莫尔积分及图乘法
习题

第11章 超静定结构
11.1 超静定系统概述
11.2 用力法解超静定结构
11.3 对称及反对称性质的利用
11.4 连续梁及三弯矩方程
习题

第12章 交变应力与疲劳强度
12.1 交变应力与疲劳失效
12.1.1 交变应力
12.1.2 疲劳
12.2 疲劳极限及其影响因素
12.2.1 疲劳极限
12.2.2 影响疲劳极限的因素
12.3.3 提高构件疲劳强度的措施
12.3 构件的疲劳强度计算
习题
附录 常用型钢规格表

前言/序言

国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020年)在高等教育方面做出重要规划，其中一项内容为“教师要把教学作为首要任务，不断提高教育教学水平；加强实验室、校内外实习基地、课程教材等教学基本建设，深化教学改革”。可见，加强课程教材的建设是提高高等教育质量的一个重要方面。

目前，工科工程力学类的教材几乎都是沿用前苏联的力学体系，虽然该体系完整、经典，但教材的形式、内容、方法在几十年内几乎没有什么变化，已经难以适应现代工程力学的需要，尤其对于应用型本科高校，更需要侧重于学生解决实际问题能力的培养，特别在计算能力及分析能力方面。

2014年合肥学院模块化教学改革获得了国家级教学成果一等奖，也是安徽省高等教育的重大突破。工程力学这个模块，作为机械设计制造及其自动化和材料成型及控制工程专业的模块化培养方案的一个专业基础模块，其教学效果直接关系到后续模块的教学，有着重要的作用。因此，从工程需要的能力出发，对工程力学进行了模块化教学改革，其思路如下图：

为此，通过模块化改革，变知识输出为能力输出，针对原来的静力学和材料力学课程，本书通过知识重构进行了以下改革：

(1) 针对研究对象，引入工程常用构件，包含综合使用的构件，如组合变形杆、连接件、曲杆、刚架及桁架，使学生知道学之所用及如何应用，为学生建立工程模型的概念，以培养学生力学方面的兴趣，增强学习的目的性和目标性。

(2) 在内容方面，从横向比较到纵向深入，将拉压、剪切、扭转及弯曲四大基本变形相近的内容如内力、应力、变形进行重组， 先横向比较，再纵向深入，形成单独的三章，即“工程常用构件的变形及其内力分析”、“工程常用杆件的强度分析”、“轴和梁的刚度设计分析”，便于学生通过横向比较，增强学习能力，同时加上实际工程案例进行力学模型、数学模型、算法模型的分析、解决，有助于加深学生从力学现象到力学本质的认识，并体会到相应知识的应用。

(3) 在教法、学法方面，以学生为本，以解决工程问题为目的，将问题式、讨论式、自主式等教学模式融入教材，突破“老师先讲、学生后学练”的传统式做法。通过工程或生活问题引导， 激发学生的兴趣，形成“学生团队先学—教师精讲—学生再学—教师辅导”的循环递进模式， 以培养学生的自主学习能力，锻炼合作交流能力。

(4) 在工程图形的处理方面，改变当前的平面式、简化式做法，实行三维式、实景式处理；摒弃简化的平面图模型，以实际三维模型为基础，强化真实感。

(5) 在计算方面，改变传统的手算，通过Matlab编程，实现求解过程程式化，将学生从大量繁琐的计算中解放出来，既培养了学生的学习能力，又提高了学生的逻辑思维能力，并且提高了计算准确度和速度，为进行复杂的工程计算打下了基础。

总之，本书以学生为本，从研究对象、内容、教学模式、工程问题的处理以及计算手段方面，进行了一些新的尝试，强化培养学生自主学习的能力及解决工程问题的能力。

参加本书编写的人员有：上海电力学院的纪冬梅（第1章、第2章、第3章），合肥学院的徐启圣（第4章、第5章、第6章），三联学院的王艳梅（第7章、第8章），上海电力学院的袁斌霞（第9章、第10章），上海电力学院的李敏（第11章、第12章）。同时，许泽银教授、赵茂俞教授、张远斌教授、谭敏教授对本书的编写提出了许多宝贵建议，管正华、张哲等同学参与了部分例题、习题的绘图及相关资料的收集，在此均表示感谢。

由于时间、能力所限，书中难免存在不足之处，请读者不吝指正。

编 者

2017年7月于合肥

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