工程力学(季维英)（第三版）

前言

《工程力学》（第三版）教材是为了适应新的人才培养方案，总结长期教学经验，在原教材的基础上进行的调整和修订。

修订过程中坚持如下原则：

① 响应国家号召，融入思政元素，加强大学生政治思想教育，提升职业素养。

② 始终遵循 高职高专教育人才培养目标的要求，教学宗旨和教学目的始终不变。

③ 体现“必需够用”，兼顾专业需求和个性发展，以培养实用型人才为主要方向。

④ 强调工程概念，教学内容和各章节顺序更趋合理。

《工程力学》（第三版）保持了原有教材的特点和特色，着重以下几个方面的修订：

① 本书每章开始有详细的教学目标，并引入与力学知识相关的名人趣事，激发学生的学习兴趣，培养学生的优良素质。

② 本书每章末增加了能力训练模块，以应用为主，突出实用性、典型性和教学的可实施性，重点培养学生应用能力。

③ 新增能力提升模块，加强学生能力的训练，培养学生的创新意识和创新能力，也可作为兴趣竞赛、学历提升参考资料使用。

④ 随着计算机技术的高速发展，力学在工程中的应用与计算越来越多地借助于计算机。本书增加了有限元法与软件ANSYS Workbench简介。

⑤ 由于运动学和动力学内容与静力学和材料力学的联系不紧密，也不是工程力学学习的重点内容，在课时普遍压缩的今天，删减了这两部分内容。

⑥ 考虑工程构件存在疲劳强度的普遍性，增加了动载荷与疲劳强度概述。

⑦ 增加部分章节的微课视频，扫描二维码即可查看，丰富了本书的教学资源，另外，在中国大学MOOC平台上有配套的在线课程“工程力学”，可供读者参考学习。

本书由南通职业大学季维英、楚焱芳主编，南通职业大学陈淑侠、武汉职业技术学院郭璐副主编。参与本书编写的有季维英（第1章、第2章、第10章~第12章）,楚焱芳（第5章、第6章、第8章），陈淑侠（第4章、第7章），石剑锋（绪论、第3章），郭璐（第9章）。

《工程力学》教材的修订工作，在征求参编人员意见的基础上，由季维英负责完成，并后定稿。全书由南通职业大学杨林娟教授主审。

由于编者水平有限，书中难免存在不当之处，恳请读者批评指正！

编  者      

2021年12月   

版前言 

高职高专教育越来越突出职业技能培养的教育目标，其教学内容也在向着强化实训和实践、理论知识的教学以“必需够用”为度的方向发展。工程力学作为一门技术基础课程，教学课时进一步减少，教学内容更加精选。本书为适应高职高专教学改革的需要，总结工程力学课程长期教学的经验，精心编写而成。

本书分为三部分：部分为静力学（第1章~第3章）；第二部分为运动学和动力学（第4章、第5章）；第三部分为材料力学（第6章~第13章）。本书内容的重点在于静力学部分，并且以平面力系为主，以空间力系为辅，以刚体系统内各个构件之间的约束为主线，突出工程概念，融入现代科技成果，以建立力学模型、求解力学模型和计算机应用为基本要求。在运动学和动力学部分主要介绍质点及刚体的基本运动，点的运动的合成以及刚体的平面运动，动量定理、动量矩定理、动能定理和动静法。在材料力学部分，以四种基本变形为基础，介绍应力状态、组合变形及压杆稳定等。在内容的深度方面加强了改革，突出了理论教学与工程实际的联系，做到以应力应变状态为主线，以材料和构件的失效分析为目标，以解决工程构件的强度分析和刚度分析为基本要求。在内容组织上，从内力分析入手，分析基本变形的应力、应变、强度、刚度。本书力求使读者通过学习，掌握建立力学模型和简化力系的方法，能利用力系的平衡条件解决实际的工程构件的受力，从而进一步对构件进行强度、刚度及稳定性方面的分析。

