材料力学(上册)(第二版) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:高等教育出版社

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出版时间:1900-01-01

价格:7.0

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isbn号码:9787040001754

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材料力学（下册） （暂定书名，以下内容为基于经典力学原理对后续主题的详尽概述，不涉及《材料力学（上册）（第二版）》中的基础拉伸、扭转、梁的应力应变等内容） 前言 本书是衔接《材料力学（上册）》的进阶教材，旨在为读者深入剖析材料在复杂载荷和边界条件下的行为规律。在成功掌握了静力学平衡、应力、应变基本概念以及杆件轴向、扭转和弯曲变形分析之后，本册将聚焦于材料力学中更为精深和实用的主题，特别是涉及能量法、复杂应力状态分析、动力学效应以及材料失效的判据。内容设计力求理论深度与工程应用紧密结合，引导学生从宏观现象深入到微观机制的理解。 第一章 结构稳定性的基本理论：压杆的失稳 本章是结构力学向材料力学深度渗透的关键一环，重点关注在受压作用下，细长构件（压杆）可能发生的突然失效模式——失稳。 1.1 欧拉公式的推导与应用范围：详细阐述欧拉公式的严格推导过程，基于弹性屈曲理论，明确其在细长杆件和理想材料假设下的精确适用条件。分析临界屈曲载荷$P_{cr}$的决定因素，特别是杆的有效长度$L_e$和截面惯性矩$I$的关键作用。 1.2 刚度与柔度的概念：引入结构柔度（Slenderness Ratio）的概念，并解释其在判断杆件是属于细长杆、中等杆还是短柱中的重要性。讨论柔度如何影响屈曲行为。 1.3 非理想条件下的屈曲分析：超越理想欧拉模型的限制，研究初始缺陷（如轴线不直、偏心荷载）对屈曲载荷的影响。介绍泰特梅耶（Tetmayer）公式及其他修正公式在工程实践中的应用，探讨初始偏心距与临界载荷之间的非线性关系。 1.4 非弹性屈曲理论：针对中等长度压杆，当应力达到材料的屈服极限前发生屈曲时，弹性理论失效。引入工程屈曲应力的概念，详细介绍苍斯（Engesser's）假定和修正模量法（Tangent Modulus Theory），推导正切模量$E_t$与屈曲载荷的关系，并将其与实验结果进行对比。 1.5 约束条件与有效长度系数：系统梳理各种典型端部约束（如铰接、固定、自由端）组合下的压杆稳定性问题，确定对应的有效长度系数$mu$，并结合实际工程案例说明不同约束对结构承载力的影响。 第二章 应力状态的综合分析与强度判据 《上册》主要处理一维应力问题，本章将把分析对象提升至三维应力状态，这是进行复杂构件设计的基础。 2.1 二维与三维应力状态的描述：复习应力张量（Cauchy Stress Tensor）的构成，理解应力在不同方向上的分布。 2.2 主应力与主方向：深入推导主应力（Principal Stresses）的计算方法，包括通过特征方程确定主方向。强调主应力状态下剪应力的消除特性，并解释其在工程判断中的重要性。 2.3 莫尔应力圆的扩展应用：系统回顾二维莫尔应力圆，并将其推广至三维应力状态下的主应力球或莫尔应力轨迹图，用于直观理解应力分量的转换。 2.4 材料的强度理论：介绍在多向应力状态下，如何准确预测材料是否会发生屈服或断裂。 最大剪应力理论（Tresca 准则）：基于剪应力的最大值，阐述其在塑性分析中的应用。 