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工程力学(本科教材)

北航
2010-09-09 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《工程力学(本科教材)pdf》,可适用于其他资料领域

世纪全国应用型本科土木建筑系列实用规划教材工程力学主编罗迎社喻小明副主编李学罡张为民参编曾立星王筱玲参徐春艳孟黎清主审张淳源张建军内容简介本书是世纪全国应用型本科土木建筑系列实用规划教材土木建筑类专业重要基础课教材之一湖南省首批省级精品课程《工程力学》的教学用书。在编写过程中注意吸取国内外同类教材的经验在内容选取和阐述方法上做了必要的改革和调整如静力学部分先空间后平面材料力学部分将各种简单变形的内力分析集中讨论在此基础上进而讨论应力问题等。全书概念清楚、内容精炼、语言流畅。全书共章适用于学时左右的教学安排包括刚体静力学基础、力系简化理论、力系的平衡、刚体静力学专门问题、材料力学基本概念、杆件的内力分析、截面图形的几何性质、杆件的应力与强度计算、杆件的变形与刚度计算、应力状态分析与强度理论、组合变形、压杆稳定、动载荷、交变应力。书后附有型钢规格表、部分习题参考答案及参考文献。本教材可作为普通高等学校理工科其他本科专业教学用书也可供高职高专与成人高校师生及有关工程技术人员参考。图书在版编目(CIP)数据工程力学罗迎社喻小明主编北京:北京大学出版社(世纪全国应用型本科土木建筑系列实用规划教材)ISBNⅠ工…Ⅱ①罗…②喻…Ⅲ工程力学高等学校教材ⅣTB中国版本图书馆CIP数据核字()第号书名:工程力学著作责任者:罗迎社喻小明主编策划编辑:吴迪李昱涛责任编辑:吴迪刘丽标准书号:ISBNTU·出版者:北京大学出版社地址:北京市海淀区成府路号网址:http:wwwpupcnhttp:wwwpupcom电话:邮购部发行部编辑部出版部电子邮箱:pupcom印刷者:发行者:北京大学出版社经销者:新华书店毫米×毫米开本印张千字年月第版年月第次印刷定价:元未经许可不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容。版权所有侵权必究举报电话:电子邮箱:fdpuppkueducn世纪全国应用型本科土木建筑系列实用规划教材专家编审委员会主任彭少民副主任(按拼音顺序排名)陈伯望金康宁李忱李杰罗迎社彭刚许成祥杨勤俞晓袁海庆周先雁张俊彦委员(按拼音顺序排名)邓寿昌付晓灵何放龙何培玲李晓目李学罡刘杰刘建军刘文生罗章石建军许明严兵张泽平张仲先世纪全国应用型本科土木建筑系列实用规划教材参编学校名单(按拼音排序覆盖个省市自治区)安徽理工大学北京建筑工程学院北京联合大学长春工程学院长江大学长沙理工大学东南大学广州大学贵州大学桂林工学院合肥工业大学河北工业大学河北建筑工程学院河南大学黑龙江科技学院湖北工业大学湖南城市学院湖南大学湖南工程学院湖南工学院湖南科技大学华北电力大学华北水利水电学院华东交通大学华中科技大学淮阴工学院黄石理工学院江汉大学江苏大学江西科技师范学院九江学院昆明理工大学丽水学院辽宁工程技术大学内蒙古科技大学南昌工程学院南昌航空工业学院南华大学南京工程学院南京林业大学南阳理工学院宁波工程学院三峡大学山东交通学院山西大学上海大学石河子大学石家庄铁道学院四川理工学院太原理工大学天津工业大学天津商学院武汉大学武汉工程大学武汉工业学院武汉科技大学武汉科技学院武汉理工大学西安建筑科技大学西安科技大学西北农林科技大学西南交通大学西南林学院湘潭大学孝感学院浙江科技学院中国地质大学中南大学中南林业科技大学重庆大学湖南工业大学丛书总序我国高等教育发展迅速全日制高等学校每年招生人数至年已达到万人毛入学率步入国际公认的高等教育“大众化”阶段。