建築構造材料的靜力學與材料力學 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:六合

作者:Onouye,Barry 著/ 呂以寧 譯

出品人:

页数:525

译者:

出版时间:20040701

价格:260.00元

装帧:

isbn号码:9789570384482

丛书系列:

图书标签:

• 建築構造材料
• 靜力學
• 材料力學
• 結構工程
• 建築工程
• 土木工程
• 力學
• 建築材料
• 工程力學
• 結構分析

好的，这里为您提供一份关于《建筑结构材料的静力学与材料力学》这本书的详细图书简介，该简介旨在全面介绍该领域的核心内容，同时避免提及该书本身的存在，专注于阐述该学科领域的重要性、涵盖的理论基础、应用范围以及关键知识点。 --- 建筑结构材料的静力学与材料力学：基础理论、分析方法与工程应用 导论：结构工程的基石 建筑结构的稳固与安全是人类工程活动的永恒追求。要实现这一目标，工程师必须深刻理解材料在受力状态下的行为，以及结构整体在各种荷载作用下的响应机制。这门学科是连接基础物理学、材料科学与实际工程设计的桥梁。它不仅关乎构件的尺寸设计，更决定了整个建筑系统的可靠性、耐久性和经济性。本领域的核心任务是量化材料的强度、刚度与稳定性，并基于此建立一套严谨的分析工具，用以预测结构在工作荷载下的变形与应力状态。 第一部分：静力学基础——力的平衡与结构分析 静力学是理解结构受力状态的起点。它基于牛顿第一定律，要求所有作用于结构上的外力与内力在任意方向上的合力及合力矩均保持平衡。 刚体平衡与自由体图：分析的第一步是精确地隔离结构或其组成部分，绘制自由体图 (Free-Body Diagram)。这要求对结构的支座条件（如固定端、铰接端、滚支座）有清晰的认识，从而确定结构在二维或三维空间中的约束数量和类型。掌握如何建立和求解平衡方程 ($sum F_x = 0, sum F_y = 0, sum M = 0$) 是进行后续计算的前提。 桁架分析：桁架作为最基础的结构形式，其构件仅承受轴向拉力或压力。分析方法主要包括结点法 (Method of Joints) 和截面法 (Method of Sections)。理解桁架的“静定”与“静不定”是至关重要的，静定结构仅通过平衡方程即可求解，而静不定结构则需要引入变形（或刚度）概念进行补充求解。 梁的内力分析：梁是承受横向荷载最普遍的构件。其核心在于计算剪力 (Shear Force, $V$) 和弯矩 (Bending Moment, $M$) 沿梁轴线的分布规律。这通常通过剪力图 (SFD) 和弯矩图 (BMD) 来形象化表示。这些内力图是后续进行强度校核和刚度验算的基础数据。对于复杂荷载，微分关系（如挠度线斜率与弯矩、剪力与荷载之间的关系）是高效求解的关键工具。 基本结构系统：对简单梁、框架结构以及拱、架、索等基本体系的内力分析，要求掌握叠加原理，尤其是在处理多种荷载组合（如恒载、活载、风载、地震作用）时，如何确定最不利的内力组合值。 第二部分：材料力学——应力、应变与本构关系 材料力学关注的是物体内部的响应——即应力 (Stress) 和应变 (Strain) 及其演化规律。 应力概念：应力被定义为作用于材料内某一截面上单位面积上的内力，是描述材料内部受力状态的强度指标。需区分正应力（垂直于截面）和剪应力（平行于截面）。