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工程力學(xué)(第二版)

出版社：科學(xué)出版社出版時(shí)間：2022-08-01
開本： 其他 頁(yè)數(shù)： 368
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工程力學(xué)(第二版) 版權(quán)信息

工程力學(xué)(第二版) 內(nèi)容簡(jiǎn)介

本書按教育部高等學(xué)校工科基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)編制的“高等學(xué)校力學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求”，結(jié)合全國(guó)各高校工程力學(xué)課程實(shí)際執(zhí)行教學(xué)大綱編寫而成。編寫中收集了全國(guó)各高校多年來(lái)工程力學(xué)教學(xué)改革的共識(shí)，適當(dāng)提高了理論講述起點(diǎn)，加強(qiáng)了基本概念、基本理論和基本方法的講述。針對(duì)工程力學(xué)課程中的抽象概念和插圖制作了300多個(gè)演示動(dòng)畫，圍繞課程中部分知識(shí)點(diǎn)和難點(diǎn)制作了微課講解視頻，方便讀者理解和記憶。各章后均設(shè)有本章小結(jié)，還選編了有關(guān)“工程力學(xué)試題庫(kù)”中部分優(yōu)秀試題作為本書的習(xí)題和思考題，習(xí)題附有答案，方便學(xué)生自學(xué)、歸納、總結(jié)和復(fù)習(xí)。

工程力學(xué)(第二版) 目錄

目錄
緒論 1
第1篇 靜力學(xué)
第1章 靜力學(xué)基本公理和物體的受力分析 4
1.1 靜力學(xué)基本概念 4
1.2 靜力學(xué)基本公理 5
1.3 約束與約束反力 7
1.4 物體的受力分析和受力圖 9
本章小結(jié) 12
思考題 12
習(xí)題 13
第2章 平面匯交力系與平面力偶理論 15
2.1 平面匯交力系合成與平衡的幾何法 15
2.1.1 合成的幾何法 15
2.1.2 平衡的幾何條件 16
2.2 平面匯交力系合成與平衡的解析法 17
2.2.1 力在坐標(biāo)軸上的投影 17
2.2.2 合力投影定理 18
2.2.3 平面匯交力系合成與平衡的解析法 19
2.3 力矩與力偶的概念及其性質(zhì) 20
2.3.1 力對(duì)點(diǎn)的矩 20
2.3.2 合力矩定理 20
2.3.3 平面力偶及其性質(zhì) 21
2.4 平面力偶系的合成與平衡 23
本章小結(jié) 25
思考題 25
習(xí)題 26
第3章 平面任意力系 30
3.1 力線平移定理 30
3.2 平面任意力系向已知點(diǎn)的簡(jiǎn)化與力系的主矢和主矩 31
3.3 簡(jiǎn)化結(jié)果分析與合力矩定理 32
3.4 平面任意力系的平衡條件與平衡方程 33
3.5 平面平行力系的平衡方程 35
3.6 靜定和靜不定問題與物體系統(tǒng)的平衡 38
3.7 平面簡(jiǎn)單桁架的內(nèi)力計(jì)算 41
3.7.1 節(jié)點(diǎn)法 41
3.7.2 截面法 43
3.7.3 特殊桿件的內(nèi)力判斷 43
本章小結(jié) 44
思考題 45
習(xí)題 46
第4章 摩擦 53
4.1 摩擦的分類 53
4.2 滑動(dòng)摩擦 53
4.2.1 靜滑動(dòng)摩擦力 53
4.2.2 動(dòng)滑動(dòng)摩擦力 54
4.2.3 摩擦角 55
4.2.4 自鎖 55
4.3 考慮滑動(dòng)摩擦?xí)r的平衡問題 57
4.4 滾動(dòng)摩擦的概念 60
本章小結(jié) 61
思考題 61
習(xí)題 62
第5章 空間力系 65
5.1 力在空間坐標(biāo)軸上的投影 65
5.2 力對(duì)軸的矩、力對(duì)點(diǎn)的矩與合力矩定理 66
5.2.1 力對(duì)軸的矩的概念及計(jì)算 66
5.2.2 力對(duì)點(diǎn)的矩的概念及計(jì)算 67
5.2.3 力對(duì)點(diǎn)的矩與力對(duì)通過(guò)該點(diǎn)軸的矩的關(guān)系 68
5.2.4 合力矩定理 69
5.3 空間匯交力系的合成與平衡 70
5.3.1 空間匯交力系的合成.70
5.3.2 空間匯交力系的平衡.71
5.4 空間任意力系的平衡方程與空間約束 72
5.4.1 空間任意力系的平衡方程 72
5.4.2 空間約束 74
5.5 空間平行力系的中心與物體的重心 78
5.5.1 重心坐標(biāo)公式 78
5.5.2 重心的求法 80
本章小結(jié) 83
思考題 83
習(xí)題 83
第2篇 運(yùn)動(dòng)學(xué)