本书采用“结构化、模块化”设计，精简优化教学内容体系，体现“必需够用”，兼顾专业需求和个性发展，以培养实用型人才为主要目标；每章例题、习题精心选择，具有典型性，强调工程概念，使力学教学与工程实践相结合；注意对新技术、新知识的介绍。

本书可作为高职高专院校机械、建筑、化工、纺织等专业的工程力学教学用书，也可供初、中级工程技术人员学习参考之用。

本书由杨林娟、季维英主编，张鸿晨副主编。参加本书编写的有杨林娟（绪论、第1章~第3章、第7章）、季维英（第9章~第11章）、张鸿晨（第12章、第13章）、姜宁（第8章）、楚焱芳（第5章）、陈淑侠（第4章）、谭华（第6章）。

在本书的编写过程中，得到了南通职业大学李业农教授的热情帮助和指导，在此深表感谢！

由于编者水平有限，疏漏和欠妥之处在所难免，恳请读者批评指正！

编  者      

2008年10月  

第二版前言  

《工程力学》（第二版）教材是为了适应新的教学要求，总结长期教学经验，在原教材的基础上进行的调整和修订。

修订过程中坚持如下原则。

① 始终遵循 高职高专教育人才培养目标的要求，教学宗旨和教学目的始终不变。

② 体现“必需够用”，兼顾专业需求和个性发展，以培养实用型人才为主要目标。

③ 强调工程概念，教学内容和各章节顺序更趋合理。

《工程力学》（第二版）保持了原有教材的特点和特色，着重以下几个方面的修订。

① 对第二部分运动学和动力学体系和内容进行了必要的调整，第二部分第4章增加了点的运动，调整了点的合成运动概念与刚体基本运动两节的前后顺序，质点的运动、相对运动和牵连运动的标题改为点的合成运动概念。

② 对部分章节的结构进行了调整，突出了各章的主要教学内容和应重点掌握的知识点。

③ 对原教材的笔误、非标准符号及个别图形等进行了修改。

本书由季维英、杨林娟主编，张建新、陈淑侠、张鸿晨副主编。参加本书编写的有季维英（第1章、第2章、第9章~第11章），杨林娟（绪论、第3章），陈淑侠（第4章、第7章），楚焱芳（第5章），侯海云（第6章），张建新（第8章、第12章），张鸿晨（第13章）。

《工程力学》教材的修订工作，在征求部分参编人员意见的基础上，由季维英负责组织完成，并后定稿。

由于编者水平有限，书中难免存在不当之处，恳请读者批评指正！

编  者      

2011年11月    

“工程力学”是高职高专院校机械、建筑、化工、纺织等专业的一门重要的技术基础课程，是分析和解决工程问题的基础。

本书分静力学和材料力学两部分，主要包括静力学基本概念及受力图、平面力系的平衡、空间力系的平衡、材料力学基础、拉压杆承载能力设计、受剪切连接件承载能力设计、传动轴承载能力设计、工程梁承载能力设计、组合变形构件承载能力设计、压杆稳定性设计、动载荷与疲劳强度概述、有限元法与ANSYS Workbench简介，共计12章。每章开始有详细的教学目标，以及与力学知识相关的名人趣事，可激发学生的学习兴趣并有利于培养学生的优良素质，书中充实了新知识和新方法，便于读者开阔眼界。每章末安排有：能力训练模块，以应用为主，突出实用性；能力提升模块，可作为兴趣竞赛、学历提升参考资料使用，扫描二维码可查看答案；相应习题，提供部分习题答案，便于自学。

本书配套有电子课件，可以登录化学工业出版社教学资源网查询和下载；部分章节配有微课视频，可自行扫描二维码进行相应知识的学习；在中国大学MOOC平台上有配套的在线课程“工程力学”，可供读者参考学习。

