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出版者:Springer Netherlands

作者:Hartsuijker, C./ Welleman, J. w.

出品人:

页数:777

译者:

出版时间:2006

价格:695.00 元

装帧:Hardcover

isbn号码:9781402041204

丛书系列:

图书标签:

• 工程力学
• 静力学
• 力学
• 工程
• 大学教材
• 物理学
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• 高等教育
• 理工科
• 教材

结构力学基础：静力学原理与应用 图书名称： 结构力学基础：静力学原理与应用 图书定位： 本书旨在为土木工程、机械工程、航空航天工程及相关工科专业的本科生提供坚实的结构力学理论基础，重点深入讲解静力学的基本原理、分析方法及其在工程实际中的应用。本书内容聚焦于构件在静载荷作用下的平衡分析，为后续学习动力学、材料力学和结构设计打下坚实基础。 --- 第一部分：结构力学的基石与研究对象（约 300 字） 第一章：结构力学的概念与研究范围 本章首先界定结构力学的基本概念，阐明其在现代工程设计中的核心地位。结构力学不仅是关于力的计算，更是理解结构如何抵抗荷载、确保安全性和经济性的科学。我们将详细区分静力学、动力学、材料力学与结构动力学之间的联系与区别。重点介绍结构体系的分类，包括桁架、刚架、拱、壳等基本结构形式。 第二章：力学基本概念与力的表述 深入回顾经典力学中的基本概念，如质点、理想化的刚体模型、约束的类型及自由度。着重讨论力的特性——矢量性、可传导性、平衡性与可叠加性。本章详细介绍力的平行四边形法则、力的投影、合力与分力的计算。特别关注工程中常用的集中力、均布力、集中力偶的数学表示法，为后续的平衡方程建立做准备。 第三章：刚体的平衡条件与自由体图的绘制 平衡是静力学的核心。本章系统阐述二维和三维空间中刚体平衡的必要与充分条件——力的平衡方程和力矩的平衡方程。通过大量实例演示如何准确识别结构所受的外部作用力（包括支座反力）和内部作用力。自由体图（Free-Body Diagram, FBD）的绘制被视为整个结构分析的起点，因此，本章用大量篇幅和图示指导读者如何清晰、无遗漏地分离结构或其组成部分，并正确标注所有作用力，这是避免后续计算错误的决定性步骤。 --- 第二部分：二维静力学分析（约 550 字） 第四章：平面桁架的分析方法 桁架结构以其高效率和良好的稳定性，在桥梁和屋顶结构中应用极为广泛。本章专注于平面桁架的静定性判断，即通过几何条件判断桁架是否为稳定且仅由二力杆件组成的体系。随后，详细介绍两种主要的分析方法： 1. 结点法（Method of Joints）： 依据每个结点处力的平衡来求解杆件内力，适用于求解所有杆件的内力。 2. 截面法（Method of Sections）： 通过合理截取结构内部的截面，利用平衡方程直接求解特定杆件的内力，特别适用于只需计算部分杆件内力的情况。 本章将通过实例分析平衡与不平衡桁架，并讨论特殊情况，如零力杆的识别。 第五章：平面刚架与基本受力分析 刚架结构包含至少一个弯曲构件。本章首先区分静定刚架与静定不足（超静定）刚架。分析对象主要集中于静定平面刚架。内容涵盖： 直接利用平衡方程求解支座反力，包括铰接、滑动支座和固定支座的反力计算。 