第6章 點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)學(xué) 89
6.1 點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的矢徑法 89
6.2 點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的直角坐標(biāo)法 90
6.3 點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的自然法 93
本章小結(jié) 99
思考題 100
習(xí)題 101
第7章 剛體的基本運(yùn)動(dòng) 103
7.1 剛體的平行移動(dòng) 103
7.2 剛體的定軸轉(zhuǎn)動(dòng) 105
7.3 定軸轉(zhuǎn)動(dòng)剛體內(nèi)各點(diǎn)的速度和加速度 106
本章小結(jié) 109
思考題 110
習(xí)題 111
第8章 點(diǎn)的合成運(yùn)動(dòng) 114
8.1 點(diǎn)的合成運(yùn)動(dòng)的概念 114
8.2 點(diǎn)的速度合成定理 115
8.3 牽連運(yùn)動(dòng)為平動(dòng)時(shí)點(diǎn)的加速度合成定理 118
8.4 牽連運(yùn)動(dòng)為轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)點(diǎn)的加速度合成定理 120
本章小結(jié) 122
思考題 122
習(xí)題 123
第9章 剛體的平面運(yùn)動(dòng) 127
9.1 剛體平面運(yùn)動(dòng)的概念 127
9.2 平面運(yùn)動(dòng)分解為平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng) 127
9.3 平面圖形內(nèi)各點(diǎn)的速度 129
9.3.1 速度合成法 129
9.3.2 速度投影法 130
9.3.3 速度瞬心法 132
9.4 平面圖形內(nèi)各點(diǎn)的加速度 135
本章小結(jié) 137
思考題 137
習(xí)題 138
第3篇 動(dòng)力學(xué)
第10章 動(dòng)力學(xué)基本方程 143
10.1 動(dòng)力學(xué)基本定律 143
10.2 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的微分方程 144
10.3 質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)的兩類基本問題 145
本章小結(jié) 149
思考題 149
習(xí)題 149
第11章 動(dòng)量定理 152
11.1 動(dòng)力學(xué)普遍定理概述 152
11.2 質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)量定理 152
11.3 質(zhì)點(diǎn)系動(dòng)量定理及守恒守律 154
11.3.1 質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量 154
11.3.2 質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量定理 155
11.3.3 質(zhì)點(diǎn)系動(dòng)量守恒定律 157
11.4 質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定理及守恒定律 157
本章小結(jié) 160
思考題 160
習(xí)題 161
第12章 動(dòng)量矩定理 164
12.1 質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)量矩定理及守恒定律 164
12.1.1 質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)量矩 164
12.1.2 質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)量矩定理 164
12.1.3 質(zhì)點(diǎn)動(dòng)量矩守恒定律 166
12.2 質(zhì)點(diǎn)系動(dòng)量矩定理及守恒定律 166
12.2.1 質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量矩 166
12.2.2 質(zhì)點(diǎn)系動(dòng)量矩定理.167
12.2.3 質(zhì)點(diǎn)系動(dòng)量矩守恒定律 167
12.3 剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)微分方程 169
