工程力學重慶大學

主編：陳天富馮賢桂工程力學經管分社

工程力學出版社ISBN-978-7-5624-4419-00.1工程力學的研究任務及內容工程力學是一門研究物體機械運動和構件強度、剛度及穩(wěn)定性的學科,它主要包括剛體靜力學與材料力學兩部分。0.2工程力學的研究方法對工程結構進行現(xiàn)場觀察和部分實驗是認識力學規(guī)律的重要實踐性環(huán)節(jié)。0.3工程力學在機電類專業(yè)中的地位和作用工程力學出版社經管分社

緒論工程力學工程力學是機電類專業(yè)和其他工科類專業(yè)的重要技術基礎課，具有較強的理論性和實踐性。工程力學1.1力與力系的概念1.1.1力的概念1.1.2力系（1）力系的分類1）空間任意力系2）空間匯交力系第1篇靜力學第1章靜力學基本概念與基本原理圖1.1工程力學圖1.2工程力學圖1.3圖1.4工程力學3）空間平行力系4）平面任意力系5）平面匯交力系6）平面平行力系（2）力系的有關概念1）等效力系2）簡化力系3）力系合成4）平衡力系工程力學1.2靜力學基本公理1.2.1二力平衡公理1.2.2加減平衡力系公理1.2.3力的平行四邊形法則圖1.5工程力學圖1.6圖1.7工程力學學1.2.4作用和反反作用定定律1.2.5剛化公理理1.3力的分分解與與投影影工程力力學圖1.8圖1.9工程力力學1.4力矩與與力偶偶1.4.1力矩的的概念念（1）力對對點之之矩工程力力學圖1.10工程力力學圖1.11圖1.12工程力力學圖1.13圖1.14工程力力學圖1.15工程力力學（3）力矩矩關系系定理理（4）合力力矩定定理工程力力學1.4.2力偶的的概念念（1）力偶偶的矢矢量表表示1）力偶偶沒有有合力力。2）力偶偶中的的兩個個力，，可以以沿著著它們們的作作用線線任意意移動動，而而不改改變力力偶對對剛體體的轉轉動效效應。。工程力力學圖1.17工程力力學圖1.18工程力力學3）力偶偶對空空間任任意一一點之之矩都都等于于其自自身的的力偶偶矩矢矢量。。圖1.19工程力力學4）作用用于剛剛體上上的兩兩個力力偶互互相等等效的的條件件是它它們的的力偶偶矩矢矢量相相等。。（2）力偶偶的代代數(shù)量量表示示1.5約束與與約束束力1.5.1約束與與約束束力的的概念念1.5.2工程中中常見見的約約束(1)柔性約約束(2)光滑接接觸面面約束束工程力力學圖1.20工程力力學圖1.21圖1.22工程力力學（3）固定定鉸支支座（4）活動動鉸支支座（5）鉸鏈鏈連接接圖1.23工程力力學（6）鏈鏈桿連連接（7）固定定端支支座1.6受力分分析與與受力力圖圖1.24工程力力學圖1.25工程力力學圖1.26圖1.27工程力力學靜力學學主要要研究究物體體在力力系作作用下下的平平衡條條件。。2.1力的平平移定定理2.2力系的的簡化化2.2.1匯交力力系的的簡化化（1）匯交交力系系合成成的幾幾何法法（2）匯交交力系系合成成的解解析法法第2章力力系系的簡簡化與與合成成工程力力學圖2.1圖2.2工程力力學圖2.3工程力力學工程力力學圖2.4工程力力學2.2.2力偶系系的簡簡化圖2.5工程力力學工程力力學2.2.3任意力力系的的簡化化（1）空間間任意意力系系的簡簡化工程力力學圖2.7工程力力學（2）空間間任意意力系系的簡簡化結結果工程力力學圖2.8工程力力學圖2.9工程力力學圖2.10圖2.11工程力力學（3）平面面任意意力系系的簡簡化結結果2.2.4平行分分布荷荷載的的簡化化工程力力學圖2.12圖2.13工程力力學圖2.14工程力力學圖2.15工程力力學2.3物體的的重心心2.3.1平行力力系的的中心心工程力力學圖2.16工程力力學2.3.2物體的的重心心圖2.17工程力力學工程力力學3.1匯交力系的平平衡方程3.1.1空間匯交力系系第3章力系的的平衡工程力學3.1.2平面匯交力系系3.2力偶系的平衡衡方程3.2.1空間力偶系工程力學3.2.2平面力偶系3.3任意力系的平平衡方程3.3.1空間任意力系系工程力學3.3.2空間平行力系系3.3.3平面任意力系系工程力學（1）二力矩式圖3.1工程力學（2）三力矩式（3）平面平行力力系工程力學3.4平衡方程的應應用3.4.1單個物體平衡衡方程的應用用3.4.2物體系平衡方方程的應用(1)靜定問題與靜靜不定問題(2)物體系的平衡衡問題1)首先判斷物體體系統(tǒng)是否屬屬于靜定問題題。