为适应高等院校教学改革的发展趋势，按照高等院校工科非机械类专业的教学大纲和要求，根据全面更新的工程力学课程教学内容和课程体系，依据高等院校加强基础、淡化专业、分流培养的教学方针，编者结合长期从事理论力学、材料力学、工程力学等课程的教学经验以及北京市高等学校教育教学改革项目的成果，有针对性地编写了这本工程力学教材。

编写本书时，我们对内容进行了精心挑选，注重力学系统的完整性和严密性，力求做到主次分明、详略恰当、难易适中、侧重基础，同时也结合新的工程应用实例，注重培养学生用力学知识解决工程实际问题的能力。实验部分在验证实验的基础上，增加了综合性实验，旨在培养学生理论联系实际和解决实际问题的能力。本书适合少学时工程力学教学，针对不同的专业，教师可酌情取舍。

本书可供高等院校的材料、环境、化工、冶金、地质等工科各专业学生使用，也可供相关专业教师、学生及自学者使用和参考。

由于时间仓促，书中难免有不当之处，请读者不吝赐教。

绪论1

第1篇 静 力 学

第1章 物体的受力分析4

1.1 静力学基本概念4

1.1.1 力的概念4

1.1.2 刚体的概念4

1.2 静力学基本公理5

1.2.1 公理1 二力平衡原理5

1.2.2 公理2 加减平衡力系原理5

1.3 约束和约束力6

1.3.1 约束的概念6

1.3.2 工程中常见的几种约束及约束力6

1.4 物体的受力分析8

1.4.1 物体的受力分析8

1.4.2 力的分类9

1.4.3 受力图9

1.4.4 讨论12

习题13第2章 平面汇交力系14

2.1 力的分解和力的投影14

2.1.1 力的分解14

2.1.2 力的投影14

2.2 平面汇交力系的合成15

2.2.1 平面汇交力系合成的几何法15

2.2.2 平面汇交力系合成的解析法16

2.2.3 说明17

2.3 平面汇交力系的平衡条件和平衡方程17

2.3.1 平面汇交力系的平衡条件17

2.3.2 平面汇交力系的平衡方程17

2.3.3 平面汇交力系平衡方程应用说明18

习题20第3章 平面力偶系23

3.1 平面力对点的矩23

3.1.1 平面力对点的矩的实例23

3.1.2 平面力对点的矩23

3.1.3 合力矩定理23

3.2 平面力偶及其性质24

3.2.1 力偶的定义24

3.2.2 力偶的性质24

3.2.3 力偶矩24

3.2.4 同平面内力偶的等效定理25

3.2.5 常见的力偶表示符号25

3.3 平面力偶系的合成和平衡条件26

3.3.1 平面力偶系的概念26

3.3.2 平面力偶系的合成26

3.3.3 平面力偶系的平衡条件27

习题28第4章 平面任意力系31

4.1 平面任意力系的简化31

4.1.1 力的平移定理31

4.1.2 平面任意力系的简化32

4.1.3 平面任意力系简化结果分析33

4.1.4 分布力系的合力33

4.1.5 关于固定端的约束力34

4.2 平面任意力系的平衡条件和平衡方程35

4.2.1 平面任意力系的平衡条件35

4.2.2 平面任意力系的平衡方程35

4.2.3 平面任意力系平衡方程的其他形式35

4.3 物系的平衡39

4.4 静定与超静定的概念43

习题43第5章 摩擦47

引言47

5.1 滑动摩擦47

5.1.1 静滑动摩擦力47

5.1.2 动滑动摩擦力48

5.2 摩擦角和自锁现象48

5.2.1 摩擦角48

5.2.2 自锁现象49

5.2.3 自锁现象的应用49

5.3 摩擦平衡问题49

习题52

第2篇 材 料 力 学

第6章 材料力学导论54

6.1 材料力学的研究内容和基本假设54

6.1.1 材料力学的研究内容54

6.1.2 材料力学的研究对象55

6.1.3 变形体的基本假设56

6.2 外力及其分类57

6.2.1 外力的概念57

6.2.2 外力的分类57

6.3 内力、截面法和应力的概念58

6.3.1 内力的概念58

6.3.2 截面法求内力58

6.3.3 应力的概念59

6.4 位移与应变的概念60

6.4.1 位移60

6.4.2 应变61

6.5 杆件变形的基本形式62

6.5.1 杆的概念62

6.5.2 杆件变形的基本形式62

习题63第7章 拉伸与压缩64

7.1 轴向拉伸与压缩的概念64

7.2 轴向拉压杆横截面上的内力和应力65

7.2.1 轴向拉压杆横截面上的内力65

7.2.2 轴力图66

