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出版者:北方交大

作者:蒋永莉

出品人:

页数:260

译者:

出版时间:2006-6

价格:24.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787810827560

丛书系列:

图书标签:

• 材料力学
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• 工程力学
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• 力学基础
• 高等教育
• 理工科

材料力学学习指导：概念、方法与应用 材料力学，作为工程科学的基础学科之一，研究材料在各种外力作用下产生的内力、变形和强度问题。它揭示了物质结构与力学性能之间的内在联系，是机械设计、土木工程、航空航天、生物医学工程等众多领域不可或缺的理论基石。本书旨在为学习材料力学知识的学生、工程师以及研究人员提供一份详尽的学习指南，帮助读者深入理解材料力学的核心概念，掌握分析和解决工程问题的基本方法，并认识其在实际工程中的广泛应用。 第一章：应力与应变——揭示材料内部的力学语言 本章将带领读者认识材料力学中最基本也是最重要的两个概念：应力与应变。 应力 (Stress)：当外部载荷作用于物体时，物体内部会产生抵抗变形的内力。应力就是单位面积上的内力，它描述了物体内部的受力状态。我们将深入探讨： 应力的定义与单位：理解应力作为一种内力密度的概念，以及常用的单位（如帕斯卡、兆帕、千磅/平方英寸）。 正应力与剪应力：区分正应力（垂直于截面的应力）和剪应力（平行于截面的应力），它们是描述物体内部受力状态的基础。 应力状态的描述：在三维空间中，物体内部任意一点的应力状态是一个复杂的张量，本章将介绍如何用应力分量来描述一个点的应力状态，并引入主应力与最大剪应力等重要概念，帮助理解应力在不同截面上的变化规律。 应力集中的影响：在几何形状突变处（如孔洞、缺口），应力会显著增加，形成应力集中。理解应力集中的发生原因和影响，对于评估构件的可靠性至关重要。 应变 (Strain)：在外力作用下，物体会发生几何形状的改变，即变形。应变是描述这种相对变形的无量纲物理量。本章将涵盖： 应变的定义与类型：介绍线应变（长度相对变化）和角应变（角度相对变化），它们分别描述了物体在正应力和剪应力作用下的变形。 应变的状态：类似应力，应变在三维空间中也构成一个张量，我们将介绍如何用应变分量来描述一个点的变形状态，并引入主应变。 应变与变形的关系：理解应变与宏观变形之间的联系，例如，通过积分应变可以计算出物体的整体位移。 通过本章的学习，读者将能够建立起对材料内部受力状态和变形规律的直观认识，为后续章节的学习打下坚实的基础。 第二章：材料的力学性能——理解物质的内在刚柔 材料的力学性能是材料力学分析的核心输入，它描述了材料在不同载荷下的响应行为。本章将系统介绍关键的材料力学性能参数。 本构关系 (Constitutive Relations)：这是描述应力与应变之间关系的数学模型。 弹性变形：当外力移除后，材料能够完全恢复原状的变形。