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出版者:

作者:Smith, Jr. Charles

出品人:

页数:299

译者:

出版时间:2007-7

价格:142.00元

装帧:

isbn号码:9781427766205

丛书系列:

图书标签:

• Statics
• Engineering Mechanics
• Exam
• Textbook
• College
• Physics
• Structural Analysis
• Civil Engineering
• Mechanical Engineering
• Formula Sheet
• Review

《结构力学基础：工程应用与理论深度解析》 这是一本专为土木、机械、航空航天等工程领域学生及初级工程师设计的权威教材，旨在系统构建读者对静态力学核心原理的深刻理解，并熟练掌握解决复杂工程问题的实用工具与方法。 本书摒弃了传统教材中过于繁琐的纯数学推导，而是将理论与工程实际紧密结合，确保读者在掌握基础概念的同时，能够立即将所学知识应用于现实世界的结构分析中。全书结构严谨，逻辑清晰，内容覆盖了静态力学领域的全部关键主题，为后续学习材料力学、结构设计和有限元分析奠定了坚实的基础。 --- 第一部分：力学基础与静力学原理的奠基 本部分是全书的基石，详细阐述了描述物体受力状态和平衡条件的基本概念和公理。 第一章：力学基本概念与物理量 本章首先界定了力、位移、应变、应力等核心物理量，并引入了矢量和张量在力学中的应用。重点讨论了牛顿运动定律在静力学中的特例——平衡定律的建立。此外，对刚体和变形体的理想化模型进行了严格定义，并介绍了公制和英制单位体系的换算与使用规范，确保读者在后续分析中保持单位制的一致性。 第二章：自由体图的绘制与力的分解与合成 高质量的自由体图（Free-Body Diagram, FBD）是正确解题的先决条件。本章投入大量篇幅，通过丰富的工程实例（如桁架节点、悬臂梁端部、多体连接件），指导读者如何精确识别和隔离结构系统，正确绘制其上的所有外力和反作用力。深入讲解了二维和三维空间中力的平行四边形法则、力矩的矢量特性，以及如何利用投影法高效地求解合力和合力矩。 第三章：平面力系的平衡方程 本章聚焦于二维结构（如平面桁架、简单框架）的平衡分析。系统介绍了平面力系平衡的三个基本方程（$sum F_x = 0, sum F_y = 0, sum M = 0$），并辅以大量的实例演示如何利用这些方程求解未知反力。特别强调了如何识别静定结构和静不定结构，并为后续处理静不定问题做铺垫。 第四章：三维力系的平衡与摩擦力 将平衡概念扩展至三维空间，引入了空间力系的六个独立平衡方程。本章着重讲解了复杂机械装置（如三脚架、悬挂系统）中反力的求解。同时，深入探讨了静摩擦力的理论基础，包括库仑摩擦定律、最大静摩擦力的计算，以及摩擦圆在轴承和楔块分析中的应用。通过实例分析了摩擦对结构稳定性的影响。 --- 第二部分：结构分析的核心方法 本部分引入了解决复杂工程结构的主要分析技术，涵盖了桁架、框架和曲线构件的内力计算。 第五章：桁架分析：结点法与截面法 本章专门针对由直杆铰接而成的桁架结构进行深入剖析。 结点法 (Method of Joints): 通过逐个分析节点处的平衡，确定每根杆件的内力。本节详述了如何判断“零力杆件”，从而简化计算过程。 截面法 (Method of Sections): 介绍了一种更直接的方法，通过“切割”结构来应用平衡方程，特别适用于只求少数几根杆件内力的情况。 本章通过大型桥梁和屋顶桁架实例，对比了两种方法的适用性和效率。 第六章：梁和框架的内力分析 梁（Beam）是工程中最常见的结构构件。本章的核心是推导和应用剪力（V）和弯矩（M）的微分关系。 荷载、剪力和弯矩的关系： 详细推导了 $w(x) = dV/dx$ 和 $V(x) = dM/dx$ 的关系，并阐述了它们在沿梁长度上的分布规律。 剪力图（SFD）和弯矩图（BMD）的绘制： 提供了绘制标准图表的系统性步骤，包括利用荷载图、剪力图和弯矩图之间的相互关系，高效准确地确定最大弯矩和剪力点。 本章内容涵盖了集中荷载、均布荷载以及组合荷载作用下的梁结构分析。 第七章：内部作用力的计算：任意截面与分布荷载 本章进一步深化了内力概念，使其不局限于标准梁的端部和节点。 讲解了如何计算作用在任意斜截面上的内力（轴力、剪力和弯矩）。 重点处理了曲线梁和非均匀截面构件的内力分析，引入了积分法来处理复杂荷载分布情况。 --- 第三部分：结构几何特性与稳定性基础 本部分转向结构的几何性质，这些特性是后续进行强度和刚度分析的关键输入参数。 第八章：面积的几何特性：惯性矩与形心 惯性矩（Moment of Inertia）是抵抗弯曲和扭转变形能力的重要指标。本章详细介绍了： 形心（Centroid）的确定： 针对复杂截面的形心求解方法（积分法和复合面积法）。 面积惯性矩（Second Moment of Area）： 严格定义了对中性轴的面积惯性矩 $I$。 平行轴定理（Parallel Axis Theorem）： 这是计算任意轴惯性矩的核心工具，通过大量范例展示了其在T型梁、工字钢等截面上的应用。 极惯性矩： 为后续扭转分析做准备。 第九章：虚功原理与结构位移计算导论 本部分引入了能量法，这是处理静不定结构和计算位移的强大工具。 虚功原理（Principle of Virtual Work）： 详细阐述了虚位移和虚力法的基本思想，并将其应用于求解梁和桁架的位移和转角。 单位载荷法（Unit Load Method）： 重点讲解了该方法在计算梁的挠度和桁架节点位移中的实际操作步骤，包括如何选择合适的虚设力系统。 第十章：细长杆件的稳定性分析：欧拉公式 结构的失稳是工程安全的关键问题。本章专注于轴向受压杆件的屈曲（Buckling）问题。 屈曲的机制： 区分了材料屈曲和构件失稳的概念。 欧拉屈曲载荷（Euler Buckling Load）： 推导了细长杆件在理想情况下的临界屈曲载荷 $P_{cr}$，并引入了有效长度系数 $K$ 来修正不同约束条件下的杆件性能。 细长比与容许载荷： 讨论了在实际工程中，如何根据杆件的细长比选择适用欧拉公式的范围，并概述了更通用的非弹性屈曲理论（如J. B. Johnson公式的引入）。 --- 附录 附录A：常用材料的力学性能表 附录B：标准截面（如工字钢、槽钢）的几何性质参考表 附录C：静力学中的常用积分公式 本书的特点： 1. 工程导向的案例分析： 每一个理论概念都紧密关联于实际的工程构件（桥梁、起重机、框架结构），增强了学习的动机和应用性。 2. 清晰的解题流程： 为每种分析方法（如截面法、虚功法）提供了标准化的、易于遵循的解题步骤清单。 3. 强调物理直觉： 鼓励读者在进行数学计算之前，先通过 FBD 和平衡概念形成对力的物理图像。 本书是结构力学课程的理想教材，亦是结构工程师和分析人员案头必备的实用参考手册。通过对本书内容的系统学习，读者将能够自信地分析任何静定或基本静不定结构，并为后续高级结构分析课程打下无可动摇的理论基础。

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