面临这种大规模的扩招教育事业的发展与改革坚持以人为本的两个主体:一是学生一是教师。教学质量的提高是在这两个主体上的反映教材则是两个主体的媒介属于教学的载体。教育部曾在第三次新建本科院校教学工作研讨会上指出:“一些高校办学定位不明盲目追求上层次、上规格导致人才培养规格盲目拔高培养模式趋同。高校学生中‘升本热’、‘考硕热’、‘考博热’持续升温应试学习倾向仍然比较普遍导致各层次人才培养目标难于全面实现大学生知识结构不够合理动手能力弱实际工作能力不强。”而作为知识传承载体的教材在高等教育的发展过程中起着至关重要的作用但目前教材建设却远远滞后于应用型人才培养的步伐许多应用型本科院校一直沿用偏重于研究型的教材缺乏针对性强的实用教材。近年来我国房地产行业已经成为国民经济的支柱行业之一随着本世纪我国城市化的大趋势土木建筑行业对实用型人才的需求还将持续增加。为了满足相关应用型本科院校培养应用型人才的教学需求从年月北京大学出版社第六事业部就开始策划本套丛书并派出多位编辑分赴全国近个省份调研了两百多所院校的课程改革与教材建设的情况。在此基础上规划出了涵盖“大土建”六个专业土木工程、工程管理、建筑学、城市规划、给排水、建筑环境与设备工程的基础课程及专业主干课程的系列教材。通过年月份在湖南大学的组稿会和年月份在三峡大学的审纲会在来自全国各地几十所高校的知名专家、教授的共同努力下不但成立了本丛书的编审委员会还规划出了首批包括土木工程、工程管理及建筑环境与设备工程等专业方向的多个选题再经过各位主编老师和参编老师的艰苦努力并在北京大学出版社各级领导的关心和第六事业部的各位编辑辛勤劳动下首批教材终于年春季学期前夕陆续出版发行了。在首批教材的编写出版过程中得到了越来越多的来自全国各地相关兄弟院校的领导和专家的大力支持。于是在顺利运作第一批土建教材的鼓舞下北京大学出版社联合全国七十多家开设有土木建筑相关专业的高校于年月日在长沙中南林学院召开了《世纪全国应用型本科土木建筑系列实用规划教材》(第二批)组稿会规划了①建筑学专业②城市规划专业③建筑环境与设备工程专业④给排水工程专业⑤土木工程专业中的道路、桥梁、地下、岩土、矿山课群组近个选题。至此北京大学出版社规划的“大土木建筑系列教材”已经涵盖了“大土建”的个专业是近年来全国高等教育出版界唯一一套完全覆盖“大土建”六个专业方向的系列教材并将于年全部出版发行。我国高等学校土木建筑专业的教育在国家教育部和建设部的指导下经土木建筑专业指导委员会六年来的研讨已经形成了宽口径“大土建”的专业发展模式明确了土木建筑专业教育的培养目标、培养方案和毕业生基本规格从宽口径的视角要求毕业生能II从事土木工程的设计、施工与管理工作。业务范围涉及房屋建筑、隧道与地下建筑、公路与城市道路、铁道工程与桥梁、矿山建筑等并且制定一整套课程教学大纲。本系列教材就是根据最新的培养方案和课程教学大纲由一批长期在教学第一线从事教学并有过多年工程经验和丰富教学经验的教师担任主编以定位“应用型人才培养”为目标而编撰具有以下特点:()按照宽口径土木工程专业培养方案注重提高学生综合素质和创新能力注重加强学生专业基础知识和优化基本理论知识结构不刻意追求理论研究型教材深度内容取舍少而精向培养土木工程师从事设计、施工与管理的应用方向拓展。