第1章緒論001

學習導語001

1.1材料力學的任務和重要性001

1.2材料力學的研究對像和基本假設002

1.2.1關於材料性質的假定002

1.2.2關於構件小變形的假定003

1.3內力和應力的概念003

1.3.1內力003

1.3.2應力004

1.4正應變與切應變的概念004

1.4.1正應變和切應變004

1.4.2變形和位移005

1.5杆件變形的基本形式005

力學與工程006

復習思考題010

習題010



第2章杆件的內力分析與內力圖012

學習導語012

2.1內力分量與內力正負號的規定012

2.1.1內力分量012

2.1.2內力分量的正負號規定013

2.2彈性體平衡原理及內力的求解013

2.2.1彈性體的平衡原理013

2.2.2內力的求解方法（一）——截面法014

2.2.3內力的求解方法（二）——力繫簡化法014

2.3杆件內力變化的一般規律015

2.3.1杆件內力變化015

2.3.2控制面015

2.3.3荷載集度與內力之間的微分關繫016

2.4拉壓杆件的軸力圖017

2.5受扭圓軸的扭矩圖020

2.6梁的剪力圖和彎矩圖022

2.6.1工程中的彎曲構件及其力學模型022

2.6.2剪力圖和彎矩圖022

2.6.3剪力、彎矩與載荷集度間的微分關繫在繪制剪力圖、彎矩圖中的應用024

2.6.4剪力、彎矩與載荷集度間的積分關繫027

復習思考題029

習題030



第3章軸向載荷作用下杆件的材料力學問題035

學習導語035

3.1拉（壓）杆橫截面上的正應力035

3.2軸向載荷作用下的變形分析與計算037

3.2.1軸向變形037

3.2.2橫向變形038

3.3軸向載荷作用下材料的力學性能039

3.3.1拉伸試驗與σ-ε曲線040

3.3.2低碳鋼的拉伸力學性能040

3.3.3其他韌性材料拉伸時的力學性能043

3.3.4鑄鐵等脆性材料拉伸時的力學性能043

3.3.5材料在壓縮時的力學性能044

3.4拉（壓）杆的強度問題044

3.5應力集中與聖維南原理048

3.5.1應力集中048

3.5.2聖維南原理050

力學與工程050

復習思考題051

習題052



第4章截面圖形的幾何性質056

學習導語056

4.1靜矩、形心及其相互關繫056

4.2慣性矩、極慣性矩、慣性積與慣性半徑058

4.2.1慣性矩與極慣性矩059

4.2.2慣性積059

4.2.3慣性半徑060

4.3平行移軸公式061

4.4*轉軸公式062

4.5主軸與形心主軸、主慣性矩與形心主慣性矩的概念063

復習思考題064

習題064



第5章扭轉切應力分析067

學習導語067

5.1切應力互等定理與剪切胡克定律067

5.1.1切應力互等定理067

5.1.2剪切胡克定律068

5.2圓軸扭轉時橫截面上的切應力069

5.2.1圓軸扭轉變形特征069

5.2.2變形幾何關繫070

5.2.3物理關繫070

5.2.4靜力學關繫071

5.3圓軸扭轉時的強度設計072

5.3.1扭轉破壞現像與扭轉失效判據072

5.3.2圓軸扭轉時的強度條件073

5.4*非圓截面杆件扭轉簡介075

5.4.1非圓截面杆和圓截面杆扭轉時的區別075

5.4.2矩形截面杆件的自由扭轉076

5.4.3開口薄壁杆件的自由扭轉077

5.4.4閉口薄壁杆件的自由扭轉078

復習思考題080

習題080



第6章彎曲應力分析084

學習導語084

6.1梁彎曲時的基本概念084

6.2純彎曲時梁橫截面上的正應力分析085

6.2.1純彎曲實驗與假設085

6.2.2純彎曲時彎曲正應力公式的推導086

