工程力学 张洪伟 静力学基本公理 物体受力分析 ANSYS 具体工程应用方法材料力学的基本知识 高等院校机械类工程力学课

工程力学

张洪伟、张九菊 主编 汪道兵、席军 副主编

开本:16

ISBN：9787122472380

化学工业出版社

内容简介

本书将理论力学和材料力学的基本内容有机地融合为一个整体，主要内容包括:静力学基本公理和物体的受力分析，平面力系，空间力系，材料力学的基本知识，轴向拉伸与压缩、剪切与挤压，扭转，梁的弯曲，应力状态与强度理论，组合变形，压杆稳定，等等。本书以理论知识适度为原则，简化推导过程，注重理论联系实际，引入较多工程实例，突出应用性，使学生在较短时间内掌握静力学基本的理论知识，熟悉构件的强度、刚度、稳定性问题，为后续专业课的学习打好基础。结合本科层次学生的特点，将工程力学知识和 ANSYS 应用相结合，以 ANSYS 软件应用为中心，借助于 ANSYS19.0 软件平台，结合工程力学知识点，在每章节通过实例讲解 ANSYS 具体工程应用方法及实现；系统讲解软件操作步骤，有限元模拟过程及相关注意事项；所述实例基于 GUI 方式，由浅入深详细讲解每一步操作过程，帮助学生积累实际操作经验，加深学生对于力学知识的理解和掌握，为后续复杂工程问题的力学建模及有限元分析提供基础。本书可作为高等院校机械类专业以及近机械类专业“工程力学”课程的配套教材使用，也可供有关工程技术人员参考。

前 言

在“中国制造2025”国家战略及“新工科”建设背景下，智能制造成为机械工程学科发展的重要方向，也对机械工程人才的培养提出了新的要求。“工程力学”是一门理论性、系统性较强的专业基础课，是后续其他各门力学课程和相关专业课程的基础，在许多工程技术领域中有着广泛的应用。
本书在编写过程中，以强化培养学生工程实践和创新能力为主线，增强学生工程力学相关的能力训练，重视培养学生的力学建模、计算分析及实践应用能力。具体体现在：
（1）强化课程思政引领，挖掘工程力学课程本质和内涵，将思政内容和课程主线编织在一起，培养学生正确的价值取向，勇于探索、追求创新的科学态度，精益求精的大国工匠精神，以及科技报国的家国情怀等。
（2）理论结合实际。采用“引入工程案例—发现工程问题—知识学习及力学建模—解决工程问题”的思路，以工程案例为载体，突出基础性、整体性和系统性学习，强调工程思维，每章均有案例导入，在例题中尽可能体现其工程背景，提升学生应用工程力学知识解决实际问题的能力。
（3）注重与现代数值计算方法相结合。强化数字化思维的培养和训练，引入有限元数值仿真分析等高阶拓展内容，培养学生的数字化分析能力；将材料力学中的关键难点问题，通过工程软件模拟的方式，给学生予以展示，激发学生的兴趣和动力；引导学生对于复杂工程问题的数值计算方法形成一定认识和理解，帮助学生解决一些更复杂的真实问题，提升解决复杂问题的综合能力和高级思维。
（4）精心设计思考题和习题，便于学生复习、巩固相关的内容，从基本理论、工程问题解析、数值模拟技术等多个方面进行力学建模及工程能力的培养。
本书由张洪伟、张九菊任主编，负责全书文稿及图表的整理统筹。参加编写工作的有：张洪伟（负责第1章～第4章的书稿，软件应用及配套视频），张九菊（负责第5章～第8章的书稿，第1章～第10章的电子课件、思考题、习题及拓展阅读等），汪道兵（负责第9章、绪论的书稿），席军（负责第10章、附录的书稿）。
本书配有课件、演示视频、习题参考答案等，读者可扫描封面或书中的二维码查看相关资源，高校教师可登录“化工教育”网站，下载课件、参考答案等资源。
本书在编写过程中，得到了北京石油化工学院教务处、机械工程学院等各级领导的关心和支持，机械基础教学与实验中心的很多老师提出了很多意见和建议，在此一并表示衷心的感谢。
本书在编写过程中参考、借鉴了许多院校的优秀教材，这些教材使我们受益匪浅，在此对相关作者表示衷心感谢。限于编者的学识和水平，书中定有不足之处，恳请广大读者给予批评指正。
编者
2024年9月