()在理解土木工程相关学科的基础上深入研究各课程之间的相互关系各课程教材既要反映本学科发展水平保证教材自身体系的完整性又要尽量避免内容的重复。()培养学生单靠专门的设计技巧训练和运用现成的方法要取得专门实践的成功是不够的因为这些方法随科学技术的发展经常在改变。为了了解并和这些迅速发展的方法同步教材的编撰侧重培养学生透析理解教材中的基本理论、基本特性和性能又同时熟悉现行设计方法的理论依据和工程背景以不变应万变这是本系列教材力图涵盖的两个方面。()我国颁发的现行有关土木工程类的规范及规程系~年完成的修订内容有较大的取舍和更新反映了我国土木工程设计与施工技术的发展。作为应用型教材为培养学生毕业后获得注册执业资格在内容上涉及不少相关规范条文和算例。但并不是规范条文的释义。()当代土木工程设计越来越多地使用计算机程序或采用通用性的商业软件有些结构特殊要求则由工程师自行编写程序。本系列的相关工程结构课程的教材中在阐述真实结构、简化计算模型、数学表达式之间的关系的基础上给出了设计方法的详细步骤这些步骤均可容易地转换成工程结构的流程图有助于培养学生编写计算机程序。()按照科学发展观从可持续发展的观念根据课程特点反映学科现代新理论、新技术、新材料、新工艺以社会发展和科技进步的新近成果充实、更新教材内容尽最大可能在教材中增加了这方面的信息量。同时考虑开发音像、电子、网络等多媒体教学形式以提高教学效果和效率。衷心感谢本套系列教材的各位编著者没有他们在教学第一线的教改和工程第一线的辛勤实践要出版如此规模的系列实用教材是不可能的。同时感谢北京大学出版社为我们广大编著者提供了广阔的平台为我们进一步提高本专业领域的教学质量和教学水平提供了很好的条件。我们真诚希望使用本系列教材的教师和学生不吝指正随时给我们提出宝贵的意见以期进一步对本系列教材进行修订、完善。本系列教材配套的PPT电子教案以及习题答案在出版社相关网站上提供下载。《世纪全国应用型本科土木建筑系列实用规划教材》专家编审委员会年月前言作为土木建筑类专业重要的基础课程之一工程力学与结构力学、钢筋混凝土结构等后续课程有着密切的联系。为了更好地适应土木建筑类专业的专业特点及世纪高等教育改革对学生素质和创新能力培养的教学需要在吸取国内外同类教材经验的基础上本书在内容的选取和阐述方法上做了一些必要的调整主要有如下特点:()优化了刚体静力学的内容体系。按照静力学基本概念、物体受力分析、力系简化理论、力系平衡理论展开内容在叙述方法上从一般到特殊先空间问题后平面问题。()改革了材料力学的内容体系。形成了以杆件的内力分析、应力与强度计算、变形与刚度计算、应力状态与应变状态分析、压杆稳定、动载荷*、交变应力*等为主线的新体系。()提高起点精选课程内容。突出主干内容降低对次要内容的要求删除某些枝节内容避免冗长的理论叙述理论部分尽量采用矢量方法分析和描述增加与工程实际相结合的例题和习题。全书的编写注重加强对基本概念和基本方法的论述以及对学生处理工程实际问题、建立力学模型、研究创新能力的培养。全书共分章适用于学时左右的教学其中理论教学约学时实验教学约学时机动约学时。目录中标有星号的章节是方便使用者根据学时的多少对内容进行取舍和调整。书后附有型钢表、部分习题参考答案及参考文献。参加编写工作的有:长沙理工大学喻小明(第章、第章、第章、第章)、李学罡(第章、第章、第章正文部分)南昌工程学院王筱玲(第章、第章习题部分)湘潭大学张为民(第章、第章)南昌工程学院徐春艳(第章)山西大学工程学院孟黎清(第章、第章)中南林业科技大学罗迎社(第章、附录)。