工程力学(张洪伟)

本书将理论力学和材料力学的基本内容有机地融合为一个整体，主要内容包括：静力学基本公理和物体的受力分析，平面力系，空间力系，材料力学的基本知识，轴向拉伸与压缩、剪切与挤压，扭转，梁的弯曲，应力状态与强度理论，组合变形，压杆稳定，等等。 本书以理论知识适度为原则，简化推导过程，注重理论联系实际，引入较多工程实例，突出应用性，使学生在较短时间内掌握静力学基本的理论知识，熟悉构件的强度、刚度、稳定性问题，为后续专业课的学习打好基础。结合本科层次学生的特点，将工程力学知识和ANSYS应用相结合，以ANSYS软件应用为中心，借助于ANSYS19.0软件平台，结合工程力学知识点，在每章节通过实例讲解ANSYS具体工程应用方法及实现；系统讲解软件操作步骤，有限元模拟过程及相关注意事项；所述实例基于GUI方式，由浅入深详细讲解每一步操作过程，帮助学生积累实际操作经验，加深学生对于力学知识的理解和掌握，为后续复杂工程问题的力学建模及有限元分析提供基础。 本书可作为高等院校机械类专业以及近机械类专业“工程力学”课程的配套教材使用，也可供有关工程技术人员参考。

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绪论 1 工程力学的研究对象及力学模型 2 工程力学的研究内容及任务 2 工程力学的研究方法 3 第1章　静力学基本公理和物体的受力分析 4 1.1　静力学的基本公理 5 1.2　约束与约束力 6 1.2.1　约束与约束力的概念 6 1.2.2　约束的基本类型及其约束力 6 1.3　物体的受力分析及受力图 8 1.4　本章小结 10 思考题 10 习题 10 软件应用 11 拓展阅读 12 第2章　平面力系 13 2.1　平面汇交力系 14 2.1.1　平面汇交力系合成的几何法 14 2.1.2　平面汇交力系平衡的几何条件 15 2.1.3　平面汇交力系合成的解析法 15 2.1.4　平面汇交力系的平衡方程 16 2.2　平面力对点的矩与平面力偶 16 2.2.1　平面力对点的矩（力矩） 16 2.2.2　平面力偶 17 2.3　平面一般力系的简化 18 2.3.1　力的平移定理 18 2.3.2　平面一般力系向作用面内一点的简化 19 2.3.3　平面一般力系的简化结果分析 20 2.4　平面一般力系的平衡条件 21 2.5　物体系统的平衡 21 2.5.1　物体系统的概念 21 2.5.2　静定与超静定问题 21 2.5.3　物体系统的平衡求解 22 2.6　考虑摩擦时物体的平衡 23 2.6.1　滑动摩擦 23 2.6.2　考虑摩擦时物体的平衡问题求解 25 2.7　本章小结 27 思考题 27 习题 27 软件应用 30 拓展阅读 34 第3章　空间力系 36 3.1　力在空间直角坐标轴上的投影 37 3.1.1　直接（一次）投影法 37 3.1.2　间接（二次）投影法 37 3.2　空间力对点的矩和对轴的矩 38 3.2.1　力对点的矩 38 3.2.2　力对轴的矩 39 3.2.3　力对点的矩与力对轴的矩的关系 40 3.3　空间力偶系 40 3.3.1　力偶矩矢 40 3.3.2　空间力偶系的合成与平衡条件 41 3.4　空间一般力系的平衡条件 42 3.4.1　空间一般力系的简化 42 3.4.2　空间一般力系的平衡方程 42 3.5　本章小结 44 思考题 44 习题 44 软件应用 46 拓展阅读 51 第4章　材料力学的基本知识 53 4.1　变形固体的基本假设 54 4.2　内力、截面法与应力 55 4.2.1　内力的概念 55 4.2.2　截面法 55 4.2.3　杆件的内力分量 56 4.2.4　应力 56 4.3　应变 57 4.4　杆件变形的基本形式 58 4.5　本章小结 60 思考题 60 软件应用 60 拓展阅读 62 第5章　轴向拉伸与压缩、剪切与挤压 63 5.1　轴向拉伸与压缩时横截面上的内力 65 5.1.1　直杆轴向拉伸和压缩时的内力 65 5.1.2　轴力图 66 5.2　直杆轴向拉伸或压缩时横截面上的应力 67 5.3　直杆轴向拉伸与压缩时斜截面上的应力 68 5.4　拉伸与压缩变形 69 5.4.1　轴向拉（压）杆的纵向变形 69 5.4.2　轴向拉（压）杆的横向变形 