工程力学

王元勋

目录

  • 1 绪论
    • 1.1 什么是工程力学
    • 1.2 力学与工程
    • 1.3 学科分类
    • 1.4 基本概念
    • 1.5 基本方法
    • 1.6 章节测验
  • 2 刚体静力学基本概念与理论
    • 2.1 力
      • 2.1.1 刚体、刚体静力学
      • 2.1.2 力的概念
      • 2.1.3 力的合成
      • 2.1.4 力的合成实例
      • 2.1.5 二力平衡公理
    • 2.2 力偶
      • 2.2.1 力偶、力偶矩
      • 2.2.2 力偶的合成
    • 2.3 约束与约束反力
      • 2.3.1 约束与约束力
      • 2.3.2 可确定约束力方向的约束
      • 2.3.3 可确定约束力作用线的约束
      • 2.3.4 可确定作用点的约束
      • 2.3.5 几种常见约束
    • 2.4 受力图
      • 2.4.1 受力图
      • 2.4.2 受力图实例一
      • 2.4.3 受力图实例二
      • 2.4.4 受力图实例三
      • 2.4.5 画受力图步骤
    • 2.5 平面力系的平衡条件
      • 2.5.1 力的平移定理
      • 2.5.2 力对点之矩
      • 2.5.3 平面一般力系的简化
      • 2.5.4 平面力系简化实例
      • 2.5.5 平面力系的平衡条件
      • 2.5.6 力的两个推论
    • 2.6 章节测验
  • 3 静力平衡问题
    • 3.1 平面力系的平衡问题
      • 3.1.1 静力平衡问题
      • 3.1.2 平面力系平衡问题的分析方法
      • 3.1.3 静不定问题的概念
    • 3.2 含摩擦的平衡问题
    • 3.3 平面桁架
      • 3.3.1 平面桁架
      • 3.3.2 节点法
      • 3.3.3 截面法
    • 3.4 空间力系的平衡问题
      • 3.4.1 力在空间坐标轴上的投影
      • 3.4.2 力对轴之矩
      • 3.4.3 力对点之矩与力对轴之矩的关系
      • 3.4.4 空间力系的平衡方程
      • 3.4.5 空间力系平衡问题求解
    • 3.5 章节测验
  • 4 变形体静力学基础
    • 4.1 变形体静力学的一般分析方法
    • 4.2 基本假设
    • 4.3 内力、截面法
      • 4.3.1 内力
      • 4.3.2 截面法
    • 4.4 杆件的基本变形
    • 4.5 杆的轴向拉伸和压缩
      • 4.5.1 理论推导
      • 4.5.2 杆的轴向拉伸和压缩实例
    • 4.6 一点的应力和应变
      • 4.6.1 一点的应力
      • 4.6.2 一点的应变
    • 4.7 变形体静力学分析
    • 4.8 应力集中的概念
    • 4.9 章节测验
  • 5 材料的力学性能
    • 5.1 概述
    • 5.2 低碳钢拉伸应力—应变曲线
      • 5.2.1 低碳钢拉伸应力应变曲线
      • 5.2.2 材料的力学性能指标
    • 5.3 不同材料拉伸压缩时的机械性能
      • 5.3.1 不同材料拉伸的力学性能
      • 5.3.2 不同材料压缩的力学性能
      • 5.3.3 泊松比
    • 5.4 真应力、真应变
    • 5.5 章节测验
  • 6 强度与连接设计
    • 6.1 强度条件和安全系数
    • 6.2 拉压杆件的强度设计
    • 6.3 剪切及其实用计算
      • 6.3.1 工程中剪切问题的特点
      • 6.3.2 剪切的实用强度计算
    • 6.4 挤压及其实用计算
      • 6.4.1 工程中挤压问题的特点
      • 6.4.2 挤压的实用强度计算
    • 6.5 连接件的强度设计
    • 6.6 章节测验
  • 7 流体力、容器
    • 7.1 流体的特征
    • 7.2 静止流体中的压强
      • 7.2.1 流体静压强
      • 7.2.2 静止流体内任一点的压强
    • 7.3 作用在壁面上的流体力
      • 7.3.1 静止流体作用于平壁面上的压力
      • 7.3.2 静止流体作用于曲壁面上的压力
    • 7.4 薄壁容器
      • 7.4.1 圆筒形薄壁压力容器的应力
      • 7.4.2 球形薄壁压力容器的应力
      • 7.4.3 强度条件
    • 7.5 章节测验
  • 8 圆轴的扭转
    • 8.1 扭转的概念和实例
    • 8.2 扭矩与扭矩图
    • 8.3 圆轴扭转时的应力和变形
      • 8.3.1 圆轴扭转的应力公式
      • 8.3.2 扭转圆轴任一点的应力状态
      • 8.3.3 圆轴的扭转变形
    • 8.4 圆轴扭转的强度设计
      • 8.4.1 强度条件和刚度条件
      • 8.4.2 强度和刚度计算
      • 8.4.3 静不定问题
    • 8.5 章节测验
  • 9 梁的平面弯曲
    • 9.1 前言
    • 9.2 用截面法作梁的内力图
    • 9.3 利用平衡微分方程作梁的内力图
      • 9.3.1 梁的平衡微分方程
      • 9.3.2 剪力图、弯矩图的简捷画法
    • 9.4 梁的应力与强度条件
      • 9.4.1 变形几何分析
      • 9.4.2 材料的物理关系
      • 9.4.3 静力平衡条件
      • 9.4.4 平面弯曲时的最大正应力公式及强度条件
      • 9.4.5 矩形截面梁横截面上的切应力
    • 9.5 梁的变形
      • 9.5.1 梁的挠度和转角
      • 9.5.2 梁的挠曲线微分方程
      • 9.5.3 用积分法求梁的变形
      • 9.5.4 弯曲静不定问题
    • 9.6 章节测验
  • 10 应力状态、强度理论与组合变形
    • 10.1 应力状态
      • 10.1.1 平面应力状态的一般分析
      • 10.1.2 极限应力与主应力
      • 10.1.3 广义胡可定理
      • 10.1.4 变形比能
    • 10.2 强度理论简介
      • 10.2.1 引言
      • 10.2.2 关于破坏的强度理论
      • 10.2.3 关于屈服的强度理论
      • 10.2.4 强度理论应用
    • 10.3 组合变形
      • 10.3.1 引言
      • 10.3.2 拉(压)弯组合变形
      • 10.3.3 弯扭组合变形
    • 10.4 章节测验
  • 11 阅读
    • 11.1 阅读
  • 12 调查问卷
    • 12.1 调查问卷
基本假设