全书由罗迎社和喻小明统稿湖南电气职业技术学院曾立星负责全书图形的审核与绘制工作曾娜、余敏、王智超、殷水平、李倩妹、曹诤等参与了书稿的收集和整理工作。本教材是湖南省教育厅立项(湘教通号年)的教改课题研究内容之一湖南省首批省级精品课程《工程力学》的教学用书。全书由湘潭大学张淳源教授审稿并提出许多宝贵意见在此致以衷心的感谢!在本书的编写过程中参考了许多文献这些文献已一并在书后列出在此向这些文献的作者表示诚挚的感谢与敬意。因时间仓促加之编者水平有限本书难免有疏漏之处恳请各位同行和广大读者提出宝贵意见以便进行修改完善。编者年月目录第章静力学基础静力学基本概念静力学公理关于力的基本计算力的投影合力投影定理力的分解力矩力偶与力偶的性质物体受力分析约束与约束反力常见约束类型及其约束反力物体受力分析习题第章力系简化理论汇交力系的简化几何法解析法力偶系的简化任意力系的简化力线平移定理空间任意力系向任意一点的简化空间任意力系的简化结果平面任意力系的简化及简化结果平行力系的简化重心平行力系的简化平行力系的中心物体的重心确定物体重心的方法习题第章力系的平衡力系的平衡条件与平衡方程空间力系的平衡条件与平衡方程平面力系的平衡条件与平衡方程力系平衡问题的求解单个物体的平衡问题物系平衡静定问题与超静定问题习题第章刚体静力学专门问题平面桁架理想桁架及其基本假设计算桁架内力的节点法和截面法摩擦与考虑摩擦时的平衡问题摩擦现象滑动摩擦摩擦角与自锁现象滚动摩擦考虑摩擦时的平衡问题习题第章材料力学基本概念材料力学的任务材料力学的基本假设外力、内力与截面法外力内力截面法应力与应变应力工程力学·VI··VI·应变简单的应力应变关系杆件变形的基本形式习题第章杆件的内力分析杆件的内力方程及内力图杆件的内力分量杆件的内力方程与内力图平面刚架和曲杆的内力分析平面刚架的内力分析平面曲杆的内力分析用简易法作梁的剪力图和弯矩图习题第章截面图形的几何性质静矩与形心惯性矩惯性积极惯性矩惯性矩和惯性积惯性半径极惯性矩平行移轴公式转轴公式与主惯性轴习题第章杆件的应力与强度计算拉压杆的应力横截面上的正应力斜截面上的应力应力集中的概念材料拉压时的力学性能材料拉伸时的力学性能材料压缩时的力学性能许用应力、安全因数和强度条件许用应力和安全因数拉压杆的强度条件连接件的实用计算剪切的概念与实用计算挤压的概念与实用计算圆轴扭转切应力强度条件试验与假设横截面上的切应力圆轴扭转时的强度条件梁的弯曲正应力正应力强度条件弯曲的概念纯弯曲时梁横截面上的正应力横力弯曲时梁横截面上的正应力梁的正应力强度条件梁的弯曲切应力切应力强度条件矩形截面梁工字形截面梁其他形状截面梁切应力强度条件梁的合理强度设计减小最大弯矩值合理选取截面形状变截面梁弯曲中心的概念开口薄壁截面梁的弯曲切应力弯曲中心的概念习题第章杆件的变形与刚度计算拉(压)杆的变形轴向变形横向变形圆轴扭转变形及其刚度条件圆轴扭转变形刚度条件梁的弯曲变形及其刚度计算梁的挠度与转角梁的挠曲线及其近似微分方程用积分法求梁的位移目录·VII··VII·用叠加法求梁的挠度和转角梁的刚度条件提高弯曲刚度的措施简单超静定问题简单拉压超静定问题简单超静定梁习题第章应力状态分析与强度理论应力状态的概念一点处的应力状态单元体的概念应力状态的分类二向应力状态下的应力分析二向应力状态下的应力分析解析法与图解法解析法求主应力、主平面与切应力的极值莫尔圆(应力圆)的其他用途求主惯性矩求主应变三向应力状态简介三向应力圆最大、最小正应力和最大切应力复杂应力