12.4 剛體對(duì)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 170
12.4.1 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 170
12.4.2 平行軸定理 171
本章小結(jié) 173
思考題 174
習(xí)題 175
第13章 動(dòng)能定理 179
13.1 功與功率 179
13.1.1 力的功 179
13.1.2 功率 183
13.2 動(dòng)能 184
13.3 質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)能定理 185
13.4 質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)能定理 187
13.5 動(dòng)力學(xué)普遍定理的綜合應(yīng)用 189
本章小結(jié) 192
思考題 193
習(xí)題 193
第14章 動(dòng)靜法 199
14.1 慣性力與質(zhì)點(diǎn)動(dòng)靜法 199
14.1.1 慣性力的概念 199
14.1.2 質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)靜法 200
14.2 質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)靜法 202
14.3 剛體慣性力系的簡(jiǎn)化 204
14.3.1 剛體做平動(dòng) 204
14.3.2 剛體做定軸轉(zhuǎn)動(dòng) 204
14.3.3 剛體做平面運(yùn)動(dòng) 205
14.4 剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)軸承動(dòng)反力的概念 210
本章小結(jié) 212
思考題 212
習(xí)題 213
第4篇 材料力學(xué)
第15章 材料力學(xué)的基本概念 218
15.1 材料力學(xué)的任務(wù) 218
15.2 變形固體的基本假設(shè) 218
15.3 構(gòu)件分類及桿件變形的基本形式 219
本章小結(jié) 221
思考題 221
習(xí)題 221
第16章 軸向拉伸與壓縮 222
16.1 軸向拉伸或壓縮時(shí)的內(nèi)力 222
16.1.1 軸力 222
16.1.2 軸力圖 223
16.2 軸向拉伸或壓縮時(shí)的應(yīng)力 224
16.2.1 軸向拉伸或壓縮時(shí)橫截面上的應(yīng)力 224
16.2.2 軸向拉伸或壓縮時(shí)斜截面上的應(yīng)力 225
16.3 軸向拉伸或壓縮時(shí)的變形 226
16.4 材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能 229
16.4.1 材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能 229
16.4.2 材料壓縮時(shí)的力學(xué)性能 231
16.5 桿件拉伸或壓縮時(shí)的強(qiáng)度計(jì)算 231
16.6 軸向拉伸或壓縮時(shí)的應(yīng)變能 233
16.7 圣維南原理和應(yīng)力集中 234
本章小結(jié) 236
思考題 238
習(xí)題 238
第17章 剪切和擠壓 242
17.1 剪切的實(shí)用計(jì)算 242
17.2 擠壓的實(shí)用計(jì)算 243
本章小結(jié) 245
思考題 246
習(xí)題 246
第18章 扭轉(zhuǎn) 248
18.1 扭轉(zhuǎn)的概念和工程實(shí)際中的扭轉(zhuǎn)問題 248
18.2 桿件扭轉(zhuǎn)時(shí)的內(nèi)力 249
18.3 切應(yīng)力互等定理與剪切胡克定律 251
18.3.1 薄壁圓筒扭轉(zhuǎn)時(shí)橫截面上的切應(yīng)力 251
18.3.2 切應(yīng)力互等定理 252
18.3.3 切應(yīng)變與剪切胡克定律 253
18.4 圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)的應(yīng)力和變形 253
18.4.1 圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)的應(yīng)力 254
18.4.2 圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)的變形 256
18.5 圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)的強(qiáng)度和剛度計(jì)算 256