7.2.3 轴向拉压杆横截面上的应力66

7.3 材料在拉伸时的力学性能69

7.3.1 拉伸试验和应力-应变曲线69

7.3.2 低碳钢拉伸时的力学性能70

7.3.3 表征材料塑性的两个物理量--延伸率δ和断面收缩率Ψ72

7.3.4 材料在卸载和再加载时的力学性能72

7.3.5 其他塑性材料在拉伸时的力学性能73

7.3.6 铸铁拉伸时的力学性能73

7.4 材料在压缩时的力学性能74

7.4.1 低碳钢的压缩试验74

7.4.2 铸铁的压缩试验74

7.5 失效、安全系数和强度计算75

7.5.1 概念75

7.5.2 强度条件76

7.6 轴向拉伸与压缩时的变形79

7.6.1 纵向变形和横向变形的概念79

7.6.2 纵向变形的计算79

7.6.3 横向变形的计算 泊松比80

7.7 应力集中的概念81

习题82第8章 剪切与挤压的实用计算86

8.1 剪切86

8.1.1 剪切和剪切变形的概念86

8.1.2 剪力、剪应力和剪切强度条件86

8.2 挤压88

8.2.1 挤压的基本概念89

8.2.2 挤压应力的计算89

8.2.3 挤压强度条件89

习题91第9章 扭转93

9.1 扭转的概念和实例93

9.2 外力偶矩的计算、扭矩和扭矩图93

9.2.1 外力偶矩的计算93

9.2.2 扭矩和扭矩图94

9.3 剪应力互等定理、剪切胡克定律96

9.3.1 薄壁圆筒的扭转97

9.3.2 剪应力互等定理97

9.3.3 剪切胡克定律98

9.4 圆轴扭转时的应力和强度条件98

9.4.1 圆轴扭转时的应力98

9.4.2 极惯性矩与抗扭截面系数101

9.4.3 圆轴扭转的强度条件102

9.5 圆轴扭转时的变形和刚度条件104

9.5.1 圆轴扭转时的变形104

9.5.2 圆轴扭转的刚度条件105

习题106第10章 弯曲内力109

10.1 弯曲的概念和实例109

10.1.1 引例109

10.1.2 弯曲的基本概念109

10.2 受弯杆件的简化110

10.2.1 梁的载荷110

10.2.2 梁的几种力学模型111

10.3 剪力和弯矩112

10.3.1 用截面法求弯曲梁横截面的内力112

10.3.2 剪力和弯矩的符号113

10.4 剪力方程和弯矩方程、剪力图和弯矩图113

习题118第11章 弯曲应力119

11.1 纯弯曲梁的正应力119

11.1.1 变形的几何关系119

11.1.2 变形的物理关系121

11.1.3 变形的静力学研究121

11.1.4 梁的弯曲正应力122

11.2 常用截面的惯性矩、平行移轴公式123

11.2.1 常用截面的惯性矩124

11.2.2 平行移轴定理125

11.3 弯曲正应力的强度条件125

11.4 提高梁弯曲强度的措施128

习题129第12章 弯曲变形133

12.1 梁的挠度和转角133

12.1.1 弹性曲线133

12.1.2 挠度和转角133

12.2 弹性曲线的近似微分方程134

12.2.1 弹性曲线的微分方程134

12.2.2 边界条件135

12.3 叠加法求梁的变形138

12.4 梁的刚度校核141

习题142第13章 组合变形145

13.1 组合变形与叠加原理145

13.1.1 组合变形的概念145

13.1.2 叠加原理146

13.2 组合变形的应力分析146

习题151第14章 交变应力153

14.1 交变应力与疲劳破坏153

14.1.1 交变应力153

14.1.2 疲劳破坏154

14.2 交变应力的循环特征、应力幅和平均应力155

14.2.1 交变应力的基本参数155

14.2.2 常用的两种特殊的交变应力156

14.3 对称循环下构件的持久极限156

14.3.1 对称循环下的弯曲疲劳试验157

14.3.2 持久极限158

14.4 影响构件持久极限的主要因素158

14.4.1 构件外形的影响158

14.4.2 构件尺寸的影响160

14.4.3 构件表面质量的影响160

14.5 对称循环下构件的疲劳强度计算162

14.6 提高构件抗疲劳能力的措施163

14.6.1 采用合理的结构形式，减缓应力集中164

14.6.2 提高构件表面质量，以提高构件的持久极限164

习题164第15章 压杆稳定165

15.1 压杆稳定的概念165