状态下的应力应变关系广义胡克定律体积应变复杂应力状态下的应变能密度体积改变能密度与形状改变能密度各向同性材料弹性常数间的关系常用的强度理论构件失效的形式强度理论的概念最大拉应力理论最大拉应变理论最大切应力理论形状改变能密度理论*莫尔强度理论相当应力强度理论的应用习题第章组合变形概述斜弯曲斜弯曲的内力与应力斜弯曲时的强度条件斜弯曲时的变形拉伸或压缩与弯曲的组合轴向力与横向力共同作用的情况偏心力引起的弯曲与拉伸(压缩)的组合截面核心弯曲与扭转的组合弯曲与扭转组合变形的内力和应力弯曲与扭转组合变形的强度条件习题第章压杆稳定压杆稳定性的概念稳定性问题稳定性概念细长杆临界力两端铰支细长压杆的欧拉公式其他支承形式下的临界力临界应力与临界应力总图临界应力欧拉公式的适用范围超过比例极限时的临界应力经验公式工程力学·VIII··VIII·临界应力总图压杆的稳定计算及合理设计压杆的稳定条件提高压杆稳定性的措施习题第章动载荷*载荷和动应力的概念惯性力的问题等加速直线运动时构件的应力计算等角速度转动时构件的应力计算冲击载荷提高杆件抗冲击载荷能力的措施习题第章交变应力*交变应力与疲劳失效的概念交变应力的循环特征、应力幅和平均应力交变应力的循环特征交变应力的应力幅和平均应力持久极限及其影响因素构件外形的影响构件尺寸的影响构件表面质量的影响对称循环下构件的疲劳强度计算持久极限曲线非对称循环下构件的疲劳强度计算弯扭组合交变应力的强度计算变幅交变应力提高构件疲劳强度的措施减缓应力集中降低表面粗糙度值增加表面强度习题附录Ⅰ型钢规格表附录Ⅱ单位换算附录Ⅲ习题参考答案参考文献第章静力学基础教学提示:本章介绍静力学最基本的内容包括静力学基本概念与公理、静力学基本计算以及物体受力分析。静力学基本概念与公理是静力学的理论基础静力学基本计算与物体受力分析是力学课程中非常重要的基本训练。教学要求:本章让学生掌握力、刚体、平衡等概念与静力学公理熟悉力的分解、力的投影与力矩的计算方法掌握力偶与力偶的性质熟悉各种常见约束的性质掌握物体受力分析方法能熟练地画出工程结构的受力图。静力学是研究物体受力及平衡的一般规律的科学。静力学理论是从生产实践中总结出来的是对工程结构构件进行受力分析和计算的基础在工程技术中有着广泛的应用。静力学主要研究以下个问题:()物体的受力分析。()力系的等效替换与简化。()力系的平衡条件及其应用。静力学基本概念力与力系的概念力是物体之间相互的机械作用。这种作用使物体的机械运动状态发生变化或使物体的形状发生改变前者称为力的外效应或运动效应后者称为力的内效应或变形效应。在静力学中只研究力的外效应。实践表明力对物体的作用效果取决于力的三个要素:()力的大小()力的方向()力的作用点。因此力是矢量且为定位矢量如图所示用有向线段AB表示一个力矢量其中线段的长度表示力的大小线段的方位和指向代表力的方向线段的起点(或终点)表示力的作用点线段所在的直线称为力的作用线。在静力学中用黑斜体大写字母F表示力矢量用白斜体大写字母F表示力的大小。在国际单位制中力的单位是牛顿(N)或千牛(kN)。力的作用点是物体相互作用位置的抽象化。实际上两个物体接触处总占有一定的面积力总是分布地作用在一定的面积上的如果这个面积很小则可将其抽象为一个点即为力的作用点这时的作用力称为集中力反之若两物体接触面积比较大力分布地作用在接触面上这时的作用力称为分布力。除面分布力外还有作用在物体整体或某一长度上的体分布力或线分布力分布力的大小用符号q表示计算式如下limSFqSΔ→Δ=Δ图工程力学····式中SΔ为分布力作用的范围(长度、面积或体积)FΔ是作用于该部分范围内的分布力的合力q表示分布力作用的强度称为荷载集度。