结构内部的内力分析： 集中讨论轴力（Normal Force, N）、剪力（Shear Force, V）和弯矩（Bending Moment, M）的概念、正负号约定及其物理意义。 内力与外力的关系： 详细推导在集中力、均布荷载和力偶作用下，内力在结构轴线上的变化规律。 第六章：构件上的应力与应变基础（静力学视角） 虽然材料力学是应力应变分析的主体，但静力学为计算应力提供了必要的内力基础。本章将静力学计算的成果（N, V, M）与构件的几何性质结合，引入基本应力概念： 正应力与轴心拉伸/压缩： 胡克定律在简单拉伸/压缩中的应用，以及变形量（伸长或缩短）的计算。 剪应力： 仅考虑由剪力引起的横截面上的平均剪应力。 弯曲正应力： 推导经典梁的正应力公式 $(sigma = My/I)$，并解释中性轴和截面惯性矩（Area Moment of Inertia, $I$）在应力分布中的作用。 本章旨在建立“外力 $ ightarrow$ 内力 $ ightarrow$ 应力 $ ightarrow$ 变形”的完整分析链条。 --- 第三部分：进阶静力学分析与应用（约 450 字） 第七章：摩擦力与接触问题 摩擦力是工程实践中不可忽视的因素。本章系统阐述静摩擦和动摩擦的特性，介绍库仑摩擦定律。重点分析物体在斜面上的平衡、具有摩擦的铰链连接（如楔块）以及皮带传动中的摩擦应用。同时，初步探讨接触面上的压力分布，如点接触和线接触下接触应力的简化模型。 第八章：图形静力学：力多边形与力矩图 本章介绍代数计算之外的图形方法，增强对力的空间关系的直观理解。 力的图解法： 使用力的多边形来求解合力和平衡力。 力矩图和弯矩图（Shear and Moment Diagrams, S/M Diagrams）： 采用图形绘制的方法直观展示梁沿轴线方向上剪力和弯矩的变化情况，这是结构设计规范化分析的基石。本章详述绘制S/M图的微分关系（$dV/dx = w(x)$ 和 $dM/dx = V$），并通过实例展示荷载分布与S/M图形状之间的内在联系。 第九章：结构超静定性与几何结构分析 结构力学要求分析对象首先是静定的。本章将重点讨论静定不足（超静定）结构的识别。尽管本书侧重静力学，但识别超静定性是分析的必要前置步骤。 几何超静定与静力超静定： 区分结构由于支座冗余或几何约束过多导致的超静定。 柔性与刚性： 引入“柔性”（Flexibility）和“刚度”（Stiffness）的初步概念，简要说明超静定结构需要引入变形或位移关系（如虚功原理的初步概念）才能求解，从而自然过渡到材料力学和结构力学的下一阶段学习。 --- 第四部分：三维平衡分析与工程应用（约 200 字） 第十章：三维空间刚体的平衡 将前述二维分析扩展到三维空间。介绍三维空间中的六个独立平衡方程，并讨论在三维空间中，如何处理复杂的支座约束（如球铰、万向节等）以及空间桁架的平衡求解。 第十一章：结构系统分析的实例应用 本章汇集前述所有知识，通过大型工程案例进行综合应用分析，包括： 复杂空间桁架桥梁的支座反力计算。 塔架结构在风荷载作用下的内力分析。 机械设备中连杆机构的静力分析。 本书强调，精确的静力学分析是结构安全的第一道防线，是所有高级结构分析技术不可或缺的基础。 --- 读者对象： 本科生、研究生初学者、工程技术人员。 配套资源： 书后附有大量详细的例题解析、工程实践中的注意事项以及习题集。