18.6 矩形截面桿的扭轉(zhuǎn) 259
本章小結(jié) 260
思考題 260
習(xí)題 261
第19章 彎曲內(nèi)力 264
19.1 彎曲的相關(guān)概念 264
19.2 靜定梁的分類 265
19.3 剪力與彎矩 265
19.4 剪力圖和彎矩圖 267
19.5 載荷集度、剪力和彎矩間的微分關(guān)系 270
本章小結(jié) 272
思考題 272
習(xí)題 272
第20章 彎曲應(yīng)力 275
20.1 彎曲正應(yīng)力 275
20.2 彎曲正應(yīng)力的強(qiáng)度條件 279
20.3 彎曲切應(yīng)力及強(qiáng)度條件 281
20.3.1 矩形截面梁的彎曲切應(yīng)力 281
20.3.2 工字形截面梁的彎曲切應(yīng)力 282
20.4 提高彎曲強(qiáng)度的措施 283
本章小結(jié) 285
思考題 285
習(xí)題 285
第21章 彎曲變形 288
21.1 梁彎曲的基本方程 288
21.2 用積分法求彎曲變形 289
21.3 用疊加法求彎曲變形 291
21.4 梁的剛度條件 293
本章小結(jié) 294
思考題 294
習(xí)題 295
第22章 應(yīng)力狀態(tài)和強(qiáng)度理論 298
22.1 應(yīng)力狀態(tài)的概念 298
22.2 二向應(yīng)力狀態(tài)分析——解析法 299
22.3 二向應(yīng)力狀態(tài)分析——圖解法 303
22.4 三向應(yīng)力狀態(tài)分析 305
22.5 廣義胡克定律 306
22.6 強(qiáng)度理論及其應(yīng)用 307
本章小結(jié) 310
思考題 312
習(xí)題 312
第23章 組合變形 315
23.1 組合變形的概念 315
23.2 拉伸（壓縮)與彎曲的組合 316
23.3 扭轉(zhuǎn)與彎曲的組合 318
本章小結(jié) 320
思考題 321
習(xí)題 321
第24章 壓桿穩(wěn)定 323
24.1 壓桿穩(wěn)定的概念 323
24.2 細(xì)長(zhǎng)壓桿臨界壓力的歐拉公式 324
24.2.1 兩端鉸支細(xì)長(zhǎng)壓桿的臨界壓力 324
24.2.2 其他支承條件下細(xì)長(zhǎng)壓桿的臨界壓力 325
24.3 臨界應(yīng)力與歐拉公式的應(yīng)用范圍 327
24.4 壓桿的穩(wěn)定性計(jì)算 330
24.5 提高壓桿穩(wěn)定性的措施 333
本章小結(jié) 334
思考題 335
習(xí)題 335
附錄A 截面圖形的幾何性質(zhì) 338
附錄B 型鋼表 341
習(xí)題答案 351
參考文獻(xiàn) 358
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工程力學(xué)(第二版) 節(jié)選

緒論 1.工程力學(xué)的研究?jī)?nèi)容 工程力學(xué)涉及眾多的力學(xué)學(xué)科，所包含的內(nèi)容極其廣泛，本書只包含靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)以及材料力學(xué)部分。 靜力學(xué)是工程力學(xué)以及其他工科力學(xué)課程的基礎(chǔ)，其主要研究物體在力系作用下的平衡規(guī)律，包括物體的受力分析、力系的等效替換（或者簡(jiǎn)化）以及建立各種力系的平衡條件。 運(yùn)動(dòng)學(xué)研究物體運(yùn)動(dòng)的幾何性質(zhì)，包括運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)方程、速度和加速度等，而不追究物體為什么會(huì)有這樣的運(yùn)動(dòng)特性。運(yùn)動(dòng)學(xué)是學(xué)習(xí)動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)，同時(shí)也為分析機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)提供必要的基礎(chǔ)。 動(dòng)力學(xué)研究物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)與作用力之間的關(guān)系，建立物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的普遍規(guī)律。 材料力學(xué)研究構(gòu)件在外力的作用下，內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生什么樣的力，這些力是怎樣分布的，會(huì)導(dǎo)致構(gòu)件有怎樣的變形，以及這些變形對(duì)構(gòu)件的正常工作會(huì)產(chǎn)生什么樣的影響。 