6.2.3正應力計算與抗彎截面繫數088

6.3正應力公式的應用與推廣090

6.3.1橫力彎曲時梁橫截面上的正應力090

6.3.2斜彎曲時梁橫截面上的正應力092

6.3.3彎矩與軸力同時作用時杆件橫截面上的正應力095

6.4基於正應力的強度計算097

6.5梁橫截面的彎曲切應力分析099

6.5.1矩形截面梁的彎曲切應力分析099

6.5.2圓形截面梁的彎曲切應力102

6.5.3薄壁截面梁的彎曲切應力104

6.5.4彎曲切應力強度條件106

6.6*彎曲中心108

6.7梁強度的合理設計110

力學與工程111

復習思考題113

習題113



第7章應力狀態分析119

學習導語119

7.1一點處應力狀態的概念與確定方法119

7.1.1一點處應力狀態的概念119

7.1.2確定一點處應力狀態的方法119

7.1.3主平面與主應力120

7.1.4應力狀態的分類121

7.2平面應力狀態分析——解析法121

7.2.1方向角和應力分量正負號的規定121

7.2.2任意斜截面上的應力122

7.2.3主應力、主平面與主方向122

7.2.4平面應力狀態的切應力極值123

7.3平面應力狀態分析——圖解法125

7.3.1應力圓125

7.3.2應力圓的畫法126

7.3.3應力圓的應用127

7.4一點處的應力130

7.4.1三組特殊的方向面及其所對應的應力圓130

7.4.2一點處的應力131

7.5廣義胡克定律132

7.6應變能與應變能密度135

7.6.1應變能與應變能密度簡介135

7.6.2體積應變135

7.6.3畸變能密度與體積改變能密度136

復習思考題136

習題137



第8章強度設計準則及其應用141

學習導語141

8.1強度設計準則及其適用範圍141

8.1.1關於屈服的設計準則141

8.1.2關於脆性斷裂的設計準則143

8.1.3計算應力（相當應力）與強度設計準則的適用範圍143

8.2強度設計準則的工程應用147

8.2.1強度設計的步驟與內容147

8.2.2復雜彎曲時的強度設計147

8.2.3彎矩和扭矩共同作用時圓軸的強度設計152

8.2.4圓柱形薄壁容器的強度計算157

8.3*連接件的工程實用計算157

8.3.1剪切變形實用計算158

8.3.2擠壓變形實用計算159

力學與工程162

復習思考題163

習題164



第9章變形分析與剛度設計169

學習導語169

9.1拉壓杆與扭轉軸的剛度設計169

9.1.1拉壓杆的剛度設計簡介169

9.1.2圓軸扭轉時的剛度設計169

9.2關於梁變形的基本概念172

9.2.1梁變形的基本概念172

9.2.2梁變形分析的工程意義172

9.3撓曲線的近似微分方程及其積分173

9.4小變形條件下梁彎曲變形的疊加法177

9.4.1疊加原理簡介177

9.4.2彎曲變形的疊加法和對稱性的利用177

9.5梁的剛度設計182

9.6簡單超靜定問題184

9.6.1多餘約束與超靜定問題184

9.6.2超靜定問題的求解184

9.6.3拉壓杆和扭轉軸的超靜定問題185

9.6.4梁的超靜定問題188

9.7提高梁剛度的措施191

力學與工程192

復習思考題193

習題194



第10章壓杆穩定198

學習導語198

10.1穩定平衡與不穩定平衡198

10.2細長杆臨界壓力的歐拉公式200

10.2.1兩端鉸支細長壓杆的臨界壓力200

10.2.2其他約束條件下細長壓杆的歐拉公式202

10.3臨界應力與臨界應力總圖203

10.3.1歐拉臨界應力及其適用範圍203

10.3.2臨界應力的經驗公式及其適用範圍204