15.1.1 压杆的定义165

15.1.2 压杆的失稳165

15.1.3 压杆的临界载荷166

15.2 细长压杆的临界载荷166

15.2.1 两端铰支细长压杆的临界载荷166

15.2.2 其他支撑条件下压杆的临界载荷168

15.3 欧拉公式的适用范围170

15.3.1 临界应力和柔度的概念170

15.3.2 欧拉公式的适用范围171

15.3.3 中柔度杆的临界应力171

15.3.4 经验公式的适用范围172

15.4 压杆的稳定性设计174

15.4.1 压杆的稳定条件174

15.4.2 提高压杆稳定性的措施175

15.4.3 合理选择材料175

习题176

实 验

实验一 材料的拉伸实验180实验二 材料的压缩实验183实验三 弹性模量E的测定185实验四 材料的扭转实验187实验五 切变模量G的测定190实验六 电测法192实验七 疲劳实验196部分实验设备的介绍199

附 录

附录A 型钢规格表208附录B 几种主要材料的机械性能表222附录C 习题参考答案223参考文献2282100433B

全书分静力学和材料力学两部分。静力学共5章，内容包括静力学基本公理、定理，平面汇交力系，平面力偶系，平面任意力系，摩擦；材料力学共10章，内容包括轴向拉伸、压缩，剪切，扭转，弯曲，组合变形，交变应力，压杆稳定。

书后有实验和附录。内容包括材料的拉伸实验、压缩实验、扭转实验，弹性模量E、切变模量G的测定，电测法及疲劳实验；附录包括型钢规格表、几种主要材料的机械性能表、习题参考答案及参考文献。

本书可供高等院校的材料、环境、化工、冶金、地质等工科各专业学生使用，也可供相关专业教师、学生及自学者使用和参考。

《工程力学（第2分册）》是在第一版的基础上依据教育部制定的高职高专力学课程教学基本要求修订而成的。《工程力学（第2分册）》在编写、修订时精选传统内容，力求讲清概念和公式，理论推导从简或略去，重视宏观分析，注重工程应用。《工程力学（第2分册）》采用模块式和贯通式相结合的方式编写。

全书分为两分册。一分册内容涵盖了原有理论力学和材料力学两门课程的主要内容，包括绪论、刚体静力分析基础、平面力系、空间力系与重心、弹性变形体静力分析基础、杆件的内力分析、杆件的应力与强度计算、复杂应力状态下杆件的强度计算、杆件的变形与刚度计算、压杆稳定、运动力学基础、动载荷与交变应力。第二分册含有结构力学的主要内容，包括绪论、平面杆件体系的几何组成分析、静定结构计算、超静定结构计算、矩阵位移法、结构计算的其他问题。每章后有思考题和习题，并附习题答案。本册为第二分册。

《工程力学（第2分册）》可作为高等职业学校、高等专科学校、成人高校和本科院校举办的二级职业技术学院、继续教育学院和民办高校的近机、近土各类专业工程力学课程的教材，也可作为有关工程技术人员的参考用书。

本书自2005年出版以来已经经历了6个年头，这期间很多高校都选用它作为“工程力学”课程教材。著者藉本书再版之际感谢教学第一线的老师和同学以及业余读者对本书的厚爱。

最近几年，著者一方面在教学第一线从事本科生教学工作；另一方面，藉到全国各地讲学之机，对我国高等学校“工程力学”的教学状况和对“工程力学”教材的需求进行了大量调研，征求了全国很多高校从事基础力学教学工作的老师，和学习“工程力学”课程的同学，关于“工程力学”教材使用和修改的意见。

大家一致认为，我们编写新时期“工程力学”教材的指导思想是正确的，这就是：在面向21世纪课程教学内容与体系改革的基础上，进一步对教学内容加以精选，下大力气压缩教材篇幅，同时进行包括主教材、教学参考书--教师用书和学生用书、电子教材--电子教案与电子书等在内的教学资源一体化的设计，努力为教学第一线的老师和同学提供高水平、全方位的服务。

新世纪中新事物层出不穷，没有也不应该有一成不变的教材，我们将努力跟上时代的步伐，以不断提高“工程力学”课程教学质量为己任，不断地从理念、内容、方法与技术等方面对“工程力学”教材加以修订，使之日臻完善。

根据教育部高等学校力学基础课程教学指导委员会2009年制订的“理论力学课程教学基本要求”和“材料力学课程教学基本要求”，以及广大读者的意见，本书第2版在内容与体系方面作了如下调整：

(1) 引入大量工程实例，突出从“工程构件与结构”到“力学模型”和相应的力学分析；以及从“力学模型”与理论分析成果到解决“工程实际问题”的基本思路。力图在提高读者学习“工程力学”的兴趣的同时，提高读者的工程意识与解决实际问题的能力。

