材料力学（翻译版 原书第6版）

《材料力学（翻译版 原书第6版）》的特色是：注重基本概念与基本原理的表述以及简单模型的应用，在此基础导出工程上所需要的材料力学设计公式。与此同时，特别注重工程应用，首先，在每一章开始的引言中，引入相关的工程背景和工程实例；其次，对于每一个概念、原理和公式，都指出在什么条件下可以安全地应用于工程结构以及机器零部件的分析与设计；此外，特别注重设计，从第一章开始就引入轴向载荷作用下构件的分析与设计。《材料力学（翻译版 原书第6版）》内容包括：应力的概念，轴向载荷作用下的应力与应变，扭转，纯弯曲，弯曲时梁的分析与设计，梁和薄壁构件中的剪应力，应力变换与应变变换，给定载荷作用下的主应力，梁的挠度，压杆稳定，能量方法。《材料力学（翻译版 原书第6版）》可作为高等工科院校相关专业材料力学双语教学教材，也可供相关专业科研和技术人员参考。

译者序
关于作者
前言
符号表
第1章导论——应力的概念ⅩⅩ
1.1引言2
1.2静力学方法简要回顾2
1.3构件中的应力4
1.4分析与强度设计5
1.5轴向载荷正应力6
1.6切应力8
1.7连接件中的挤压应力10
1.8在简单结构分析与强度设计中的应用10
1.9求解问题的方法13
1.10解的精度14
习题16
1.11杆件受轴向载荷时斜截面上的应力21
1.12一般载荷作用下的应力应力分量23
1.13强度设计问题26
习题31
复习与小结36
复习题38
计算机习题40
第2章轴向载荷作用下的应力与应变44
2.1引言46
2.2轴向载荷作用下的线应变47
2.3应力应变关系曲线48
*2.4真应力与真应变52
2.5胡克定律弹性模量53
2.6材料的弹性与塑性力学行为55
2.7交变载荷疲劳57
2.8轴向载荷作用下构件的变形58
习题62
2.9超静定问题67
2.10温度变化的影响71
习题77
2.11泊松比81
2.12多向加载广义胡克定律83
*2.13体积应变体积弹性模量85
2.14切应变86
2.15进一步讨论轴向载荷作用下的变形E、ν和G之间的关系89
*2.16纤维增强复合材料的应力应变关系92
习题96
2.17轴向载荷作用下应力和应变的分布圣维南原理101
2.18应力集中103
2.19塑性变形105
*2.20残余应力109
习题112
复习与小结116
复习题121
计算机习题124
第3章扭转126
3.1引言128
3.2关于圆轴扭转切应力的初步讨论129
3.3圆轴扭转变形130
3.4弹性范围内的应力133
习题139
3.5弹性范围内的扭转角144
3.6扭转超静定问题147
习题152
3.7传动轴的强度设计158
3.8圆轴扭转时的应力集中160
习题162
*3.9圆轴扭转时的塑性变形165
*3.10理想弹塑性材料圆轴的扭转167
*3.11圆轴扭转时的残余应力170
习题174
*3.12非圆截面杆扭转178
*3.13闭口薄壁杆件扭转180
习题184
复习与小结189
复习题194
计算机习题196
第4章纯弯曲198
4.1引言200
4.2对称截面梁的纯弯曲202
4.3对称截面梁纯弯曲时的变形203
4.4弹性范围内的应力与变形分析206
4.5横截面的变形210
习题213
4.6不同材料复合梁的弯曲217
4.7应力集中221
习题225
*4.8塑性变形229
*4.9理想弹塑性材料梁231
*4.10具有一个对称面时梁的塑性变形235
*4.11残余应力235
习题240
目录材料力学ⅩⅦⅩⅧ4.12作用在梁一个对称面内的偏心轴向载荷243
习题247
4.13非对称弯曲252
4.14偏心轴向载荷的一般情形257
习题261
*4.15曲梁的弯曲266
习题272
复习与小结276
复习题279
计算机习题282
第5章弯曲时梁的分析与设计284