目 录

绪论 1
工程力学的研究对象及力学模型 2
工程力学的研究内容及任务 2
工程力学的研究方法 3
第1章 静力学基本公理和物体的受力分析 4
1.1 静力学的基本公理 5
1.2 约束与约束力 6
1.2.1 约束与约束力的概念 6
1.2.2 约束的基本类型及其约束力 6
1.3 物体的受力分析及受力图 8
1.4 本章小结 10
思考题 10
习题 10
软件应用 11
拓展阅读 12
第2章 平面力系 13
2.1 平面汇交力系 14
2.1.1 平面汇交力系合成的几何法 14
2.1.2 平面汇交力系平衡的几何条件 15
2.1.3 平面汇交力系合成的解析法 15
2.1.4 平面汇交力系的平衡方程 16
2.2 平面力对点的矩与平面力偶 16
2.2.1 平面力对点的矩（力矩） 16
2.2.2 平面力偶 17
2.3 平面一般力系的简化 18
2.3.1 力的平移定理 18
2.3.2 平面一般力系向作用面内一点的简化 19
2.3.3 平面一般力系的简化结果分析 20
2.4 平面一般力系的平衡条件 21
2.5 物体系统的平衡 21
2.5.1 物体系统的概念 21
2.5.2 静定与超静定问题 21
2.5.3 物体系统的平衡求解 22
2.6 考虑摩擦时物体的平衡 23
2.6.1 滑动摩擦 23
2.6.2 考虑摩擦时物体的平衡问题求解 25
2.7 本章小结 27
思考题 27
习题 27
软件应用 30
拓展阅读 34
第3章 空间力系 36
3.1 力在空间直角坐标轴上的投影 37
3.1.1 直接（一次）投影法 37
3.1.2 间接（二次）投影法 37
3.2 空间力对点的矩和对轴的矩 38
3.2.1 力对点的矩 38
3.2.2 力对轴的矩 39
3.2.3 力对点的矩与力对轴的矩的关系 40
3.3 空间力偶系 40
3.3.1 力偶矩矢 40
3.3.2 空间力偶系的合成与平衡条件 41
3.4 空间一般力系的平衡条件 42
3.4.1 空间一般力系的简化 42
3.4.2 空间一般力系的平衡方程 42
3.5 本章小结 44
思考题 44
习题 44
软件应用 46
拓展阅读 51
第4章 材料力学的基本知识 53
4.1 变形固体的基本假设 54
4.2 内力、截面法与应力 55
4.2.1 内力的概念 55
4.2.2 截面法 55
4.2.3 杆件的内力分量 56
4.2.4 应力 56
4.3 应变 57
4.4 杆件变形的基本形式 58
4.5 本章小结 60
思考题 60
软件应用 60
拓展阅读 62
第5章 轴向拉伸与压缩、剪切与挤压 63
5.1 轴向拉伸与压缩时横截面上的内力 65
5.1.1 直杆轴向拉伸和压缩时的内力 65
5.1.2 轴力图 66
5.2 直杆轴向拉伸或压缩时横截面上的应力 67
5.3 直杆轴向拉伸与压缩时斜截面上的应力 68
5.4 拉伸与压缩变形 69
5.4.1 轴向拉（压）杆的纵向变形 69
5.4.2 轴向拉（压）杆的横向变形 70
5.5 材料在拉伸与压缩时的力学性能 71
5.5.1 低碳钢拉伸时的力学性能 72
5.5.2 铸铁拉伸时的力学性能 74
5.5.3 其他材料拉伸时的力学性能 74
5.5.4 材料压缩时的力学性能 75
5.6 轴向拉伸与压缩时的强度计算 76
5.7 应力集中的概念 78
5.8 剪切与挤压的实用计算 79
5.8.1 工程中的连接件 79
5.8.2 剪切实用计算 80
5.8.3 挤压实用计算 80
5.9 本章小结 84
思考题 84
习题 84
软件应用 87
拓展阅读 92
第6章 扭转 94
6.1 外力偶矩和扭矩的计算 95
6.2 圆轴扭转时的切应力与强度计算 97
6.2.1 圆轴扭转时横截面上的切应力 97
6.2.2 极惯性矩及抗扭截面系数 99
6.2.3 圆轴扭转强度条件 100
6.3 圆轴扭转的变形和刚度条件 100
6.3.1 圆轴扭转时的变形 100
6.3.2 圆轴扭转时的刚度计算 100
6.4 本章小结 101
思考题 102
习题 102
软件应用 104
拓展阅读 110
第7章 梁的弯曲 111
7.1 平面弯曲概念 113
7.2 平面弯曲梁的力学模型 113
7.2.1 梁的简化 113
7.2.2 载荷的简化 114
7.2.3 支座的简化 114
7.2.4 静定梁的基本力学模型 114
7.3 梁的内力——