最大能量变形理论（Von Mises 准则）：基于形状变化能（畸变能密度），详细推导其等效应力表达式，并说明其在预测延性材料失效中的优越性。 讨论其他理论（如莫尔-库仑准则在岩土工程中的应用）。 2.5 应变状态的分析：从三维应变张量出发，推导主应变的概念，并将其与主应力联系起来，为理解材料的弹性变形提供更全面的视角。 第三章 结构整体的能量法分析 能量法提供了一种与直接积分法截然不同的、更高效的分析工具，尤其适用于复杂载荷和位移边界条件的系统。 3.1 功与势能原理：回顾保守系统中的虚功原理（Principle of Virtual Work），并将其应用于静力平衡分析。 3.2 弹性势能（Strain Energy）的计算：系统总结各种加载形式下的应变能密度公式，包括轴向、扭转、弯曲（剪切和弯矩耦合作用）以及厚壁圆筒的应变能。 3.3 结构变形的能量法计算： 单位力法（Unit Load Method）：利用虚功原理，通过施加单位虚载荷来计算结构中特定点的位移或转角。 卡斯蒂格里亚诺第一定理（Castigliano's First Theorem）：建立位移与应变能对载荷的偏导数之间的关系，特别适用于一次超静定结构变形的计算。 卡斯蒂格里亚诺第二定理：用于确定未知力（如静定结构中的反力）或应力边界条件下的应变。 3.4 大变形与变分原理：初步介绍变分法在结构分析中的地位，为后续学习有限元方法打下理论基础。 第四章 接触应力与疲劳强度基础 本章将讨论构件之间的局部相互作用（接触）以及材料在长期交变载荷下的寿命问题。 4.1 弹性接触问题：分析两个光滑或粗糙曲面接触时的应力分布。 赫兹接触理论（Hertzian Contact Stress）：详细推导在两圆柱体或两球体接触情况下，接触区域内的最大正应力和剪应力的计算公式。强调接触压力的非线性分布特性。 讨论接触椭圆的尺寸及接触面的剪切效应。 4.2 疲劳现象的概述：理解疲劳的本质——材料在远低于静力屈服极限的交变应力作用下发生的渐进性损伤和最终断裂。 4.3 S-N 曲线与疲劳寿命：介绍如何通过实验确定材料的疲劳性能，绘制应力幅值（S）与循环次数（N）的关系曲线（S-N 曲线）。确定疲劳极限（Endurance Limit）。 4.4 疲劳损伤的修正因素：讨论表面粗糙度、尺寸效应、平均应力（Goodman、Gerber 准则）对疲劳寿命的影响，以及如何将这些因素纳入疲劳评估。 第五章 蠕变、疲劳与断裂力学初步 本章是材料力学向前沿工程科学过渡的桥梁，侧重于材料的长期行为和损伤机制。 5.1 蠕变现象：分析材料在恒定高温和恒定应力下随时间发生的塑性变形（蠕变）。介绍蠕变的三阶段（瞬时、稳态、加速）。 5.2 蠕变寿命的预测：介绍基于稳态蠕变速率的寿命预测模型（如Norton定律），及其在高温结构设计中的重要性。 5.3 断裂力学基础：引入对材料韧性和裂纹扩展的定量描述。 应力奇异性与裂纹尖端应力场：解释裂纹尖端的应力集中问题。 应力强度因子（Stress Intensity Factor, K）：定义$K$值作为描述裂纹尖端载荷效应的关键参数，并介绍其计算方法。 线弹性断裂准则：介绍基于$K$值的断裂判据，即临界应力强度因子$K_{IC}$（断裂韧度）。 5.4 疲劳裂纹扩展（Paris 规律）：将断裂力学思想引入疲劳分析，描述在交变应力作用下，裂纹扩展速率与应力强度因子范围的关系，为损伤容限设计提供依据。 附录 A. 常用工程材料的力学性能参数表 B. 材料力学常用积分表格与公式速查 C. 计算机辅助计算实例（涉及有限差分或初级有限元概念的算例）