我们将重点介绍： 胡克定律 (Hooke's Law)：线弹性材料中最基本的本构关系，描述了应力与应变成正比的关系。介绍弹性模量（杨氏模量）和泊松比。 剪切胡克定律：描述剪应力与剪应变之间的线性关系，引入剪切模量。 塑性变形：当外力超过材料的屈服强度后，材料会发生不可恢复的变形。本章将初步介绍屈服强度、抗拉强度、断裂强度等关键参数，为理解材料的破坏行为奠定基础。 其他材料模型：根据需要，可以提及黏弹性、弹塑性等更复杂的材料模型。 力学性能试验：介绍常用的力学性能测试方法，如拉伸试验、压缩试验、弯曲试验、扭转试验等，以及如何从试验结果中获得材料的力学性能参数。 材料的分类与选择：根据不同的应用需求，了解不同种类材料（金属、陶瓷、高分子、复合材料等）的力学性能特点，以及在工程设计中如何合理选择材料。 第三章：梁的弯曲——分析受力构件的挠曲变形 梁是工程中最常见的受力构件之一，其承载能力主要取决于弯曲性能。本章将深入分析梁的弯曲问题。 基本概念： 梁的受力类型：介绍集中载荷、分布载荷、力偶等不同类型的载荷作用在梁上的情况。 内力：重点讲解梁在弯曲过程中产生的内力——弯矩和剪力。 梁的内力图： 剪力图 (Shear Force Diagram, SFD)：绘制梁的剪力随长度变化的图线，帮助理解剪力的分布规律。 弯矩图 (Bending Moment Diagram, BMD)：绘制梁的弯矩随长度变化的图线，这是确定梁中最大弯矩的关键。 剪力与弯矩的关系：讲解剪力与弯矩之间的微分关系，理解它们如何相互影响。 梁的弯曲变形： 弯曲梁的几何关系：介绍弯曲梁的曲率半径与弯矩的关系。 弯曲应力：推导梁的弯曲正应力公式，理解弯矩如何导致梁内部产生应力分布，以及中性轴的概念。 挠度计算：介绍如何通过积分弯曲应力公式或直接利用挠度微分方程来计算梁的挠度（变形量），并介绍不同边界条件下的挠度计算方法。 工程应用：通过实例讲解如何根据剪力图、弯矩图和挠度计算结果，评估梁的安全性和适用性，以及进行梁的截面设计。 第四章：梁的剪切——分析梁的内部剪应力 除了弯曲，梁在受载时也会产生剪应力。本章将重点研究梁中的剪切问题。 剪切应力分布： 剪切应力公式：推导计算梁横截面上剪应力的方法，讲解影响剪应力的因素，如剪力大小、截面形状和面积、中性轴位置等。 不同截面形状的剪切应力分布：分析矩形截面、工字形截面等典型截面上的剪应力分布特点，理解剪应力在截面上的变化规律。 剪切变形： 剪切变形与剪切应变：理解剪应力如何引起剪切变形，以及剪切应变与剪切应力之间的关系。 剪切变形对挠度的影响：在某些情况下，剪切变形对梁的总挠度也有贡献，本章将介绍如何评估其影响。 第五章：扭转——分析轴类构件的扭转变形与应力 轴类构件在工程中广泛应用于传递动力，它们常常承受扭转载荷。本章将研究扭转问题。 基本概念： 扭矩 (Torque)：描述施加在轴上的旋转力矩。 扭转剪应力：分析扭矩作用下轴内部产生的剪应力。 圆轴的扭转： 圆轴的剪应力分布：推导圆轴（实心或空心）在扭矩作用下的剪应力公式，理解剪应力沿半径方向的变化规律，以及最大剪应力出现在外表面。 圆轴的扭转角度：计算圆轴在扭矩作用下的扭转角度（扭转变形），并引入扭转刚度。 非圆轴的扭转：简要介绍非圆轴的扭转问题相对复杂，剪应力分布不均匀，通常需要采用数值方法解决。 工程应用：讲解如何设计和校核轴类零件，确保其在扭转载荷下不发生屈服或断裂。 