2)恰當?shù)剡x擇研研究對象。3)進行受力分析析，畫隔離體體的受力圖。。4)列平衡方程，，求出全部未未知力。工程力學圖3.9圖3.10工程力學3.5平面靜定桁架架在工程實際中中，有很多結結構是由許多多桿件在其端端點處相互連連接起來，而而成為一幾何何形狀不變的的結構，這種種結構稱為桁桁架。圖3.15工程力學(1)節(jié)點法(2)截面法3.6考慮摩擦時的的平衡問題圖3.16工程力學兩個相互接觸觸的物體產生生相對運動或或具有相對運運動的趨勢時時，彼此在接接觸部位會產產生一種阻礙礙對方相對運運動的作用。。3.6.1滑動摩擦(1)靜滑動摩擦力力圖3.20工程力學(2)靜滑動摩擦定定律(3)動滑動摩擦定定律(4)摩擦角與自鎖鎖現(xiàn)象工程力學圖3.21工程力學圖3.22工程力學3.6.2考慮滑動摩擦擦的平衡問題題3.6.3滾動摩擦圖3.26工程力學工程力學4.1材料力學的任任務（1）構件應有足足夠的強度（2）構件應有足足夠的剛度（3）構件應有足足夠的穩(wěn)定性性4.2可變形固體及及其基本假設設（1）連續(xù)性假設設第2篇材料力力學第4章材料力力學的一般概概念工程力學（2）均勻性假設設（3）各向同性假假設（4）小變形假設設4.3桿件變形的基基本形式（1）拉伸和壓縮縮（2）剪切（3）扭轉（4）彎曲工程力學圖4.1圖4.2工程力學圖4.3圖4.4工程力學5.1軸向拉伸和壓壓縮的概念第5章軸向拉拉伸和壓縮圖5.1工程力學5.2內力和和截面面法軸軸力和和軸力力圖構件未未受外外力作作用時時，其其內部部的各各質點點之間間存在在著相相互作作用的的力，，一般般稱為為內聚聚力。。（1）截（2）棄（3）代（4）平5．3拉壓桿桿應力力工程力力學圖5.4工程力力學工程力力學圖5.5圖5.6工程力力學5.3.1圣維南南原理理5.3.2應力集集中圖5．7工程力力學圖5.8工程力力學工程力力學5．4軸向拉拉伸或或壓縮縮時的的變形形工程力力學5.4.1縱向變變形線線應變變圖5.9工程力力學5.4.2胡克定定律工程力力學5.4.3橫向變變形泊泊松比比5．5材料在在拉伸伸和壓壓縮時時的力力學性性能材料的的力學學性能能主要要是指指材料料受力力后所所表現(xiàn)現(xiàn)出來來的變變形、、破壞壞或失失效方方面的的特性性。工程力力學工程力力學5.5.1低碳鋼鋼拉伸伸時的的力學學性能能圖5.12工程力力學圖5.13工程力力學（1）彈性性階段段（Oa段）（2）屈服服階段段（bc段）（3）強化化階段段(cd段)（4）局部部變形形階段段(dｅ段)圖5.14工程力力學(5)延伸率率和斷斷面收收縮率率圖5.15工程力力學5.5.2其他塑塑性材材料拉拉伸時時的力力學性性能圖5.16圖5.17工程力力學5.5.4材料壓壓縮時時的力力學性性能圖5.18圖5.19工程力力學圖5.20圖5.21圖5.22圖5.23工程力力學工程力力學工程力力學5.5.5溫度對對材料料力學學性能能的影影響蠕蠕變和和應力力松弛弛的概概念圖5.24工程力力學5.6軸向拉拉伸和和壓縮縮時的的強度度計算算在介紹紹材料料力學學性能能的基基礎上上，現(xiàn)現(xiàn)在討討論軸軸向拉拉伸或或壓縮縮時桿桿件的的強度度計算算問題題。工程力力學（1）強度度校核核（2）設計計截面面（3）確定定許用用載荷荷5.7拉伸和和壓縮縮靜不不定問問題5.7.1靜不定定概念念及靜靜不定定問題題的一一般解解法工程力力學圖5.28工程力力學圖5.29工程力力學（1）靜力力學關關系（2）變形形幾何何關系系（3）物理理關系系工程力力學（1）靜力力學關關系（2）變形形幾何何關系系（3）物理理關系系工程力力學工程力力學5.7.2裝配應應力加工構構件時時，尺尺寸上上的一一些微微小誤誤差是是難以以避免免的。。5.7.3溫度應應力物體因因溫度度的變變化會會發(fā)生生膨脹脹或收收縮。。圖5.32工程力力學圖5.33工程力力學6．