工程實(shí)際中，結(jié)構(gòu)的元件、機(jī)器的零部件，統(tǒng)稱為構(gòu)件。如建筑物的梁和柱、機(jī)床的軸等。構(gòu)件在工作時(shí)，載荷過(guò)大會(huì)使其喪失正常的工作能力，這種現(xiàn)象稱為失效或破壞。為使構(gòu)件在載荷作用下能正常工作而不破壞，也不發(fā)生過(guò)大的變形和不喪失穩(wěn)定，要求構(gòu)件滿足三方面的要求：強(qiáng)度要求、剛度要求、穩(wěn)定性要求。 強(qiáng)度要求就是指在外載作用下，構(gòu)件應(yīng)有足夠的抵抗破壞和過(guò)大塑性變形的能力。例如，沖床曲軸不可折斷、儲(chǔ)氣罐不應(yīng)爆破、鉆床的立柱不應(yīng)折彎等。 剛度要求就是指在外載作用下，構(gòu)件應(yīng)有足夠的抵抗彈性變形的能力。例如，齒輪軸若變形過(guò)大，將造成齒輪和軸承的不均勻磨損引起噪聲；機(jī)床主軸變形過(guò)大，將影響加工精度。 穩(wěn)定性要求就是指在外載作用下，構(gòu)件應(yīng)有足夠的保持原有平衡狀態(tài)的能力，如內(nèi)燃機(jī)的挺桿、千斤頂?shù)穆輻U、翻斗貨車的液壓機(jī)構(gòu)中的頂桿等，應(yīng)始終維持原有的直線平衡狀態(tài)，保證不被壓彎。 2.工程力學(xué)的研究對(duì)象 實(shí)際工程中，構(gòu)件在外載作用下，幾何形狀和尺寸都會(huì)發(fā)生改變，這種變化稱為變形。發(fā)生形狀和尺寸改變的構(gòu)件就稱為變形體。但在實(shí)際處理工程問題時(shí)，是否考慮構(gòu)件的變形需根據(jù)具體情況而定。在靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)中，構(gòu)件在外載作用下產(chǎn)生的變形都比較小，幾乎不影響構(gòu)件的受力與運(yùn)動(dòng)，因而可以忽略掉這種變形。因此，在靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)中，可以將變形體簡(jiǎn)化為剛體。所謂剛體，就是指在外載作用下，其內(nèi)部任意兩點(diǎn)之間的距離始終保持不變的物體，是一個(gè)理想化的模型。在本書第1~3篇中所指的物體都是剛體。而材料力學(xué)是研究作用在物體上的力與變形規(guī)律。這時(shí)，即使變形很小，也不能忽略，因而材料力學(xué)的研究對(duì)象是變形體。但是在研究變形問題過(guò)程中，當(dāng)涉及平衡問題時(shí)，大部分情況下仍可用剛體模型。 3.工程力學(xué)的研究方法 工程力學(xué)的研究方法主要有兩種：理論方法和實(shí)驗(yàn)方法。 理論方法包括： (1)人們通過(guò)觀察生活和生產(chǎn)實(shí)踐中的各種現(xiàn)象，進(jìn)行多次的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)分析、綜合和歸納，總結(jié)出力學(xué)的基本規(guī)律。例如，遠(yuǎn)在古代，人們?yōu)榱颂崴圃炝宿A轤；為了搬運(yùn)重物，使用了杠桿、斜面和滑輪等。制造和使用這些生活和生產(chǎn)工具，使人類對(duì)于機(jī)械運(yùn)動(dòng)有了初步的認(rèn)識(shí)，并積累了大量的經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)分析、綜合和歸納，逐漸形成了如“力”和“力矩”的基本概念，以及“二力平衡”、“杠桿原理”、“力的平行四邊形法則”和“萬(wàn)有引力定律”等力學(xué)的基本規(guī)律。 (2)在對(duì)事物觀察和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)抽象化建立力學(xué)模型，形成概念，在基本規(guī)律的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)邏輯推理和數(shù)學(xué)演繹，建立理論體系。如靜力學(xué)中，忽略物體的微小變形，把物體簡(jiǎn)化為剛體；在材料力學(xué)中，軸向拉壓桿件受軸向力的平面假設(shè)，以及扭轉(zhuǎn)軸受扭矩時(shí)的平面假設(shè)等。這種抽象化、理想化的方法，既簡(jiǎn)化了所研究的問題，同時(shí)也更深刻地反映了事物的本質(zhì)。需要注意的是，任何抽象化的模型都是相對(duì)的，當(dāng)條件發(fā)生變化時(shí)，必須考慮影響事物的新的因素，建立新的模型。例如，在研究物體受外力作用而平衡時(shí)，可以忽略物體形狀的改變，采用剛體模型；但要分析物體內(nèi)部的受力狀態(tài)或解決一些復(fù)雜物體系的平衡問題時(shí)，必須考慮物體的變形，采用變形體模型。 (3)將理論用于實(shí)踐，在認(rèn)識(shí)世界、改造世界中不斷得到驗(yàn)證和發(fā)展。 實(shí)驗(yàn)方法就是以實(shí)驗(yàn)手段對(duì)各種力學(xué)問題進(jìn)行分析研究，得到**性的認(rèn)識(shí)并總結(jié)出規(guī)律（定理、定律、公式、理論），建立以力學(xué)模型為表征的理論，并為解決工程問題作出貢獻(xiàn)。例如，在靜力學(xué)中，通過(guò)實(shí)驗(yàn)可測(cè)得兩種材料的摩擦系數(shù)，在動(dòng)力學(xué)中通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以測(cè)得剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等；材料力學(xué)中，材料的力學(xué)性能可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定。另外，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化得出的結(jié)論是否可信，也要由實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。還有一些尚無(wú)理論結(jié)果的問題需借助實(shí)驗(yàn)方法來(lái)解決。所以理論研究和實(shí)驗(yàn)方法同是工程力學(xué)解決問題的方法。 4.工程力學(xué)與工程實(shí)際的關(guān)系 力學(xué)是*早形成的自然科學(xué)之一。17世紀(jì)牛頓奠定了經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)，之后力學(xué)得到快速發(fā)展。到19世紀(jì)末，力學(xué)已發(fā)展到很高的水平。 20世紀(jì)，由于力學(xué)的參與，很多學(xué)科及工程技術(shù)得以快速發(fā)展，包括土木工程、機(jī)械工程、海洋工程、航空航天技術(shù)等。 進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，諸多重大工程及高新技術(shù)無(wú)不與力學(xué)密切相關(guān)，如長(zhǎng)江三峽工程、杭州跨海大橋、載人航天工程、動(dòng)車組提速、中國(guó)空間站組建等？傊W(xué)在諸多工程技術(shù)的發(fā)展中起著重要甚至是關(guān)鍵的作用，對(duì)人類文明的進(jìn)步起到了極大的推動(dòng)作用。 第1篇 靜力學(xué) 靜力學(xué)是研究物體在力系作用下平衡規(guī)律的科學(xué)。 靜力學(xué)是其他工科力學(xué)的基礎(chǔ)，力系的簡(jiǎn)化理論和物體受力分析的方法是研究動(dòng)力學(xué)及其他后繼課程的重要基礎(chǔ)。在靜力學(xué)中，主要研究以下兩個(gè)問題。 1.力系的簡(jiǎn)化 在工程實(shí)際中，通常一個(gè)物體總是受到許多力的作用。將作用于物體上的這群力稱為力系。力系的簡(jiǎn)化就是將作用于物體上的較復(fù)雜的力系，用一個(gè)簡(jiǎn)單的且與其等效的力系來(lái)代替。力系簡(jiǎn)化的目的是要將一個(gè)較復(fù)雜的力系，轉(zhuǎn)化成與其等效的較簡(jiǎn)單的力系。 2.力系的平衡條件及其應(yīng)用 力系的平衡條件就是物體在平衡狀態(tài)時(shí)，作用于物體上的力系所應(yīng)滿足的條件。利用力系的平衡條件，可通過(guò)某些已知力和結(jié)構(gòu)的幾何尺寸，求出未知力的大小和作用方位。 靜力學(xué)在工程技術(shù)中有廣泛的應(yīng)用，例如在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，常常要對(duì)各構(gòu)件進(jìn)行受力分析，并利用平衡條件確定其受力，以便作為構(gòu)件強(qiáng)度和剛度設(shè)計(jì)的依據(jù)。 第1章 靜力學(xué)基本公理和物體的受力分析 本章將闡述靜力學(xué)基本概念和幾個(gè)公理，這些概念和公理是靜力學(xué)的基礎(chǔ)，*后介紹物體的受力分析和受力圖。 1.1 靜力學(xué)基本概念 靜力學(xué)主要研究物體平衡時(shí)各作用力之間的關(guān)系。 1.力的概念 力是物體間的相互機(jī)械作用，這種作用使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化(包括變形)。例如，人用力拉車可使車的速度增大;地球?qū)υ虑虻囊κ乖虑虿粩喔淖冞\(yùn)動(dòng)方向而環(huán)繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)；鍛錘的沖擊力使鍛件變形等。 