在复杂三维受力状态下，应力状态由柯西应力张量描述，其分析需依赖主应力的计算，即在某一方向上剪应力为零的特殊截面。 应变与几何关系：应变描述了材料的变形程度。轴向应变、剪切应变与线位移和转角之间存在明确的几何关系。在理解平面应变和平面应力状态时，建立应力与应变之间的联系是核心。 本构关系与胡克定律：对于大多数工程材料（如钢、混凝土），在弹性范围内，应力与应变遵循胡克定律 (Hooke's Law)。关键的材料参数是弹性模量 (E)（杨氏模量）和泊松比 ($ u$)。这些参数是材料刚度的量度，直接影响结构的变形。对于非线性或塑性行为，则需要引入更复杂的本构模型。 典型受力情况下的分析： 1. 轴向拉伸与压缩：计算拉/压杆的应力 ($sigma = P/A$)、伸长或缩短量 ($delta = PL/AE$)，以及屈服和极限强度。 2. 纯剪切：理解剪切模量 ($G$) 与 $E$ 和 $ u$ 的关系 ($G = E / [2(1+ u)]$)。 3. 梁的弯曲强度：推导并应用梁正应力公式 ($sigma = My/I$)，其中 $I$ 是截面惯性矩，是抵抗弯曲变形的几何性质。计算梁的抗弯截面模量。 4. 剪应力分析：掌握梁的剪应力分布公式 ($ au = VQ/It$)，特别关注在矩形截面和工字型截面中剪应力的分布特点。 5. 扭转：分析圆轴或空心轴在扭矩作用下的剪应力 ($ au = Tr/J$) 和扭转角 ($phi = TL/GJ$)，其中 $J$ 为极惯性矩。 第三部分：结构稳定性与能量法 结构构件在受压时，除了可能因材料强度失效外，还可能因几何失稳而突然破坏，即失稳 (Buckling)。 欧拉临界荷载：对于细长杆件，基于弹性理论推导的欧拉临界屈曲荷载是判断压杆稳定性的重要指标。公式中涉及的有效长度系数 ($K$) 取决于两端的约束条件，是稳定分析的关键输入。 能量法基础：在处理复杂结构或静不定问题时，基于能量原理的方法（如虚功原理、最小势能原理）提供了强大的分析工具。虚功原理尤其适用于求解位移和力，它通过平衡虚作用力与虚变形功之间的关系来简化计算。 第四部分：应用与扩展——静不定结构与材料的非线性行为 现代工程结构多为静不定结构，需要结合变形（刚度）和力（平衡）来求解。 变形与刚度分析：通过挠度和转角的计算，评估结构的刚度是否满足使用要求。对于静不定结构，常用的求解方法包括挠度系数法 (Flexibility Method) 和力和位移法 (Stiffness Method) 的基础概念，这些方法是有限元分析的理论前体。 失效准则：在强度校核中，需要根据材料特性选择合适的失效准则。对于延性材料（如钢材），常用的有最大剪应力准则 (Tresca) 和最大形状改变能量准则 (von Mises)，它们能更准确地预测材料从弹性进入塑性的临界点。 荷载与安全系数：所有结构设计都必须考虑荷载的不确定性和材料的差异性。通过引入安全系数 (Factor of Safety) 或荷载分项系数/抗力分项系数 (Load and Resistance Factors)，确保结构在预期使用寿命内的安全可靠性。 结语 掌握这些静力学和材料力学的基本原理与分析技巧，不仅能使工程师精确计算构件的应力、应变和位移，还能指导工程师进行合理的截面选择、材料优化以及结构体系的创新，最终保障建筑工程的质量与安全。这是所有结构工程师必须具备的核心专业素养。