70 5.5　材料在拉伸与压缩时的力学性能 71 5.5.1　低碳钢拉伸时的力学性能 72 5.5.2　铸铁拉伸时的力学性能 74 5.5.3　其他材料拉伸时的力学性能 74 5.5.4　材料压缩时的力学性能 75 5.6　轴向拉伸与压缩时的强度计算 76 5.7　应力集中的概念 78 5.8　剪切与挤压的实用计算 79 5.8.1　工程中的连接件 79 5.8.2　剪切实用计算 80 5.8.3　挤压实用计算 80 5.9　本章小结 84 思考题 84 习题 84 软件应用 87 拓展阅读 92 第6章　扭转 94 6.1　外力偶矩和扭矩的计算 95 6.2　圆轴扭转时的切应力与强度计算 97 6.2.1　圆轴扭转时横截面上的切应力 97 6.2.2　极惯性矩及抗扭截面系数 99 6.2.3　圆轴扭转强度条件 100 6.3　圆轴扭转的变形和刚度条件 100 6.3.1　圆轴扭转时的变形 100 6.3.2　圆轴扭转时的刚度计算 100 6.4　本章小结 101 思考题 102 习题 102 软件应用 104 拓展阅读 110 第7章　梁的弯曲 111 7.1　平面弯曲概念 113 7.2　平面弯曲梁的力学模型 113 7.2.1　梁的简化 113 7.2.2　载荷的简化 114 7.2.3　支座的简化 114 7.2.4　静定梁的基本力学模型 114 7.3　梁的内力——剪力和弯矩 115 7.4　剪力方程和弯矩方程、剪力图和弯矩图 116 7.4.1　剪力方程和弯矩方程 116 7.4.2　剪力图和弯矩图 117 7.5　梁弯曲时的正应力和强度条件 120 7.5.1　平面假设与变形的几何关系 120 7.5.2　物理方程与应力分布 122 7.5.3　静力学平衡方程 122 7.5.4　弯曲正应力公式适用范围的讨论 124 7.5.5　弯曲正应力的强度条件 124 7.6　提高梁抗弯强度的措施 126 7.6.1　合理布置梁的支座和载荷 126 7.6.2　合理选择梁的截面 127 7.6.3　采用变截面梁 128 7.7　梁的变形与刚度计算 129 7.7.1　挠度与转角 129 7.7.2　用叠加法求梁的变形 131 7.7.3　梁的刚度计算 132 7.8　本章小结 134 思考题 134 习题 134 软件应用 138 拓展阅读 145 第8章　应力状态与强度理论 146 8.1　应力状态概述 147 8.2　二向应力状态 149 8.2.1　解析法 149 8.2.2　应力圆 153 8.3　三向应力状态 155 8.4　广义胡克定律与应变能密度概念 157 8.4.1　广义胡克定律 157 8.4.2　应变能密度概念 159 8.5　常用的强度理论 160 8.5.1　材料的强度失效形式 160 8.5.2　强度理论 160 8.5.3　强度条件及选用要求 162 8.6　本章小结 163 思考题 163 习题 164 软件应用 165 拓展阅读 171 第9章　组合变形 172 9.1　组合变形概述 173 9.1.1　组合变形的概念 173 9.1.2　工程中常见的组合变形 173 9.1.3　组合变形的计算方法 174 9.2　拉伸（压缩）与弯曲组合变形 174 9.3　弯曲与扭转的组合变形 176 9.4　本章小结 179 思考题 179 习题 179 软件应用 182 拓展阅读 188 第10章　压杆稳定 190 10.1　压杆稳定性的概念 191 10.2　细长压杆的临界压力 192 10.3　压杆的临界应力及临界应力总图 195 10.3.1　细长压杆的临界应力 195 10.3.2　临界应力总图 196 10.4　压杆的稳定性计算 198 10.4.1　安全系数法 199 10.4.2　折减系数法 199 10.5　提高压杆稳定性的措施 201 10.5.1　选择合理的截面形状 202 10.5.2　改变压杆的约束条件或增加中间支座 202 10.5.3　合理选择材料 203 10.5.4　改善结构的形式 203 10.6　本章小结 203 思考题 203 习题 204 软件应用 206 拓展阅读 211 参考文献 212 附录 213 附录Ⅰ　平面图形的几何性质 213 附录Ⅱ　常用截面平面图形的几何性质 218 附录Ⅲ　型钢表 220