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我对比了手边几本不同出版社的力学教材，发现这本《静力学与材料力学基础》在知识体系的“连贯性”上做得最为出色。它没有将静力学和材料力学割裂开来，而是清晰地展示了两者是如何相互依存、层层递进的。静力学解决了“力在哪里作用”和“力有多大”的问题，而材料力学则进一步探究了“这些力对材料内部造成了什么影响”。书中巧妙地利用了平衡方程的结果作为输入，来建立应力场和应变场的分析基础。这种无缝衔接让人感到一种知识的美感和统一性。此外，它对“应变”这个概念的阐述也极为精妙，从几何变形的角度入手，避免了初学者对无限小变形假设的困惑。它不是孤立地讲应力或应变，而是始终将两者放在“本构关系”的大框架下讨论，确保了理论的完整性。这种结构严谨、逻辑紧密的编排方式，使得学习过程非常流畅，每学完一个知识点，都能清晰地看到它在整个学科体系中的位置，让人信心倍增，绝对是一本值得反复研读的力学经典。

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拿到这本《静力学与材料力学基础》的时候，我的第一印象是它的装帧非常扎实，封面设计简洁又不失专业感，一看就知道是费了不少心思在里面的教材。我主要想找一本能系统梳理经典力学概念，并且在工程应用上能给我提供扎实基础的书籍。这本书的开篇并没有直接跳入复杂的计算，而是花了不少篇幅来铺垫矢量分析、力系平衡这些基础概念，这一点我非常欣赏。很多入门教材为了追求篇幅往往会一笔带过，但这本书却非常耐心地讲解了公理体系的建立过程，这对于理解为什么我们能用这些公式来解决问题至关重要。特别是对刚体的概念界定，作者阐述得极为透彻，结合了大量的二维和三维示意图，即便是初次接触这门学科的人，也能很快抓住核心。书中对平衡方程的推导过程描述得非常清晰，每一步的逻辑衔接都考虑到了读者的思维习惯。我尤其喜欢它在讲解静力平衡时，将理论与实际工程问题紧密结合的例子，比如桁架结构的分析，它不仅给出了计算步骤，还探讨了受力点的合理假设，这让我感觉自己不是在做一道脱离现实的习题，而是在进行一次真正的工程分析。书中对摩擦力的处理也相当细致，对静摩擦和动摩擦的临界状态分析得非常到位，这些细节的处理，都体现了作者深厚的教学经验和对学科的深刻理解。

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说实话，我通常对工程类教材的排版和印刷质量要求不高，但《静力学与材料力学基础》在这方面真的做到了令人赞叹。纸张的质感很好，即使是反复翻阅，也不会有轻易损坏的感觉。更重要的是，图表的清晰度极高，这在力学书中是至关重要的。很多教材中的示意图模糊不清，导致我需要花费大量时间去猜测作者想表达的受力方向或者几何关系，但这本书的插图线条干净利落，标注的符号规范统一，这极大地提高了我的阅读效率。例如，在讲解扭转问题时，作者使用的等值流线图（或称流线图）非常形象，一下子就把原本抽象的扭转应力分布具象化了。这种对细节的重视，绝非一般教科书能够比拟的。另外，书中对公式的推导过程采用了“分步说明”的格式，而不是一股脑堆砌数学符号，每一步的数学操作后面都附带了简短的文字解释，告诉我这一步的物理意义是什么，这对于我这种需要从物理直觉去理解数学工具的人来说，简直是福音。整体来看，这本书在视觉体验上做到了专业与友好的完美结合，让人愿意长时间沉浸其中学习。

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这本书的后半部分转向了材料力学的范畴，这部分内容对我来说是真正的心头好。我之前对材料的应力、应变关系总是感觉有些模糊，但这本书提供的讲解简直是拨云见雾。作者引入本构关系时，并没有直接抛出胡克定律，而是通过微元体的概念，循序渐进地展示了应力状态的转变，特别是对二向应力状态和三向应力状态的讲解，配上了精美的三维剖面图，让人一眼就能明白主应力和平面的关系。关于梁的弯曲，书中对中性轴、惯性矩的物理意义解释得非常到位，特别是对剪力和弯矩图的绘制，不仅提供了标准方法，还穿插讲解了“累积效应”的直观理解，让我终于明白了为什么剪力图积分就是弯矩图。更让我印象深刻的是，它对失效理论的介绍，从经典的许用应力法到更现代的能量法，作者保持了一种客观的平衡，既保留了传统计算的严谨性，也引导读者关注现代工程设计对材料性能更深层次的要求。这本书的习题设计也极具层次感，从基础的拉伸压缩到复杂的组合变形，难度梯度设计得非常合理，逼着你必须真正理解概念才能解出后面的难题，而不是单纯地套公式。

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这本书最独特的一点，在我看来，是它对“假设”的审慎态度。在工程力学中，模型简化和假设是绕不开的话题，很多教材对此避而不谈或者一笔带过，导致学习者在实际应用时会产生迷茫：我到底在什么时候可以用简化的模型？这本书则在每一章节的关键转折点，都用一个小节来专门讨论“理想化与现实的差距”。比如，在处理连续刚体模型时，作者清晰地指出了我们忽略了分子间的作用力，但在宏观尺度上这种忽略是合理的；又比如，在分析梁的挠度时，它会提示读者，当挠度过大时，线性弹性理论的准确性就会下降。这种“带着批判性思维”的教学方式，极大地拓宽了我的视野。它教会我的不仅仅是如何计算，更是如何“思考”一个工程问题。这种思维训练，远比记住一堆公式有价值得多。它促使我在做题时，不仅要关注答案的数值对不对，更要关注这个数值在物理世界中是否合理，这才是真正从学生向工程师转变的关键一步。

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