緒論1

0.1工程力學課程的主要內容1

0.2工程力學研究模型與研究方法2

0.2.1工程力學的研究模型2

0.2.2工程力學的研究方法2

0.2.3學習工程力學的目的2

0.3工程力學發展過程與成就3



篇靜力學

第1章靜力學公理及受力分析 7

1.1靜力學公理7

1.2約束和約束力9

1.3物體的受力分析和受力圖13



第2章力繫的簡化與平衡 19

2.1平面彙交力繫的簡化與平衡19

2.1.1平面彙交力繫的簡化19

2.1.2平面彙交力繫的平衡條件20

2.2平面力偶繫的簡化與平衡23

2.2.1力偶與力偶矩23

2.2.2平面力偶的等效定理23

2.2.3平面力偶繫的簡化與平衡條件24

2.3平面任意力繫的簡化與平衡26

2.3.1力的平移定理26

2.3.2平面任意力繫向平面內一點的簡化27

2.3.3平面任意力繫的平衡條件30

2.3.4平衡方程的不同形式及剛體繫的平衡32

2.4桁架37

2.5空間力繫40

2.5.1空間彙交力繫40

2.5.2空間中的力、力矩及力偶矩44

2.5.3空間力偶繫的簡化與平衡條件46

2.5.4空間任意力繫的簡化48

2.5.5空間任意力繫的平衡條件50

2.6重心及其確定方法56

2.6.1平行力繫中心56

2.6.2重心57

2.6.3確定物體重心的方法57



第3章摩擦 78

3.1滑動摩擦78

3.1.1靜滑動摩擦力及靜滑動摩擦力78

3.1.2動滑動摩擦力79

3.2摩擦角和自鎖現像80

3.2.1摩擦角80

3.2.2自鎖現像80

3.3考慮摩擦時物體的平衡問題82

3.4滾動摩阻的概念89



第二篇材料力學

第4章軸向拉伸和壓縮 102

4.1軸向拉伸和壓縮的概念與實例102

4.2內力、軸力、軸力圖103

4.2.1內力的概念與截面法103

4.2.2軸力與軸力圖103

4.3拉(壓)杆內的應力104

4.3.1應力的概念105

4.3.2拉(壓)杆橫截面上的應力105

4.3.3拉(壓)杆斜截面上的應力107

4.4拉(壓)杆的變形108

4.5拉(壓)杆內的應變能111

4.6材料在拉伸和壓縮時的力學性能113

4.6.1低碳鋼的拉伸試驗114

4.6.2其他塑性材料拉伸時的力學性能116

4.6.3鑄鐵拉伸時的力學性能117

4.6.4壓縮時材料的力學性能117

4.6.5兩類材料力學性能的比較119

4.7許用應力、安全因數與強度條件119

4.7.1許用應力與安全因數119

4.7.2強度條件120

4.8拉(壓)超靜定問題123

4.8.1超靜定問題的提出及其求解方法123

4.8.2裝配應力125

4.8.3溫度應力127

4.9應力集中129

4.9.1應力集中的概念129

4.9.2應力集中對構件強度的影響129

4.10剪切與擠壓的實用計算130

4.10.1剪切的實用計算130

4.10.2擠壓的實用計算132



第5章扭轉 144

5.1扭轉的基本概念144

5.2扭矩與扭矩圖145

5.2.1外力偶矩的計算145

5.2.2扭轉時的內力——扭矩145

5.2.3扭矩圖146

5.3純剪切與切應力互等定理147

5.3.1薄壁圓筒扭轉時的切應力147

5.3.2切應力互等定理148

5.3.3剪切胡克定律149

5.4圓軸扭轉時的應力與變形149

5.4.1圓軸扭轉時的應力及強度計算149

5.4.2極慣性矩和抗扭截面模量計算151

5.4.3斜截面上的應力152

5.4.4剛度計算與剛度條件154

5.5矩形截面杆扭轉簡介160



第6章彎曲 166

6.1彎曲的基本概念166

6.1.1彎曲的概念與實例166

6.1.2梁的類型167

6.2梁的剪力和彎矩·剪力圖和彎矩圖167

6.2.1梁的剪力和彎矩167

6.2.2剪力方程、彎矩方程與剪力圖、彎矩圖169

6.2.3彎矩、剪力與分布荷載集度間的微分關繫及其應用173

6.2.4疊加法繪制彎矩圖176

6.2.5平面剛架的彎曲內力177

6.3截面的幾何性質178

6.3.1截面的靜矩和形心位置178

6.3.2慣性矩、慣性積和極慣性矩178

6.3.3慣性矩、慣性積的平行移軸公式179

6.4梁橫截面上的正應力·梁的正應力強度條件181

6.4.1純彎曲時梁橫截面上的正應力181

6.4.2橫力彎曲時梁橫截面上的正應力184

6.4.3梁的正應力強度條件185