基本假设

固体力学的研究对象是可变形固体。固体材料是多种多样的。研究变形体,常常需要涉及到材料本身。在力的作用下,不同的材料有着不同的变形性能。例如,在同样的拉伸载荷作用下,橡皮筋的变形大,铁丝的变形小等等。材料的物质结构和性质比较复杂,为了研究的方便,通常采用下述假设建立可变形固体的理想化模型。

1、均匀连续性假设

物体在整个体积内都毫无空隙地充满着物质,是密实、连续的,且任何部分都具有相同的性质。

有了这一假设,就可以从被研究物体中取出任一部分来进行研究,它具有与材料整体相同的性质。还因为假定了材料是密实、连续的,材料内部在变形前和变形后都不存在任何空隙”, 也不允许产生重叠,故在材料发生破坏之前,其变形必须满足几何协调(相容)条件。

2、各向同性假设

假设材料沿各不同方向均具有相同的力学性质。

这样的材料称为各向同性材料。因为材料的晶尺寸很小且是随机排列的,故从宏观上看,从统计平均的意义上看,大多数工程材料都可以接受这一假设。这一假设使力与变形间物理关系的讨论得以大大简化;即在物体中沿任意方位选取一部分材料研究时,其力与变形间物理关系都是相同的。当然,有一些材料沿不同方向具有不可忽视的不同的力学性质,力与变形间的物理关系与材料取向有关这样的材料,称为各向异性材料

3、变小形假设

假设物体受力后的变形是很小的。

在工程实际中,构件受力后的变形一般很小,相对于其原有尺寸而言,变形后尺寸改变的影响往往可以忽略不计。假设物体受力后的变形很小,在分析力的平衡时用原来的几何尺寸计算至于引入大的误差。这样的问题,称为小变形问题。反之,当变形较大,其影响不可忽略时的问题,称为大变形问题。

基于上述假设,我们现在讨论的变形体静力学问题是均匀连续介质、各向同性材料的小变形问题。这是固体力学研究的最基本问题。随着研究的深入,逐步放松上述假设的限制。 如含缺陷裂隙或夹杂等材料不连续的问题大变形问题,各向异性问题等等,逐步深化对于工程构件或工程系统力学性态的认识。