第六章：柱的稳定性——理解细长杆件的压屈现象 细长杆件在受压时，可能会突然发生大的侧向弯曲，这种现象称为压屈。本章将探讨柱的稳定性问题。 压屈的基本概念： 临界力 (Critical Load)：指刚好发生压屈的载荷。 欧拉公式 (Euler's Formula)：推导细长直柱在两端不同约束条件下的临界力计算公式，重点理解细长比、材料弹性模量和边界条件对临界力的影响。 稳定性分析： 细长柱与短柱的区分：根据细长比判断柱属于哪种情况。 不同边界条件下的稳定性：分析固定端、铰支端、自由端等不同边界条件下柱的压屈行为。 工程应用：讲解如何设计受压构件，避免发生压屈破坏，例如在桥梁、建筑物中的支撑结构。 第七章：应力状态的分析与应力强度理论——预测材料的破坏 材料力学最终的目的是确保构件的安全使用，这需要预测材料是否会发生破坏。本章将介绍更深入的应力分析方法和材料的破坏理论。 莫尔圆 (Mohr's Circle)：一种几何方法，用于直观地表示和分析平面应力状态。通过莫尔圆，可以方便地确定任意截面上的应力分量，以及主应力、最大剪应力等。 应力强度理论 (Theories of Strength)： 屈服准则：描述材料发生塑性变形的条件。介绍几种常用的屈服准则，如最大剪应力理论（Tresca准则）、最大力学能理论（von Mises准则）等，并分析它们在不同材料和应力状态下的适用性。 强度条件：描述材料发生断裂的条件。 失效判据：如何综合运用应力分析和强度理论，判断构件是否会发生失效。 应力集中与疲劳： 疲劳 (Fatigue)：材料在循环载荷作用下，即使应力低于屈服强度，也可能发生断裂。介绍疲劳的发生机理、S-N曲线（应力-寿命曲线）以及疲劳寿命的估算方法。 第八章：应变能与有限元方法简介——深入的力学分析工具 本章将介绍更高级的力学分析方法，为读者提供进一步学习的途径。 应变能 (Strain Energy)： 概念与计算：介绍材料在变形过程中储存的能量，以及如何计算弹性应变能。 虚功原理 (Principle of Virtual Work)：介绍这一重要的力学原理，它在计算位移和分析结构响应方面有广泛应用。 卡氏方程 (Castigliano's Theorem)：利用应变能推导出计算位移的便捷方法。 有限元方法 (Finite Element Method, FEM)： 基本思想：介绍将复杂结构离散化为许多小单元，然后通过求解单元间的协调关系来逼近整体响应的思想。 应用领域：简述有限元方法在现代工程分析中的重要作用，包括应力分析、热应力分析、振动分析等。 软件介绍：提及一些常用的有限元分析软件。 学习方法与建议 概念理解至上：材料力学中的每个概念都有其物理意义，务必花时间深入理解，而不仅仅是记忆公式。 重视例题与习题：通过大量的例题和习题练习，熟练掌握各种分析方法和计算技巧。 绘制草图与图表：在解决问题时，积极绘制受力图、内力图、应力/应变分布图等，有助于清晰地分析问题。 联系实际工程：尝试将所学知识与身边的工程实例联系起来，增强学习的趣味性和实用性。 善用资源：利用教科书、参考书、在线学习平台、学术论坛等多种资源，拓展知识面，解决学习中的疑问。 通过系统学习本书的内容，读者将能够建立起扎实的材料力学理论基础，掌握分析和解决工程问题的关键技能，为未来的学习和职业发展打下坚实的基础。

