工程力学教程篇

本书是根据教育部高等学校力学教育指导委员会力学基础课程教学指导分委员会制定的《高等学校理工科非力学专业力学基础课程教学基本要求》，并结合创建应用型本科院校背景，以及工程力学课程教学大纲的内容和要求编写的。

本书分3篇（共14章）。第1篇静力学内容包括：静力学基础、平面力系、空间力系。第2篇材料力学内容包括：轴向拉伸与压缩、剪切与挤压、圆轴的扭转、弯曲、应力状态分析与强度理论、组合变形、压杆稳定。第3篇运动学和动力学内容包括：一点的运动分析、刚体的平面运动、质点动力学、动力学普遍定理。附录I为平面图形的几何性质。本书重视基本概念和基本分析方法，注重培养学生分析与解决问题的能力，并配有《工程力学导学篇》供读者使用。

在编写本书的过程中，编者结合目前创建应用型本科院校的背景，以及课程理论教学时数逐渐减少的实际情况，坚持理论联系实际的方针和把握够用、精炼的原则，充分吸取各高等院校近年来“工程力学”课程教学改革的经验，在内容的选择上，删繁就简，充实技术性、实用性、实践性的内容。本书内容编排与讲解由浅入深，循序渐进，充分反映编者长期教学所积累的经验和体会。

本书由胡庆泉、王继燕担任主编，崔泽、刘隆、马昌红、杨尚阳担任副主编。具体编写人员为：蒋彤（第1、2章），胡庆泉（第3章，附录I），李琳（第4章），崔泽（第5、6章），高曦光（第7章），侯善芹（第8、9章），马昌红（第10章），刘隆（第11章），杨尚阳（第12章），王继燕（第13、14章）。本书由胡庆泉、王继燕统稿，崔泽、刘隆、马昌红、杨尚阳、尹大刚等对全书进行了详细审阅。