5.1引言286
5.2剪力图与弯矩图288
习题293
5.3载荷、剪力和弯矩之间的微分关系297
习题303
5.4等截面直梁的弯曲强度设计306
习题310
*5.5用奇异函数法确定梁的剪力与弯矩315
习题323
*5.6变截面直梁327
习题331
复习与小结335
复习题338
计算机习题340
第6章梁和薄壁构件中的切应力342
6.1引言344
6.2梁微段纵向截面上的剪力345
6.3确定梁的切应力348
6.4矩形截面梁和工字形截面梁的切应力349
*6.5窄矩形截面梁中应力分布的进一步讨论351
习题355
6.6任意形状梁微段的纵向截面上的剪力360
6.7薄壁构件的弯曲切应力362
*6.8塑性变形364
习题368
*6.9薄壁构件的非对称弯曲弯曲中心373
习题382
复习与小结385
复习题387
计算机习题389
第7章应力变换与应变变换392
7.1引言394
7.2平面应力变换396
7.3主应力最大切应力398
习题402
7.4平面应力的莫尔圆405
习题412
7.5一般应力状态415
7.6莫尔圆应用于三维应力分析417
*7.7平面应力状态下韧性材料的屈服准则420
*7.8平面应力状态下脆性材料的断裂准则422
习题427
7.9薄壁压力容器中的应力431
习题436
*7.10平面应变变换438
*7.11平面应变的莫尔圆441
*7.12三维应变分析444
*7.13应变测量应变花447
习题451
复习与小结455
复习题459
计算机习题462
第8章给定载荷作用下的主应力464
*8.1引言466
*8.2梁内主应力466
*8.3传动轴的设计469
习题475
*8.4组合载荷下的应力478
习题486
复习与小结491
复习题493
计算机习题495
第9章梁的挠度498
ⅩⅨⅩⅧ9.1引言500
9.2梁在横向载荷作用下的变形501
9.3弹性曲线方程503
9.4根据载荷分布直接确定弹性曲线509
9.5静不定梁512
习题517
*9.6奇异函数法确定梁的转角与挠度522
习题529
9.7叠加法532
9.8叠加法应用于静不定梁534
习题539
*9.9面积矩定理543
*9.10面积矩定理应用于悬臂梁和承受对称载荷的梁546
*9.11分部绘制弯矩图548
习题554
*9.12面积矩定理应用于承受非对称载荷的梁558
*9.13最大挠度560
*9.14面积矩定理应用于静不定梁563
习题568
复习与小结572
复习题578
计算机习题580
第10章压杆稳定582
10.1引言584
10.2结构的稳定性584
10.3两端铰支压杆的欧拉公式587
10.4欧拉公式应用于其他约束条件的压杆590
习题594
*10.5偏心载荷正割公式600
习题605
10.6中心载荷作用下压杆的设计609
习题617
10.7偏心载荷作用下压杆的设计621
习题626
复习与小结629
复习题631
计算机习题633
第11章能量方法636
11.1引言638
11.2应变能638
11.3应变能密度640
11.4正应力的弹性应变能641
11.5切应力的弹性应变能644
11.6一般应力状态下的应变能647
习题651
11.7冲击载荷658
11.8冲击载荷设计661
11.9单一载荷作用时的功和能662
11.10应用功能方法确定单一载荷作用下的挠度664
习题669
*11.11若干个载荷同时作用时的功和能674
*11.12卡氏定理677
*11.13应用卡氏定理确定挠度678
*11.14卡氏定理应用于静不定结构681
习题689
复习与小结693
复习题697
计算机习题699
附录702
附录A面积矩703
附录B工程常用材料的力学性能参数（国际单位制）712
附录C型钢表（国际单位制）715