6.5梁橫截面上的切應力·梁的切應力強度條件187

6.5.1矩形截面梁的切應力187

6.5.2工字形截面梁的切應力189

6.5.3圓形截面梁和環形截面梁的切應力190

6.5.4梁的切應力強度條件190

6.6梁的變形·梁的剛度條件191

6.6.1梁的撓度和轉角191

6.6.2撓曲線的近似微分方程192

6.6.3積分法計算梁的變形193

6.6.4疊加法計算梁的變形197

6.6.5梁的剛度條件及其應用198



第7章應力狀態和強度理論 211

7.1應力狀態概述211

7.1.1一點處的應力狀態211

7.1體212

7.2平面應力狀態分析212

7.2.1解析法求斜截面的應力213

7.2.2圖解法求斜截面的應力214

7.2.3主應力與主平面216

7.3三向應力狀態的應力圓218

7.4廣義胡克定律220

7.5空間應力狀態下的應變能密度223

7.6強度理論及其應用224

7.6.1強度理論概述224

7.6.2四種常用強度理論225



第8章組合變形 236

8.1組合變形概述236

8.2斜彎曲237

8.3拉伸(壓縮)與彎曲的組合239

8.3.1橫向力與軸向力共同作用239

8.3.2偏心拉伸與偏心壓縮241

8.3.3截面核心244

8.4彎曲與扭轉的組合246



第9章壓杆穩定 256

9.1壓杆穩定的概念256

9.2兩端鉸支細長壓杆的臨界力258

9.3其他杆端約束情況下細長壓杆的臨界力260

9.4歐拉公式的適用範圍·臨界應力總圖263

9.4.1歐拉公式的適用範圍263

9.4.2經驗公式264

9.4.3臨界應力總圖265

9.5壓杆的穩定性計算267

9.6提高壓杆穩定性的措施270



第三篇運動學

第10章點的運動學與剛體的簡單運動 279

10.1向量法279

10.2直角坐標法280

10.3自然法285

10.4剛體的平行移動291

10.5剛體繞定軸的轉動291

10.6轉動剛體內各點的速度和加速度293

10.7輪繫的傳動比295

10.8以矢量表示角速度和角加速度·以矢積表示點的速度和加速度296



第10章點的運動學與剛體的簡單運動 307

11.1相對運動·牽連運動·運動307

11.2點的速度合成定理309

11.3點的加速度合成定理313



第12章剛體的平面運動 328

12.1剛體平面運動的概述和運動分解328

12.2求平面圖形內各點速度的基點法330

12.3求平面圖形內各點速度的瞬心法336

12.4用基點法求平面圖形內各點的加速度340



附錄353

附錄1簡單荷載作用下梁的撓度與轉角353

附錄2主要符號表355

附錄3常見名詞及其英文對照356



參考文獻360

“工程力學”是普通高等工科院校本科生必修的專業基礎課，是後續各門力學課程的理論基礎，也是一門體繫完整的獨立學科，本書根據高等學校力學基礎課程教學指導分委員會制定的“工程力學課程教學基本要求”進行編寫，具有以下特色：

1.優化課程體繫、重組教材內容，減少不必要重復，突出主要內容，加強前後呼應。實現教學內容相互貫通，相互融合，相互綜合。

2.采用從一般到特殊的內容體繫，以便於全面準確闡述基本概念、基本定理。

3.增加例題的廣度及綜合性，有利於學生對基本理論的透徹理解和正確應用。

4.注重啟發性，結合相關內容，選擇一定數量的思考題，培養學生獨立思考問題的能力及創新能力。

5.引入工程領域的實例與工程相關的例題及習題，培養學生的工程應用能力。

6.在重要知識點設置動畫、微課講解等電子資源，以利於教師教學與學生學習。

7.本書為首批入選“國家高等教育智慧平臺”在線課程——“工程力學”的配套教材。

本教材采用貫通式編寫思路，包括靜力學、材料力學和運動學三大部分，適用於普通高等工科院校四年制機電、土木、勘察、給排水、資源、水利、動力等理工科各專業的教學，適合40～120學時選用；還可作為自學、函授教材。

本書由孫艷、李延君主編，具體編寫分工為：孫艷（第2、8、9章）、李延君（第10～12章）、何署廷（緒論、附錄）、史慧雲（第6、7章）、劉夏（第1、3章）、張麗（第4、5章）。全書由劉恩濟教授主審。

本書在編寫過程中得到了很多同志的指教和支持，是在吸取編者學校基礎力學繫列課程多年的教學經驗和豐富的改革成果基礎上，參考了國內外優秀的相關教材編寫而成的，在此對以上同志表示誠摯的謝意。

限於編者水平，書中難免存在一些疏漏，敬請廣大教師和讀者批評指正。



編者

2022年6月