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我对这本教材的理解和应用深度，主要来源于它对经典理论的现代诠释。不同于一些老旧的教材仅仅停留在对理论的复述上，这本书在阐述如胡克定律、 Mohr 圆或应力强度理论时，总是会适时地引入一些现代工程应用背景的案例。比如在讨论材料失效准则时，它不仅仅是列出了 Von Mises 屈服准则，还会结合实际的压力容器或桥梁构件在不同载荷组合下的行为进行对比分析，这让抽象的力学概念立刻变得“活”了起来。我发现，很多时候我们学力学是为了用，而不是为了背公式，这本书显然深谙此道。它在每一个重要章节的末尾，都设置了一个“工程启示录”或者类似的栏目，用非常精炼的语言总结了该章节理论在实际工程设计和分析中的关键作用和限制条件。这种“理论—应用—反思”的闭环设计，培养的不仅仅是计算能力，更是工程师的批判性思维。当我遇到实际工程问题时，我不再是茫然地寻找某个公式，而是能迅速定位到适用的物理模型，并理解其背后的假设是否在当前工况下成立，这种能力才是真正区分工程小白和合格工程师的关键。

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这本书在概念辨析上的清晰度，是我在众多力学教材中发现最为突出的优点之一。它非常善于区分那些容易混淆的物理概念，例如“应力集中”与“应变集中”的本质区别，或者“静不定结构”与“几何不变结构”在求解策略上的根本差异。作者通常会设计对比性的段落，用直观的例子来阐明这些细微但关键的差别，避免了学习者在后期应用中因概念模糊而导致的错误判断。特别是对于本构关系的选择，这本书不仅仅是告诉我们何时用各向同性材料模型，还深入浅出地解释了正交异性材料在复合材料结构分析中的重要性，虽然这部分内容可能超出了“上册”的范围，但作者的铺垫非常到位，为后续更高级的课程做好了充分的知识储备。总而言之，阅读此书的过程，与其说是在学习知识，不如说是在接受一种结构化的、严谨的工程思维训练。它教会我的不仅是如何计算，更是如何思考一个力学问题应该从何入手，以及如何构建一个可靠的分析模型，这对于任何致力于深入研究工程领域的读者来说，都是一笔宝贵的财富。

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作为一本工具书级别的教材，它的参考价值和检索便利性做得相当出色。教材的后附录部分内容丰富且实用，不仅仅是提供了常用材料的力学性能表（这些表述都非常规范，标注了测试标准和环境温度），更重要的是，它提供了一份详尽的符号索引和术语表。在进行复杂的有限元分析或是撰写技术报告时，确认某个变量的精确定义（比如是应变能密度还是应变能）至关重要，这本书在这方面做得极其到位。此外，章节间的交叉引用做得非常好，当你阅读某一章节时，如果涉及到前面或后面章节的内容，都会有明确的页码提示，这极大地提高了阅读效率，避免了在不同章节间来回翻阅浪费时间。我有时会把这本书当作一本快速参考手册来使用，只需通过目录或附录的索引，就能迅速定位到某个特定问题的解析方法和适用范围。这种对读者使用习惯的细致考虑，体现了作者站在使用者的角度组织内容的良苦用心，让它超越了一本普通教科书的范畴，成为了一本可以长期信赖的工程力学工具箱。

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这本书的编写风格非常严谨，字里行间透露着作者深厚的学术功底和对教学严谨性的极致追求。它在公式的推导过程中，几乎没有跳过任何一个逻辑步骤，即便是读者自认为已经很熟悉的像挠度公式或者扭转角公式，作者也会非常细致地从基本的微分方程出发，逐步积分、应用边界条件，直至最终结论。这种对基础的尊重，对于那些习惯于“拿来主义”的学生来说，或许会觉得有些冗长，但恰恰是这种不厌其烦的细致，保证了知识的内化和对力学规律本质的理解。我个人尤其欣赏它在弹性与塑性过渡部分的处理，这部分内容往往是很多教材的薄弱环节，要么过于简化，要么陷入高深的数学理论而让人望而却步。然而，这本书却通过引入能量原理和虚功原理，提供了一个统一的、优雅的视角来处理不同的力学问题，使得从弹性力学到塑性力学的衔接变得异常自然和平滑。这种结构上的连贯性，避免了知识点的碎片化，让整个上册的内容形成了一个逻辑严密的知识体系，读起来酣畅淋漓，知识的脉络清晰可见。

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这本书的封面设计简洁大气，墨绿色搭配米白色字体，给人一种沉稳踏实的感觉，一看就知道是本严肃的专业教材。翻开扉页，印刷质量无可挑剔，纸张厚实，排版清晰，即便是复杂的公式和图表也能一目了然。我尤其欣赏它在理论推导过程中的详略得当，不像有些教材上来就是一堆符号堆砌，这本书初次接触核心概念时，会用非常直观的物理图像去引导，像是带着你一步步走过思想的构建过程。比如讲解应力张量和应变张量时，作者没有急于给出复杂的数学表达式，而是先从微小单元体受力分析入手，层层递进，这种教学上的耐心和对初学者友好的设计，极大地降低了入门的心理门槛。而且，书中配有的习题设计得非常巧妙，它们不仅是检验知识掌握程度的工具，更像是对某一特定知识点深层次的探究。有些习题的设置需要你综合运用前几章的内容，迫使你跳出孤立的知识点去进行全局思考。这种注重思维训练的题目设置，远比那些机械重复计算的题目来得更有价值，让人在解题的过程中真正体会到力学思维的乐趣和严谨性。对于自学或者需要打牢基础的工科生来说，这本书无疑是一份非常可靠的起点指南。

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