力對(duì)物體的效應(yīng)表現(xiàn)為物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變和變形，力使物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化的效應(yīng)稱為力的外效應(yīng)，而力使物體產(chǎn)生變形效應(yīng)稱為力的內(nèi)效應(yīng)。理論力學(xué)主要研究力的外效應(yīng)，而材料力學(xué)則研究力的內(nèi)效應(yīng)。 實(shí)踐表明，力對(duì)物體的作用效應(yīng)決定于以下三個(gè)要素：①力的大；②力的方向;③力的作用點(diǎn)。當(dāng)這三個(gè)要素中的任何一個(gè)改變時(shí)，力的作用效應(yīng)也就不同了。 圖1-1 力是一個(gè)既有大小又有方向的量，稱為矢量(或稱向量)。在力學(xué)中，矢量可用一條具有方向的線段來(lái)表示，如圖1-1所示，用線段的起點(diǎn)(或終點(diǎn))表示力的作用點(diǎn)；用線段的方位和箭頭指向表示力的方向，用線段的長(zhǎng)度(按一定比例)表示力的大小。通過(guò)力的作用點(diǎn)沿力方向的直線，稱為力的作用線。在本書中，力的矢量用黑斜體字母表示如Ｆ，而力的大小(該矢量的模)則用普通字母Ｆ表示。 力的國(guó)際單位(ＳＩ)是牛頓，或千牛頓，其代號(hào)為牛(Ｎ)或千牛(kＮ)，兩者的換算關(guān)系為1kN=1000N 一個(gè)物體所受的力往往有好幾個(gè)，同時(shí)作用在同一物體上的一群力稱為力系，作用于物體上的力系如果可以用另一個(gè)適當(dāng)?shù)牧ο祦?lái)代替而作用效應(yīng)相同，那么這兩個(gè)力系互稱等效力系。 2.剛體的概念 剛體就是在任何情況下都不發(fā)生變形的物體。顯然，這是一個(gè)抽象化的模型。實(shí)際上并不存在這樣的物體，任何物體受力后總是或多或少發(fā)生變形，但是，工程實(shí)際中的機(jī)械零件和結(jié)構(gòu)件在正常工作情況下的變形一般很微小，這種微小的變形對(duì)于物體外效應(yīng)研究影響甚微，可以略去不計(jì)，這樣可使問題大為簡(jiǎn)化。這種撇開次要矛盾，抓住主要矛盾的做法是科學(xué)的抽象方法。 靜力學(xué)中所研究的物體只限于剛體，因此又稱剛體靜力學(xué)，它是研究變形體力學(xué)的基礎(chǔ)。 3.平衡的概念 平衡是指物體相對(duì)于周圍物體(慣性參考系)保持其靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。顯然，平衡是機(jī)械運(yùn)動(dòng)的特殊形式。在工程實(shí)際中，一般取固連于地球的參考系作為慣性參考系。這樣，平衡就是指物體相對(duì)于地球靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)。要使物體保持平衡，作用于物體上的力系就要滿足一定的條件，這些條件稱為力系的平衡條件。這種力系稱為平衡力系。 1.2 靜力學(xué)基本公理 公理是人們經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期觀察和經(jīng)驗(yàn)積累而得到的結(jié)論，它已經(jīng)在大量實(shí)踐中得到驗(yàn)證，無(wú)須證明而為大家公認(rèn)。靜力學(xué)公理是人們關(guān)于力基本性質(zhì)的概括和總結(jié)，它們是靜力學(xué)全部理論的基礎(chǔ)。 圖1-2 公理1(二力平衡公理) 作用于剛體上的兩個(gè)力，使剛體處于平衡的必要和充分條件是：這兩個(gè)力的大小相等，方向相反，并作用于同一直線上。如圖1-2所示，即 Ｆ1＝-Ｆ2(1-1) 這個(gè)公理揭示了作用于物體上*簡(jiǎn)單力系平衡時(shí)所必須滿足的條件。對(duì)于剛體來(lái)說(shuō)，這個(gè)條件是既必要又充分的，但對(duì)于變形體，這個(gè)條件是不充分的。例如，軟繩受兩個(gè)等值反向的拉力作用可以平衡，而受兩個(gè)等值反向的壓力作用就不能平衡。 只受兩個(gè)力作用并處于平衡的物體稱為二力體，如果物體是個(gè)桿件，也稱二力桿。 公理2(加減平衡力系公理) 在作用于剛體上的任何一個(gè)力系中，加上或減去任意一個(gè)平衡力系，并不改變?cè)ο祵?duì)剛體的效應(yīng)。 這個(gè)公理的正確性是顯而易見的，因?yàn)槠胶饬ο祵?duì)于剛體的平衡或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)沒有影響。這個(gè)公理是力系簡(jiǎn)化的理論依據(jù)。 推論(力的可傳性原理) 作用于同一剛體上的力可沿其作用線移至同一剛體的任一點(diǎn)，而不改變它對(duì)剛體的作用效應(yīng)。 