1概述在工程程實際際中，，可以以見到到很多多承受受剪切切的構構件。。6.2剪切強強度計計算第6章剪剪切切工程力力學圖6.2圖6.3圖6.4工程力力學6.3擠壓強強度計計算圖6.5工程力力學圖6.6工程力力學6.4計算實實例工程中中，構構件間間的聯(lián)聯(lián)接方方式雖雖然很很多，，但其其強度度計算算方法法都可可采用用前二二節(jié)中中的有有關公公式。。工程力學7．1概述工程中的各種構件件，其橫截面都是是具有一定幾何形形狀的平面圖形，，例如圓形、矩形形、工字形等。7.2靜矩和形心第7章平面圖形形的幾何性質工程力學7．3慣性矩和慣性積工程力學圖7.1圖7.5工程力學7．4平行移軸公式同一平面圖形對于于平行的兩對直角角坐標軸的慣性矩矩或慣性積，雖然然不相同，但當其其中一對坐標軸是是圖形的形心軸時時，它們之間卻存存在著比較簡單的的關系。工程力學工程力學圖7.10工程力學8.1扭轉的概念和實例例第8章扭轉圖8.1圖8.2工程力學8.2外力偶矩的計算扭扭矩和扭矩圖圖8.3工程力學圖8.4工程力學圖8.5圖8.6工程力學8．3純剪切在研究圓軸扭轉的的應力和變形之前前，先介紹有關剪剪切的兩個基本定定律。8.3.1圓軸扭轉的平面假假設8.3.2剪應力互等定理8.3.3剪切胡克定律工程力學圖8.7工程力學圖8.8工程力學8．4圓軸扭轉時的應力力和變形8.4.1橫截面上的應力（1）變形幾何關系（2）物理關系工程力學圖8.9工程力學（3）靜力學關系系圖8.10圖8.11圖8.12工程力學工程力學8.4.2扭轉變形工程力學圖8.14工程力學8．5圓軸扭轉時的的強度和剛度度計算8.5.1強度條件工程力學8.5.2剛度條件工程力學圖8.15工程力學8．6扭轉靜不定問問題在前面所討論論的扭轉問題題中，軸的支支座約束力偶偶矩或橫截面面上的扭矩都都可由靜力平平衡方程確定定，這類問題題稱為扭轉的的靜定問題，，如圖8．19（a）所示。8．7非圓截面桿扭扭轉簡介前面所述為圓圓截面桿的扭扭轉問題。工程力學圖8．19圖8.20工程力學圖8.21工程力學工程力學9．1平面彎曲的概概念第9章彎曲內內力圖9.1工程力學圖9.2圖9.3工程力學圖9.4圖9.5工程力學9．2梁的計算簡圖圖梁的支座和載載荷有各種不不同的情況，，對梁進行分分析計算，首首先對梁應進進行必要的簡簡化。9.2.1支座的基本形形式（1）可動鉸支座座（2）固定鉸支座座（3）固定端9.2.2荷載的簡化工程力學圖9.6工程力學（1）集中力（2）分布荷載（3）集中力偶9.2.3靜定梁及其分分類（1）簡支梁（2）外伸梁（3）懸臂梁9．3剪力和彎矩工程力學圖9.7工程力學9．4剪力圖和彎矩矩圖圖9.8工程力學9．5用疊加法作彎彎矩圖圖9.15工程力學9．6剪力、彎矩和和荷載集度間間的關系工程力學圖9.17工程力學圖9.18工程力學10．1梁彎曲時的正正應力10.1.1變形幾何關系系第10章彎曲應應力工程力學圖10.1圖10.2工程力學圖10.3工程力學圖10.4工程力學10.1.2物理關系10.1.3靜力學關系工程力學工程力學工程力學圖10.5工程力學10．2彎曲正應力強強度計算10．3非對稱梁的彎彎曲工程力學圖10.11工程力學工程力學10．4梁彎曲時的剪剪應力10.4.1矩形截面梁圖10.12圖10.13工程力學工程力學圖10.14工程力學工程力學10.4.2工字形截面梁梁圖10.15工程力學10.4.3圓形截面梁圖10.16圖10.17工程力學10．5提高梁彎曲強強度的措施工程力學10.5.1選用合理的截截面形狀工程力學10.5.2適當布置荷載載和支座位置置圖10.21圖10.22工程力學圖10.23圖10.24圖10.25工程力學10.5.3采用變截面梁梁圖10.26工程力學圖10.27工程力學11.1工程中的彎曲曲變形問題第11章彎曲變變形圖11.1工程力學11.2梁的撓曲線近近似微分方程程圖11.2圖11.3工程力學工程力學圖11.4工程力學11.3用積分法求梁梁的彎曲變形形圖11.5圖11.6工程力學工程力學工程力學11.4用疊加法求彎彎曲變形由前面的計算算中可以看出出，在彎曲變變形很小，且且材料服從胡胡克定律的情情況下，所求求得的梁的轉轉角和撓度都都與梁上的荷荷載成線性關關系。