如果力的分布是均匀的称为均匀分布力简称均布力。力系是指作用在物体上的一群力。若对于同一物体有两组不同力系对该物体的作用效果完全相同则这两组力系称为等效力系。一个力系用其等效力系来代替称为力系的等效替换。用一个最简单的力系等效替换一个复杂力系称为力系的简化。若某力系与一个力等效则此力称为该力系的合力而该力系的各力称为此力的分力。刚体的概念所谓刚体是指在力的作用下不变形的物体即在力的作用下其内部任意两点的距离永远保持不变的物体。这是一种理想化的力学模型事实上在受力状态下不变形的物体是不存在的不过当物体的变形很小在所研究的问题中把它忽略不计并不会对问题的性质带来本质的影响时该物体就可近似看作刚体。刚体是在一定条件下研究物体受力和运动规律时的科学抽象这种抽象不仅使问题大大简化也能得出足够精确的结果因此静力学又称为刚体静力学。但是在需要研究力对物体的内部效应时这种理想化的刚体模型就不适用而应采用变形体模型并且变形体的平衡也是以刚体静力学为基础的只是还需补充变形几何条件与物理条件。平衡的概念在工程中把物体相对于地面静止或作匀速直线运动的状态称为平衡。根据牛顿第一定律物体如不受到力的作用则必然保持平衡。但客观世界中任何物体都不可避免地受到力的作用物体上作用的力系只要满足一定的条件即可使物体保持平衡这种条件称为力系的平衡条件。满足平衡条件的力系称为平衡力系。静力学公理为了讨论物体的受力分析研究力系的简化和平衡条件必须先掌握一些最基本的力学规律。这些规律是人们在生活和生产活动中长期积累的经验总结又经过实践反复检验被认为是符合客观实际的最普遍、最一般的规律、称为静力学公理。静力学公理概括了力的基本性质是建立静力学理论的基础。公理力的平行四边形法则作用在物体上同一点的两个力可以合成为一个合力。合力的作用点也在该点合力的大小和方向由这两个力为邻边构成的平行四边形的对角线确定如图(a)所示。或者说合力矢等于这两个力矢的几何和即FR=FF()亦可另作一力三角形来求两汇交力合力矢的大小和方向即依次将F和F首尾相接画出最后由第一个力的起点至第二个力的终点形成三角形的封闭边即为此二力的合力矢FR如图(b)、图(c)所示称为力的三角形法则。第章静力学基础····图公理二力平衡条件作用在刚体上的两个力使刚体处于平衡的充要条件是:这两个力大小相等方向相反且作用在同一直线上如图所示。该两力的关系可用如下矢量式表示F=F图这一公理揭示了作用于刚体上的最简单的力系平衡时所必须满足的条件满足上述条件的两个力称为一对平衡力。需要说明的是对于刚体这个条件既必要又充分但对于变形体这个条件是不充分的。只在两个力作用下而平衡的刚体称为二力构件或二力杆根据二力平衡条件二力杆两端所受两个力大小相等、方向相反作用线沿两个力的作用点的连线。如图所示。图公理加减平衡力系公理在已知力系上加上或减去任意的平衡力系并不改变原力系对刚体的作用。这一公理是研究力系等效替换与简化的重要依据。根据上述公理可以导出如下两个重要推论:推论力的可传性作用于刚体上某点的力可以沿着它的作用线滑移到刚体内任意一点并不改变该力对刚体的作用效果。证明:设在刚体上点A作用有力

用户评价(1)

  • sulkar 谢谢提供资料,正需要呢

    2011-08-10 23:32:41

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