附录D梁的挠度和转角721
附录E工程基础知识考试723

目标基础力学课程的主要目标应该是培养工科学生分析问题和解决问题的能力，使他们能用简单的、符合逻辑的方法去分析给定的问题，并运用已掌握的基本原理去解决问题。这本书作为工科学生在大学一年级或二年级的材料力学（材料强度）方面的第一门课程的教材，作者希望这本教材能像学生学过的静力学和动力学的教材那样，帮助任课教师达到上述目标。
总体思路在本教材中，将学习材料力学的基础建立在理解基本概念和应用简化模型上。采用这种思路，可以用一种合理的、符合逻辑的方式逐步导出所有需要的公式，并且明确指出这些公式在什么条件下可以安全地用来分析和设计工程结构和机床构件。
广泛应用受力图。教材的各部分都采用受力图来求解外力或内力。采用“图示方程”也可以帮助学生理解载荷叠加法、应力叠加法和变形叠加法。
在整个教材中的各个合适的地方，都对强度设计的概念进行了讨论。在第1章中就对强度设计中安全因数的应用进行了讨论，给出了两种强度设计的概念，即许用应力强度设计及载荷与抗力因数强度设计。
提供部分高等或专题内容供选学。选学内容包括残余应力，非圆截面杆扭转和薄壁杆件扭转，曲梁的弯曲，非对称构件的切应力，以及失效判据等，以适应不同专业的需要。为保持系统的一致，按照内在联系把这些内容安排在恰当的章节处。这样，即使在本课程中没有讲授这些内容，当学生在学习后续课程需要时，或在以后的工程实践中需要时，可以很方便地找到这些内容作为参考。为此，所有选学内容都用“*”标注。
章节安排学习本课程的学生应该已经学了静力学，尽管如此，在第1章中还是包括了静力学基本概念的回顾，而剪力图和弯矩图则在52节和53节中进行详细讨论。面积矩和形心的性质在附录A中讨论，这些内容在确定梁的正应力和切应力（第4～6章）的讨论中需要用到。
本教材的前4章分别对受轴向载荷、扭转和纯弯曲的构件的应力和相应变形进行分析。每种情况都是以几个基本概念为基础，即作用在构件上的力系的平衡条件、材料的应力=应变关系，以及构件受到的约束和载荷所应满足的条件。为了加强学生对内容的理解，学习每种基本载荷时，都配备了大量的例题、解题范例和课后练习题。
在第1章中引入了一点处的应力的概念，说明了当所考虑的截面不同时，轴向载荷既可以引起正应力，又可以引起切应力。在第3章扭转和第4章纯弯曲中，又再次强化了这样的概念，即应力取决于其所在的截面的方位。然而，对于一点处的应力进行变换的某些计算方法，如莫尔圆法，则在第7章才作介绍，在这之前，学生已有机会求解组合变形的问题，他们自己会发现需要这样的求应力变换的方法。
第2章中讨论了包括纤维增强复合材料在内的多种材料的应力.应变关系。对横向载荷作用下的梁的研究分为两章，第5章主要讨论怎样确定梁的正应力以及根据材料的许用正应力进行强度设计（5-4节）。这一章以讨论剪力图和弯矩图开始（5-2和5-3节），还包括了一个选学内容，即用奇异函数法求梁的剪力和弯矩（5-5节）。本章最后部分是供选学的非等直梁的内容（5-6节）。
第6章主要内容是确定梁的切应力，以及横向载荷作用下薄壁构件的切应力。以传统方法推导了剪力流的公式，q=VQ/I。在第7章讨论了应力变换之后，第8章介绍梁设计的更高等的理论，例如怎样确定工字形截面梁的翼缘与腹板交界处的主应力。第8章还包括传动轴的强度设计，以及确定组合变形时一点处的主应力、主平面和最大切应力等内容。第8章可作为选学内容。
超静定问题最早在第2章中进行了讨论，之后在教材的各部分，对所遇到的各种载荷作用下的超静定问题进行了讨论。学生在学习的开始阶段就可学到求解超静定问题的方法，即把静力学中用到的传统的力的分析与变形分析结合起来。这样，学生在学完本课程时，就会非常熟悉求解超静定问题的基本方法。此外，这样的内容安排可以帮助学生认识到，确定应力本身就是一个超静定问题，只有考虑对应的应变分布情况才能求出应力。