(2) 新增“简单的静不定问题”一章，将原来分散在各章的静不定问题都归纳到这一章里。

(3) 更新了部分例题和习题。

第2版除课程概论外，分为三篇，共3章。第一篇为静力学，包括：静力学的基本概念与物体受力分析、力系的等效与简化、力系的平衡条件与平衡方程共3章。第二篇为材料力学，包括：材料力学概述、杆件的内力分析与内力图、拉压杆件的应力变形分析与强度设计、圆轴扭转时的应力变形分析以及强度和刚度设计、弯曲强度问题、弯曲刚度问题、应力状态与强度理论及其工程应用、压杆的稳定性分析与稳定性设计共8章。第三篇为专题概述，包括： 简单的静不定问题、动载荷与疲劳强度概述共2章。所需学时约为66～76。本书由范钦珊主编，唐静静、刘荣梅、范钦珊编著，唐静静和刘荣梅分别是2006年和2004年全国青年力学教师讲课竞赛特等奖获得者，两位年轻老师的加盟，一方面有利于在新版教材中反映教学第一线的要求与教学改革成果；另一方面也有利于保持教材建设的连续性。

本书初稿是著者2010年6-8月间在加拿大多伦多休假期间完成的。衷心感谢旅居加拿大的赵渊先生和范心明女士为著者提供的良好的工作环境与生活条件。

衷心希望关爱本书的广大读者继续对本书的不足之处提出宝贵意见。

范钦珊2011年1月11日 于南京

本书自2005年出版以来已经经历了6个年头，这期间很多高校都选用它作为“工程力学”课程教材。著者藉本书再版之际感谢教学第一线的老师和同学以及业余读者对本书的厚爱。

最近几年，著者一方面在教学第一线从事本科生教学工作；另一方面，藉到全国各地讲学之机，对我国高等学校“工程力学”的教学状况和对“工程力学”教材的需求进行了大量调研，征求了全国很多高校从事基础力学教学工作的老师，和学习“工程力学”课程的同学，关于“工程力学”教材使用和修改的意见。

大家一致认为，我们编写新时期“工程力学”教材的指导思想是正确的，这就是：在面向21世纪课程教学内容与体系改革的基础上，进一步对教学内容加以精选，下大力气压缩教材篇幅，同时进行包括主教材、教学参考书--教师用书和学生用书、电子教材--电子教案与电子书等在内的教学资源一体化的设计，努力为教学第一线的老师和同学提供高水平、全方位的服务。

新世纪中新事物层出不穷，没有也不应该有一成不变的教材，我们将努力跟上时代的步伐，以不断提高“工程力学”课程教学质量为己任，不断地从理念、内容、方法与技术等方面对“工程力学”教材加以修订，使之日臻完善。

根据教育部高等学校力学基础课程教学指导委员会2009年制订的“理论力学课程教学基本要求”和“材料力学课程教学基本要求”，以及广大读者的意见，本书第2版在内容与体系方面作了如下调整：

(1) 引入大量工程实例，突出从“工程构件与结构”到“力学模型”和相应的力学分析；以及从“力学模型”与理论分析成果到解决“工程实际问题”的基本思路。力图在提高读者学习“工程力学”的兴趣的同时，提高读者的工程意识与解决实际问题的能力。

(2) 新增“简单的静不定问题”一章，将原来分散在各章的静不定问题都归纳到这一章里。

(3) 更新了部分例题和习题。

第2版除课程概论外，分为三篇，共3章。第一篇为静力学，包括：静力学的基本概念与物体受力分析、力系的等效与简化、力系的平衡条件与平衡方程共3章。第二篇为材料力学，包括：材料力学概述、杆件的内力分析与内力图、拉压杆件的应力变形分析与强度设计、圆轴扭转时的应力变形分析以及强度和刚度设计、弯曲强度问题、弯曲刚度问题、应力状态与强度理论及其工程应用、压杆的稳定性分析与稳定性设计共8章。第三篇为专题概述，包括： 简单的静不定问题、动载荷与疲劳强度概述共2章。所需学时约为66～76。本书由范钦珊主编，唐静静、刘荣梅、范钦珊编著，唐静静和刘荣梅分别是2006年和2004年全国青年力学教师讲课竞赛特等奖获得者，两位年轻老师的加盟，一方面有利于在新版教材中反映教学第一线的要求与教学改革成果；另一方面也有利于保持教材建设的连续性。

本书初稿是著者2010年6-8月间在加拿大多伦多休假期间完成的。衷心感谢旅居加拿大的赵渊先生和范心明女士为著者提供的良好的工作环境与生活条件。

衷心希望关爱本书的广大读者继续对本书的不足之处提出宝贵意见。

范钦珊2011年1月11日 于南京