11.5梁的剛度計計算工程中的某某些梁，為為保證其能能正常工作作，對梁的的撓度或轉轉角要加以以限制。工程力學（1）改善結構構形式，減減小彎矩的的數(shù)值圖11.14工程力學（2）選擇合理理的截面形形狀（3）選用彈性性模量較大大的材料11.6靜不定梁圖11.15圖11.16工程力學圖11.17圖11.18工程力學工程力學圖11.19工程力學11.7用莫爾定理理計算梁的的彎曲變形形11.7.1虛功原理圖11.20工程力學圖11.22工程力學圖11.23圖11.24工程力學11.7.2莫爾定理工程力學11.7.3圖形互乘法法工程力學圖11.26工程力學圖11.27工程力學12.1應力狀態(tài)概概述第12章應力力狀態(tài)分析析和強度理理論圖12.1工程力學圖12.2圖12.3工程力學12.2二向應力狀狀態(tài)分析——解析法圖12.4工程力學工程力學工程力學工程力學12．3二向應力狀狀態(tài)分析——圖解法圖12.6工程力學圖12.7工程力學（1）純剪切應應力狀態(tài)圖12.9工程力學（2）單向應力力狀態(tài)圖12.10工程力學12.4三向應力狀狀態(tài)（1）斜截面上上的應力圖12.11工程力學（2）三向應力力狀態(tài)的應應力圓圖12.12圖12.13工程力學（3）應力極值值12.5廣義胡克定定律體積應應變12.5.1廣義胡克定定律工程力學圖12.15工程力學工程力學12.5.2體積應變圖12.16圖12.17工程力學12.6三向應力狀狀態(tài)下的彈彈性比能工程力學圖12.19工程力學圖12.20工程力學12.7強度理論的的概念圖12.21圖12.22工程力學12.84個常用的強強度理論12.8.1最大拉應力力理論(第一強度理理論)12.8.2最大伸長線線應變理論論(第二強度理理論)工程力學12.8.3最大剪應力力理論(第三強度理理論)工程力學12.8.4形狀改變比比能理論(第四強度理理論)工程力學12.8.5相當應力12.9莫爾強度理理論前面所述四四個強度理理論，主要要是采用科科學假設的的方法建立立的，它們們是對決定定材料強度度失效或破破壞的主要要因素，根根據(jù)一定的的實工程力學驗基礎，進進行假設，，然后驗證證。圖12.24圖12.25工程力學工程力學13.1組合變形概概念和應力力疊加法在實際工程程結構中，，桿件受力力時，往往往同時發(fā)生生幾種基本本變形。13.2斜彎曲前面研究梁梁的彎曲正正應力時，，僅限于討討論構件具具有縱向對對稱面，且且橫向載荷荷均作用在在縱向對稱稱面內，因因而彎曲變變形后橫截截面的中性性軸與縱向向對稱面垂垂直，撓曲曲線為縱向向對稱面內內的一條平平面曲線，，這就是平平面彎曲的的情況。第13章組合合變形工程力學圖13.1工程力學圖13.2工程力學工程力學圖13.3工程力學工程力學圖13.4圖13.5工程力學13.3拉伸(壓縮)與彎曲的組合工程力學圖13.8工程力學13.4彎曲與扭轉的組組合圖13.11工程力學工程力學圖13.12工程力學14.1壓桿穩(wěn)定的概念念第14章壓桿的穩(wěn)穩(wěn)定性圖14.1工程力學圖14.2圖14.3工程力學圖14.4圖14.5圖14.6工程力學14.2細長壓桿的臨界界力歐拉公式工程力學工程力學圖14.7圖14.8圖14.9工程力學14.3其他約束條件下下細長壓桿的臨臨界力14.3.1一端固定、一端端自由的細長壓壓桿14.3.2兩端固定的細長長壓桿工程力學圖14.10工程力學14.3.3一端固定，一端端鉸支的細長壓壓桿工程力學14.3.4幾種常見約束的的簡化（1）柱形鉸約束（2）焊接或鉚接（3）螺母和絲桿連連接（4）工作臺工程力學圖14.11工程力學圖14.12圖14.13圖14.14工程力學（5）彈性支承14.4歐拉公式適用范范圍中、小柔度度桿的臨界應力力圖14.15工程力學14.4.1臨界應力和柔度度工程力學14.4.2歐拉公式適用范范圍工程力學圖14.16工程力學工程力學14.4.3中、小柔度桿的的臨界應力工程