證明：設(shè)力Ｆ作用于剛體上的Ａ點(diǎn)，如圖1-３(a)所示。在其作用線上任取一點(diǎn)Ｂ， 并在Ｂ點(diǎn)加上一對(duì)平衡力Ｆ1、Ｆ2，并使Ｆ＝-Ｆ1＝Ｆ2，如圖1-３(b)所示。由于力Ｆ和Ｆ1也是一對(duì)平衡力系，故可減去，這樣只剩下一個(gè)力Ｆ2，如圖1-３(c)所示，于是，原來(lái)的這個(gè)力Ｆ與力系(Ｆ、Ｆ1、Ｆ2)以及力Ｆ2相互等效，而力Ｆ2就是原來(lái)的力Ｆ，只是作用點(diǎn)已移到了Ｂ點(diǎn)。 由此可見，對(duì)于剛體來(lái)說(shuō)，力的作用點(diǎn)已不是決定力的作用效果的要素，它已被力作用線所代替。因此，作用于剛體上的力的三要素是：力的大小、方向和作用線。由此看出，對(duì)剛體而言，力是滑動(dòng)矢量。 圖1-3 1-3 公理３(力的平行四邊形法則) 作用于物體上同一點(diǎn)的兩個(gè)力可合成為一個(gè)合力，此合力也作用于該點(diǎn)，合力的大小和方向由以原兩力矢為鄰邊所構(gòu)成的平行四邊形的對(duì)角線來(lái)表示。如圖1-4(a)所示，或者說(shuō)，合力矢等于這兩個(gè)力矢的幾何和(或矢量和)，即 Ｒ＝Ｆ1＋Ｆ2 圖1-4 1-4 根據(jù)公理３求合力的幾何方法稱為力的平行四邊形法則。由圖1-4(b)可見，在求合力Ｒ時(shí)，實(shí)際上不必作出整個(gè)平行四邊形，只要以力矢Ｆ1的末端Ｂ作為力矢Ｆ2的始端而畫出Ｆ2，即兩分力矢的首尾相連，則矢量ＡＤ就代表合力矢Ｒ，這樣畫成的三角形ＡＢＤ稱為力三角形。這一求合力

工程力學(xué)(第二版) 作者簡(jiǎn)介

王永巖，男，1956年12月生，教授、博士生導(dǎo)師、重量教學(xué)名師。1982年于遼寧工程技術(shù)大學(xué)本科畢業(yè)并獲力學(xué)、礦建雙學(xué)士學(xué)位，1983～1985年在東北大學(xué)攻讀碩士，1998～2001年在遼寧工程技術(shù)大學(xué)攻讀博士，并獲“遼寧省優(yōu)秀博士論文獎(jiǎng)”和“國(guó)家優(yōu)秀博士論文提名獎(jiǎng)”，1995年破格晉升為教授，2001年被聘為博士生導(dǎo)師。主要研究方向：計(jì)算力學(xué)結(jié)構(gòu)仿真及預(yù)測(cè)、巖石力學(xué)與礦壓控制、機(jī)械振動(dòng)及控制、虛擬工程。主講“理論力學(xué)”重量精品課程等20余門，已培養(yǎng)40余名博士、碩士研究生；主編出版《動(dòng)態(tài)子結(jié)構(gòu)方法及其應(yīng)用》、《理論力學(xué)》、《材料力學(xué)》、《工程力學(xué)》、《結(jié)構(gòu)力學(xué)》、《有限元》、《振動(dòng)力學(xué)》、《彈性力學(xué)》、《流體力學(xué)》等力學(xué)系列教材、專著、課堂教學(xué)軟件和英漢雙語(yǔ)電子教程26部，共1000多萬(wàn)字。在國(guó)內(nèi)外核心刊物上發(fā)表論文80余篇。主持國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家“863”子項(xiàng)目、省基金項(xiàng)目和教育部教改項(xiàng)目等20余項(xiàng)，有23項(xiàng)教學(xué)成果在全國(guó)27個(gè)省、市232所大專院校和國(guó)外兩所大學(xué)使用，并受到好評(píng)。主持的項(xiàng)目獲國(guó)家教學(xué)成果二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，省教學(xué)成果一等獎(jiǎng)3項(xiàng)，省教學(xué)成果二等獎(jiǎng)3項(xiàng)，省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)2項(xiàng)，市科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，重量行業(yè)二、三等獎(jiǎng)3項(xiàng)。先后被評(píng)為遼寧省突出貢獻(xiàn)專家、省科技工作者、省優(yōu)秀教師、省五一勞動(dòng)獎(jiǎng)?wù)潞褪惺蠼艹銮嗄辍⑹星嗄昕萍枷蠕h、市專業(yè)技術(shù)拔尖人才和市特等勞模等榮譽(yù)稱號(hào)，獲國(guó)務(wù)院政府特殊津貼，2003年被評(píng)為首屆“重量教學(xué)名師”。2009年他帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)獲得“重量教學(xué)團(tuán)隊(duì)”稱號(hào)。

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