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这本书的封面设计得相当朴实，那种略带磨砂质感的纸张，让人一上手就能感觉到它蕴含的“重量感”。我当初买这本书，主要就是冲着名字里那个“靜力學”去的，因为在我的学习初期，对受力分析和平衡态的理解总是停留在非常表层的概念上，总觉得那些力矩和反力计算起来像是空中楼阁，抓不住实际应用的影子。这本书的开篇章节，没有急于抛出复杂的公式，而是花了大量篇幅去探讨材料的宏观形变与微观晶体结构之间的微妙联系。作者似乎很擅长用日常的例子来类比复杂的力学现象，比如用橡皮泥的拉伸和压缩来解释应力和应变的弹性范围，这种讲解方式极大地降低了初学者的门槛。我尤其欣赏它在介绍静力平衡时，没有将结构件视为理想化的点或线，而是强调了它们在空间中的几何关系和边界条件是如何决定最终的受力状态的。读完前几章，我感觉自己对“看不见的力”的感知能力有了质的飞跃，不再是机械地套用公式，而是开始理解“为什么”这个力会以这种方式作用在结构上。整本书的排版清晰，图示精确，即便是那些复杂的静定和超静定结构的求解过程，也能通过详尽的步骤拆解，让人茅塞顿开。

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这本教材的语言风格，用一个词来形容就是“严谨中透着一丝学者的幽默感”。虽然主题是硬核的结构力学，但作者在某些定理的阐述上，偶尔会引用一些历史典故，比如描述挠度理论的演变时，会穿插讲述早期工程师们为了解决悬臂梁问题所付出的努力，这让原本枯燥的理论学习过程变得生动起来。我个人对其中关于“应力集中”的章节印象极其深刻。书中用三维的透视图清晰地展示了孔洞、缺口等几何不连续面对周围应力场的影响，并提供了非常实用的修正系数表格。我试着将书中的方法应用到我正在参与的一个小型机械结构设计优化上，通过引入圆角过渡，应力峰值果然得到了显著降低，这直接验证了书本知识的实用性。这本书的特点在于，它不仅仅是告诉你“怎么算”，更深入地解释了“为什么会这样”，它构建的是一个完整的力学认知体系，而不是零散的知识点集合。对于想要真正理解结构稳定性和可靠性背后物理原理的读者，这本书绝对是不可多得的宝藏。

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我在翻阅这本书时，最大的感受是它的“知识密度”极高，需要慢下来细细品味。特别是涉及到弹性力学基础和应力分析的部分，内容组织得像一个精密的瑞士钟表，每一个齿轮（概念）都与其他部分紧密咬合，环环相扣。这本书没有采用那种过于简化的“平面化”处理，而是坚持对三维应力状态的深入探讨，即便是基础的胡克定律，也是以张量形式引入的，这为后续学习更高级的结构分析（比如有限元分析的理论基础）打下了坚实的基础。我发现，很多其他教材中一带而过的概念，比如泊松比的物理意义、剪切模量的确定，在这里都有专门的篇幅进行深入的物理图像和数学推导。这本书的参考文献列表也相当可观，涵盖了从经典力学到现代材料科学的多个领域，看得出作者在编撰过程中进行了大量的跨学科整合。对于那些已经有一定基础，希望将知识体系进行系统化、理论化提升的进阶学习者来说，这本书简直是为你量身定做的进阶指南。

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说实话，这本书的厚度一度让我望而却步，感觉像是在啃一本“砖头”。但一旦真正沉浸进去，那种厚重感反而带来了一种踏实可靠的安全感，仿佛手里握着的是一份经过时间检验的真理。这本书最让我感到惊喜的是它对“材料力学”部分的处理，它没有像市面上很多教材那样，将材料的本构关系讲得晦涩难懂，而是巧妙地穿插了大量的实验数据和失效案例分析。特别是关于材料疲劳和蠕变的部分，作者引用了几个上世纪经典桥梁和压力容器的破坏案例，细致入微地分析了载荷历史、环境因素如何共同作用导致结构寿命的缩短。这对我这个未来想从事工程设计的人来说，简直是教科书级别的警示教育。书中的计算习题设计得非常巧妙，很多题目都不是简单的数值代入，而是要求读者根据实际工况，自行设定合理的简化假设，这极大地锻炼了我们工程师的批判性思维和工程判断力。我发现自己不再满足于仅仅算出答案，而是开始思考：“这个答案在实际工程中是否合理？误差范围是多少？”这种思维的转变，才是这本书给我带来的最大价值。

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这本书的实用价值，体现在它对“计算工具”的介绍上。它并不是一本单纯的理论书，而是将理论与工程实践紧密结合的典范。例如，在介绍梁的弯曲应力时，它不仅仅停留在 $M/I$ 的层面，而是详细对比了不同截面形状（工字钢、矩形截面、圆形截面）在相同弯矩作用下的效率差异，并附带了标准截面参数表。更具前瞻性的是，书中还专门辟出了一章来探讨现代计算方法（如矩阵刚度法）的初步概念，虽然没有深入到编程实现，但足以让读者理解有限元方法的力学基础。我个人认为，对于结构工程师而言，理解这些基础的力学模型和计算框架，远比单纯掌握某个软件的操作更为重要。这本书成功地做到了理论的深度和工程的广度之间的完美平衡，它既能满足那些对基础物理原理有执着探究欲望的读者，也能为那些急需工程应用指导的实践者提供坚实的后盾。这本书的价值是长期的，它不是那种读完就束之高阁的参考书，而是一本需要反复翻阅、常读常新的工具书。

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