在第2章中分析受轴向载荷的构件时，就引入了塑性变形的概念。在第3章、第4章和第6章的选学内容里讨论了涉及圆轴的塑性变形和等直梁的塑性变形等问题。尽管教师可以选择不讲授这些内容中的某些部分，但教材中包含这些内容可以帮助学生认识到线性应力应变关系假设的局限性，也可以提醒他们不要错误地使用弹性扭转和弹性弯曲的公式。
第9章讨论梁的变形。在这一章的第一部分主要介绍用积分法和叠加法求梁的变形，而这部分中的用奇异函数求梁的变形（9-6节）作为选学的内容（要学习这一节，需要先学习5-5节的内容）。本章的第二部分是选学内容，用两次课介绍了面积矩法。
第10章讨论压杆稳定问题，包括受压的钢杆、铝杆和木杆的设计等内容。第11章介绍能量方法，包括卡氏定理。
教学法特点每章开始的第一节都是引言。在引言中给出了本章的目的和目标，并简要地介绍本章的内容和它们在解决工程实际问题中的应用。
章节的课时安排。每章的内容分成若干单元，每个单元包括一个或几个理论部分，接着是解题范例和大量的课后习题。每个单元对应于一个精心设计的主题，一般适合用一次课讲授。
例题和解题范例。理论部分包括很多例题，用它们来说明理论部分的内容，有利于更好地理解。而解题范例是为了演示怎样把理论应用于求解某些工程实际问题。解题范例的求解形式与学生自己求解课后习题的形式相同，所以解题范例起到两个作用，既可以拓展理论内容，又可以为学生做出示范，使他们在自己的作业中能规范地、步骤清晰地解题。
课后习题。大多数课后习题都有工程实际背景，对工程专业学生具有吸引力。尽管如此，设置习题的基本目的是说明教材的内容，帮助学生理解材料力学的基本原理。习题是根据它们所对应的教材内容进行分组的，顺序上是由易到难。对于需要给予特别关注的题目用“*”标注。
章节复习与小结。在每章结束前，都有对本章内容的复习与小结。相关处的注释可以帮助学生组织好他们自己的复习，还标注了可供相互参考的章节，以帮助他们找到需要特别关注的内容。
复习题。每章的最后都有一组复习题，为学生提供进一步应用本章最重要概念的机会。
计算机习题。计算机使工程专业的学生能够求解大量的具有挑战性的问题。每章的最后都提供了一组6个以上的用计算机求解的题目。它们可以用任何具有基本分析计算能力的计算机语言进行求解。编写求解这些计算机习题的算法程序可以使学生有两方面的收获：（1）可以帮助他们更好地理解所涉及的力学原理；（2）可以为他们提供一个机会，将他们在计算机程序课程上学到的编程技术，应用于求解有实际意义的工程问题。
工程基础知识考试。要想成为具有执照的专业工程师，必须参加两个考试。第一个考试是工程基础知识考试，这个考试包括材料力学的内容。在附录E中列出了该考试所涉及的材料力学的内容，以及为复习这些内容可以作为练习用的题目。
补充资源《教师题解手册》。与第6版教材配套的《教师题解手册》继承了以前的传统，做到准确无误，并将每个题解保持在一页内以易于参考。《手册》的一个特色是设计了两个表格，可以帮助任课教师制作自己的教学计划。教材中的各个章节内容列在表Ⅰ中，每个章节的建议教学时数也列在表中。表Ⅱ提供了对各组习题的简要描述，而且根据所采用的单位制对每组习题进行了分类。《手册》还包括一个教学计划的样例。使用本书的教师可通过填写书后所附《教师反馈表》获得该手册。
致谢作者感谢为这一版书提供照片的多家公司，还要感谢萨拜娜·道尔（Sabina Dowell）为搜寻照片所作的不懈努力和耐心。
特别感谢利哈伊大学机械工程系的迪安·厄普代克（Dean Updike）教授，他耐心地校核了本版教材中的所有习题的题解和答案，与我们配合得很好。
作者还要对所有审稿人和本书前几版的读者所提供的帮助、给出的评论和提出的建议表示衷心的感谢。
约翰 T.德沃尔夫（John T.Dewolf）戴维 F.马祖雷克（David F.Mazurek）