限于编者的水平，本书难免有不足和欠妥之处，敬请广大教师和读者批评指正。

编者

2022年5月

第1篇 静力学
引言 2
第1章 静力学基础 3
1.1 静力学的基本概念及基本公理 3
1.1.1 力和力系 3
1.1.2 刚体和变形体 4
1.1.3 静力学公理 4
1.2 力对点的矩和合力矩定理 6
1.2.1 平面上力对点的矩 6
1.2.2 合力矩定理 7
1.3 力偶 8
1.3.1 力偶的概念和性质 8
1.3.2 力偶矩的概念 9
1.3.3 同一平面内力偶的等效定理 10
1.4 约束和约束力 10
1.4.1 柔索约束 11
1.4.2 光滑面约束 12
1.4.3 光滑圆柱铰链约束 13
1.5 物体的受力分析与受力图 16
扩展阅读：静力学发展简史 17
第2章 平面力系 19
2.1 平面汇交力系的合成与平衡 19
2.1.1 平面汇交力系的合成与平衡的几何法 19
2.1.2 平面汇交力系的合成与平衡的解析法 20
2.2 平面力偶系的合成与平衡 22
2.2.1 平面力偶系的合成 22
2.2.2 平面力偶系的平衡 23
2.3 平面任意力系的简化及结果讨论 24
2.3.1 力的平移定理 24
2.3.2 平面任意力系向一点的简化 25
2.3.3 平面任意力系简化结果的讨论 26
2.3.4 固定端约束 27
2.4 平面任意力系的平衡方程及其应用 28
2.5 物体系统的平衡 31
2.5.1 静定和静不定问题 31
2.5.2 物体系统的平衡概述 32
2.6 考虑摩擦时的平衡问题 36
2.6.1 滑动摩擦和滑动摩擦力 37
2.6.2 考虑滑动摩擦时物体的平衡问题 39
第3章 空间力系 41
3.1 空间汇交力系的合成与平衡 41
3.1.1 力在直角坐标轴上的投影 41
3.1.2 空间汇交力系的合成 42
3.1.3 空间汇交力系的平衡条件 43
3.2 空间力对点的矩和空间力对轴的矩 43
3.2.1 力对点的矩用矢量表示 43
3.2.2 力对轴的矩 44
3.2.3 力对点的矩与力对轴的矩的关系 46
3.3 空间任意力系的简化及平衡方程 46
3.3.1 空间任意力系向一点的简化 46
3.3.2 空间任意力系的平衡方程 48
3.4 平行力系中心与重心 49
3.4.1 平行力系中心 49
3.4.2 重心坐标的一般公式 50
3.4.3 组合形状物体的重心 53
第2篇 材料力学
引言 56
第4章 轴向拉伸与压缩 61
4.1 轴向拉伸与压缩的概念与实例 61
4.2 轴向拉压杆的轴力与轴力图 62
4.2.1 轴力 62
4.2.2 轴力图 62
4.3 轴向拉压杆的应力 64
4.3.1 横截面上的应力 64
4.3.2 斜截面上的应力 66
4.4 轴向拉压杆的强度计算 67
4.5 轴向拉压杆的变形计算 70
4.6 材料在拉伸或压缩时的力学性能 73
4.6.1 低碳钢拉伸时的力学性能 73
4.6.2 铸铁拉伸时的力学性能 77
4.6.3 其他塑性材料拉伸时的力学性能 77
4.6.4 材料在压缩时的力学性能 78
4.7 应力集中的概念 80
扩展阅读：圣维南 81
第5章 剪切与挤压 83
5.1 剪切与挤压的概念 83
5.2 剪切与挤压强度的实用计算 83
第6章 圆轴的扭转 87
6.1 圆轴扭转的概念与实例 87
6.2 扭矩的计算与扭矩图 88
6.2.1 传动轴的外力偶矩计算 88
6.2.2 横截面上的内力—扭矩 88
6.2.3 扭矩图 89
6.3 圆轴扭转时的应力与强度计算 91
6.3.1 薄壁圆筒的扭转 91
6.3.2 等直圆轴扭转时横截面上的应力 93
6.3.3 截面的极惯性矩和抗扭截面系数的计算 96
6.3.4 圆轴扭转的强度条件 97
6.4 圆轴扭转时的变形与刚度条件 99
6.4.1 扭转变形 99
6.4.2 刚度条件 99
第7章 弯曲 101
7.1 平面弯曲的概念与实例 101
7.2 梁的内力—剪力和弯矩 102
7.2.1 梁的简化 102
7.2.2 剪力和弯矩 102
7.3 剪力方程和弯矩方程、剪力图和弯矩图 104
7.4 载荷集度剪力和弯矩间的关系 106
7.5 纯弯曲梁的正应力计算 108
7.5.1 纯弯曲和横力弯曲的概念 108
7.5.2 纯弯曲梁横截面上的正应力 108
7.6 梁的正应力强度条件及强度计算 112
7.7 弯曲梁的切应力计算 113
7.8 梁的变形计算 118
7.8.1 梁的挠曲线近似微分方程 118
7.8.2 积分法求梁的弯曲变形 120
7.8.3 叠加法求梁的弯曲变形 120
7.9 梁的刚度条件和提高梁刚度的措施 124
7.9.1 梁的刚度条件 124
7.9.2 提高梁刚度的措施 125
扩展阅读：赵州桥 126
第8章 应力状态分析与强度理论 128
8.1 应力状态概述 128
8.2 平面应力状态分析 130
8.2.1 解析法 130
8.2.2 图解法 133
8.3 空间应力状态简介 135
8.4 广义胡克定律 137
8.5 强度理论 139
8.5.1 强度理论概述 139
8.5.2 四种常用的强度理论 140
8.5.3 莫尔强度理论 143
第9章 组合变形 146
9.1 拉伸或压缩与弯曲的组合 147
9.2 弯曲与扭转的组合 149
第10章 压杆稳定 151
10.1 压杆稳定的概念 151
10.2 临界力的确定 153
10.2.1 两端铰支细长压杆的临界力 153
10.2.2 其他支座条件下细长压杆的临界力 154
10.3 欧拉公式的适用范围和临界应力的经验公式 155
10.3.1 欧拉公式的适用范围 156
10.3.2 临界应力的经验公式 157
10.4 压杆的稳定校核 160
10.4.1 稳定安全因数法 160
10.4.2 折减系数法 161
10.5 提高压杆稳定性的措施 163
扩展阅读：压杆稳定研究发展历史 164
第3篇 运动学和动力学
引言 167
第11章 一点的运动分析 168
11.1 点的运动分析 168
11.1.1 矢量法 168
11.1.2 直角坐标法 169
11.1.3 自然法 170
11.2 简单运动刚体内点的运动分析 174
11.2.1 刚体的平行运动 174
11.2.2 刚体的定轴转动 175
11.2.3 点的合成运动 178
11.2.4 点的速度合成定理 179
11.2.5 点的加速度合成定理 181
扩展阅读：伽利略 182
第12章 刚体的平面运动 183
12.1 刚体平面运动的概述和运动分解 183
12.1.1 刚体平面运动的概念 183
12.1.2 刚体平面运动力学模型的简化 184
12.1.3 刚体平面运动的分解 184
12.2 平面图形上各点的速度分析 187
12.2.1 基点法 187
12.2.2 速度投影定理法 190
12.2.3 瞬时速度中心法 191
12.3 平面图形上各点的加速度分析 195
第13章 质点动力学 198
13.1 动力学基本定律 198
13.2 质点的运动微分方程 200
扩展阅读：牛顿 204
第14章 动力学普遍定理 205
14.1 动量和冲量 205
14.1.1 动量和冲量的概念 205
14.1.2 动量定理 207
14.1.3 质心运动定理和质心运动守恒定理 209
14.2 动量矩定理 213
14.2.1 刚体对轴的转动惯量 213
14.2.2 动量矩 217
14.2.3 动量矩定理概述 220
14.2.4 刚体绕定轴转动的微分方程 224
14.2.5 刚体平面运动微分方程 226
14.3 动能定理 228
14.3.1 力做的功 228
14.3.2 动能 233
14.3.3 动能定理概述 236
14.3.4 功率、功率方程、机械效率 239
14.3.5 动力学普遍定理的综合应用 240
附录I 平面图形的几何性质 242
I.1　静矩和形心 242
I.2　惯性矩、惯性积和惯性半径 244
I.3　平行移轴公式 248
参考文献 250