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拿到这本《材料力学学习指导》后，我的第一感受是：这本“指导”的“指导”二字名副其实，它更像是一位经验丰富、但又极具耐心的导师。我过去自学时，最大的障碍就是遇到难题时找不到即时的反馈和清晰的解题思路。这本书在这方面做得非常出色。它的习题解析部分，简直是神来之笔。它不是简单地给出最终答案，而是将每一步的逻辑推导都掰开了揉碎了讲。例如，在处理复杂截面的惯性矩计算时，它会先回顾平行轴定理的应用场景，然后用一个图解来形象地展示如何选取坐标系，最后才开始代入数值计算。这种详尽的剖析，让我彻底明白了“为什么”要这么算，而不是仅仅记住了“怎么”算。此外，书中对各种经典破坏模式的案例分析也极其精辟。它没有停留在理论层面，而是引用了真实的工程事故案例，分析失效的力学机理，这极大地增强了我的责任感和对知识的敬畏之心。我很少在技术书籍中读到如此饱含人文关怀的分析。

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从我个人的学习历程来看，这本书最大的贡献在于它成功架起了“理论模型”与“工程实践”之间的鸿沟。很多教材只停留在理想化模型的层面，但这本书敢于直面现实世界的复杂性。例如，在讲解疲劳和断裂力学时，它没有满足于介绍S-N曲线，而是深入探讨了材料缺陷、表面处理对疲劳寿命的实际影响，并结合了实际的结构设计规范中的要求。这让我开始明白，为什么在实际工程中，设计师总会使用远低于理论强度的安全系数。这本书提供了一种更接近工程师思维方式的视角，它引导我们思考：“在允许的误差范围内，如何做出最经济、最可靠的设计？”它不仅仅是计算力，更是在权衡风险与效益。这种注重工程伦理和实际操作层面的讨论，极大地提升了我的职业素养，让我感觉自己学习的不再是孤立的物理定律，而是未来安身立命的专业技能。

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坦白说，我原本对手册类的学习资料持保留态度，总觉得它们要么过于简略，要么就是把教材的内容换个包装再卖一次。但这本书彻底颠覆了我的看法。它的编排结构非常注重学习效率和复习的便捷性。章节之间的逻辑衔接非常流畅，很少出现那种为了凑字数而硬生生加入的“过渡性内容”。最让我感到惊喜的是，它在每个知识点介绍后，都附带有“易错点提醒”和“概念辨析”的小栏目。比如，在区分剪应力和正应力时，它用了一个非常巧妙的对比表格，清晰地指出了两者在受力方向和影响因素上的根本差异，这对我这种容易混淆基本概念的学生来说，简直是雪中送炭。我发现，自从开始用这本书辅助复习后，我在考试中那些原本因为概念模糊而失分的题目，准确率明显提高了。这本书的价值不在于教你全新的知识，而在于帮你把已有的知识点打磨得更精、更牢固，确保你在面对考试或实际问题时，能够快速、准确地调取所需信息。

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这本书的排版设计也值得称赞，它体现了一种对读者体验的尊重。在这个信息爆炸的时代，一本清晰易读的书比什么都重要。这本书采用了大量的高对比度图表和清晰的数学符号，即使是面对高阶的张量分析部分，复杂的矩阵运算看起来也不会让人感到眼花缭乱。特别是那些需要三维想象力的部分，比如应力状态的描述，书中提供了大量的剖面示意图，甚至还有一些关于莫尔圆的动态演示（虽然是静态图片，但设计上很有动态感），这大大减轻了我的空间想象负担。我甚至发现，这本书的字体选择和行间距都经过了深思熟虑，长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。这让我能够更长时间地沉浸在复杂的力学世界中，而不必频繁停下来休息眼睛。这种细节上的用心，让我觉得作者不仅是一位专家，更是一位体贴的教育者，他希望你真正地“看进去”，而不是草草“翻过去”。

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这本书简直是为我这种在理论和实际应用之间挣扎的学生量身定做的。我一直觉得材料力学的概念抽象得可怕，公式推导过程更是让人昏昏欲睡。但这本书不同，它似乎有一种魔力，能把那些冰冷的代码和复杂的应力应变图变得生动起来。比如，它在讲解如何计算梁的挠度时，没有一上来就抛出冗长的数学表达式，而是先用了一个非常贴近生活的例子——想象一根悬空的阳台，风一吹，它会如何弯曲，然后才逐步引入欧拉-伯努利梁理论。这种循序渐进的方式，让我对力学有了更直观的认识。更让我欣赏的是，书中对不同材料特性的对比分析极其到位。它不仅仅是告诉你“钢材的弹性模量是多少”，而是深入探讨了不同微观结构如何影响宏观力学性能，这一点对于未来想从事材料研发工作的人来说，简直是如获至宝。它没有刻意拔高难度，但又足够深入，让你在掌握基础的同时，也能窥见更广阔的工程世界。读完一章，我感觉自己不再是被动地接受知识，而是主动地在和书中的概念对话。

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