10.3.3臨界應力總圖205

10.4穩定性設計208

10.4.1穩定性設計的安全因數法208

10.4.2穩定性設計的折減繫數法210

10.5提高壓杆穩定性的措施210

力學與工程211

復習思考題213

習題214



第11章能量法218

學習導語218

11.1功能原理和虛功原理218

11.1.1功能原理218

11.1.2*虛功原理218

11.2力之功與應變能的計算219

11.2.1力之功——變力功與常力功219

11.2.2應變能的計算220

11.3互等定理223

11.3.1功的互等定理223

11.3.2位移互等定理224

11.4單位載荷法226

11.5等直杆莫爾積分的圖乘法229

復習思考題235

習題235



第12章動載荷與疲勞強度概述239

學習導語239

12.1慣性力引起的動應力239

12.1.1勻加速直線運動構件239

12.1.2勻速定軸轉動構件240

12.2構件衝擊載荷與衝擊應力的計算243

12.2.1分析衝擊問題的基本假設243

12.2.2衝擊問題的分析過程243

12.2.3抗衝擊措施245

12.3交變應力下疲勞失效特征與相關概念245

12.3.1交變應力與疲勞失效245

12.3.2與交變應力相關的名詞和術語246

12.4疲勞極限與S-N曲線247

12.5影響構件疲勞極限的因素248

12.5.1構件外形的影響——應力集中248

12.5.2構件尺寸的影響——尺寸因數248

12.5.3表面加工質量的影響——表面質量因數249

12.6疲勞強度計算與提高疲勞強度的措施249

12.6.1疲勞強度計算249

12.6.2提高構件疲勞強度的途徑251

復習思考題251

習題252



習題答案255



附錄型鋼規格表263



參考文獻277

本書是工程教育認證背景下，為更好地適應地方高校和獨立學院的教學需求而編寫的。

本書涵蓋了各專業工程教育認證材料力學大綱要求的全部內容，編寫時吸取了以往相關教材的長處和多年來的教學經驗，在理論闡述上，力求表達嚴謹、文字精煉；在選材與論述上，突出基本理論在工程中的應用，重視學生力學建模能力培養，並考慮學生後續專業需要，對相關知識點進行了適當的拓展，為學生的學習和思考留有一定的發展空間。

全書共分12章。第1章為緒論，介紹了材料力學的基本任務、研究對像和在生產生活中的應用情況；第2～8章主要圍繞強度問題展開論述，依次介紹了四種內力圖的繪制、四種內力引起的應力計算、應力狀態分析和強度設計準則及應用；第9章主要介紹剛度設計；第10章主要介紹穩定性設計；第11章介紹分析位移的能量法；第12章主要介紹動載荷和疲勞。對於部分較難或選講的內容，統一加*表示。在部分章節後開設了“工程與力學”專欄，以開闊學生材料力學學習的視野。同時每章節後還附有大量的思考題和習題，便於教師和學生在教學過程中選用。

本書的內容已制作成用於多媒體教學的PPT課件，並將免費提供給采用本書作為教材的院校使用。如有需要，請發電子郵件至cipedu@163.com獲取，或登錄www.cipedu.com.cn免費下載。

參加本書編寫與討論的有馬志敏、黃忠文、劉迎、黃昆濤、張剛、馬季紅、羅燕、顏昌亞與石大立。其中馬志敏、黃忠文任主編，馬志敏負責全書的統稿定稿工作。

本書承黃志強副教授、鄭賢中副教授和夏新念副教授悉心審閱，提出了許多精闢和中肯的意見。魏化中教授、楊俠教授和吳艷陽副教授對教材的編寫範圍、編寫思想和編寫提綱，提出了寶貴的指導性意見。另外，武漢工程大學相關教學管理部門給予了大力支持，機電工程學院的研究生們在編寫過程中付出了辛勤的勞動，在此一並表示衷心的感謝。

因編者水平有限，書中難免存在一些不足之處，敬請讀者批評指正。



編者

2020年9月