1. 输水管线工程风险管理 [张勇 党亥生 著]
2. 民用航空飞机标准线路施工 [主编　王志敏　陈明]
3. 不息的水脉—大运河讲谈录 [赵珩　著]
4. 实用运筹学 [主编　邢育红　于晋臣]
5. 三峡梯级电站水资源决策支持系统研究与开发 [姚华明 潘红忠 汤正]
6. 海南黎族民俗文化鉴赏 [庞国华　著]
7. 石墨烯在太赫兹及中红外频段电磁器件设计中的应用 [李艳秀 庄华伟 著]
8. 电子技术（第二版） [主编 覃爱娜 李飞]
9. 办公自动化高级应用 [陈萍 朱晓玉]
10. 信息处理技术员考试32小时通关 [薛大龙]
11. 电子产品设计案例教程（微课版）—基于嘉立创EDA（专业版） [王静 莫志宏 陈学昌 丁红]
12. C程序设计实践教程 [刘卫国]
13. C程序设计（慕课版） [刘卫国]
14. Web技术开发教程（基于.NET开源MVC框架） [王合闯 韩红玲 王青正 陈海蕊]
15. 商务英语翻译教程（笔译）（第四版） [主编 王军平]
16. 智慧零售技术与应用 [洪旭 著]
17. 建设工程法规实务 [主编 余滢]
18. 商务秘书理论与实务（第三版） [主编 张同钦]
19. 程序设计基础实践教程（C/C++语言版） [张桂芬 葛丽娜]
20. C++案例项目精讲 [主编 杨国兴]
21. 劳动争议处理实务 [主编 王秀卿 罗静]
22. 工程数学 [主编 郭立娟 王海]
23. 语音识别理论与实践 [主编　莫宏伟]
24. 信息系统项目管理师章节习题与考点特训（第二版） [主编 薛大龙]
25. 武术基础教程 [主编 李代勇 谢志民]
26. 计算机网络实训教程 [主编 张浩军 赵玉娟]
27. 画法几何与机械制图习题集（多学时） [主编 赵军]
28. HCIA-Datacom认证题库分类精讲 [主 编 韩立刚]
29. SwiftUI完全开发 [李智威 著]
30. 网络规划设计师备考一本通 [夏杰 编著]