本书可作为高职高专院校及应用型本科院校的机械类及近机类相关专业的教学用书，也可供初、中级工程技术人员学习参考。

“工程力学”是高职高专院校机械、建筑、化工、纺织等专业的一门重要的技术基础课程，是分析和解决工程问题的基础。

本书分静力学和材料力学两部分，主要包括静力学基本概念及受力图、平面力系的平衡、空间力系的平衡、材料力学基础、拉压杆承载能力设计、受剪切连接件承载能力设计、传动轴承载能力设计、工程梁承载能力设计、组合变形构件承载能力设计、压杆稳定性设计、动载荷与疲劳强度概述、有限元法与ANSYS Workbench简介，共计12章。每章开始有详细的教学目标，以及与力学知识相关的名人趣事，可激发学生的学习兴趣并有利于培养学生的优良素质，书中充实了新知识和新方法，便于读者开阔眼界。每章末安排有：能力训练模块，以应用为主，突出实用性；能力提升模块，可作为兴趣竞赛、学历提升参考资料使用，扫描二维码可查看答案；相应习题，提供部分习题答案，便于自学。

本书配套有电子课件，可以登录化学工业出版社教学资源网查询和下载；部分章节配有微课视频，可自行扫描二维码进行相应知识的学习；在中国大学MOOC平台上有配套的在线课程“工程力学”，可供读者参考学习。

本书可作为高职高专院校及应用型本科院校的机械类及近机类相关专业的教学用书，也可供初、中级工程技术人员学习参考。

第1章  静力学基本概念及受力图   3

1.1　 静力学基本概念  3

1.2　 静力学基本公理  4

1.3　 约束与约束反力  6

1.3.1　 柔索约束  7

1.3.2　 光滑接触面约束  7

1.3.3　 光滑圆柱铰链约束  8

1.3.4　 固定端约束  9

1.4　 物体的受力分析与受力图  10

1.5  能力训练——液压冲床的受力分析  12

1.6  能力提升  13

习题  13

第2章  平面力系的平衡 16

2.1　 平面汇交力系的合成与平衡  16

2.1.1　 平面汇交力系合成的几何法与平衡的条件  17

2.1.2　 平面汇交力系合成的解析法  18

2.2　 力矩及平面力偶系的平衡  22

2.2.1 　力矩和合力矩定理  22

2.2.2　 平面力偶理论  23

2.2.3　 力线平移定理  25

2.3 　平面任意力系的平衡  26

2.3.1 　平面任意力系向平面内任一点简化  26

2.3.2　 平面任意力系的简化结果分析  27

2.3.3　 平面任意力系的平衡条件和平衡方程  28

2.3.4　 平面平行力系的平衡  30

2.4 　物体系统的平衡  31

2.5　 静定与静不定问题  34

2.6　 考虑摩擦时的平衡问题  34

2.6.1　 滑动摩擦  34

2.6.2　 考虑滑动摩擦时的平衡问题  36

2.6.3　 滚动摩擦  37

2.7  能力训练——塔吊的平衡计算  38

2.8  能力提升  39

习题  40

第3章  空间力系的平衡  45

3.1　 力在空间直角坐标轴上的投影  45

3.1.1　 直接投影法  45

3.1.2　 二次投影法  46

3.2　 力对轴的矩  47

3.3 　空间力系的平衡条件及平衡计算  48

3.3.1　 空间任意力系的平衡条件和平衡方程  48

3.3.2　 空间特殊力系  48

3.4　 物体的重心  50

3.4.1　 重心的概念  50

3.4.2　 重心的坐标  50

3.4.3　 重心位置的实验法  52

3.5  能力训练——传动齿轮的平衡计算  52

3.6  能力提升  53

习题  54

第4章  材料力学基础  56

4.1　 材料力学的任务  56

4.2 　变形固体的基本假设  57

4.3 　内力与应力  58

4.3.1　 内力的概念  58

4.3.2 　截面法  58

4.3.3 　应力的概念  58

4.4　 杆件变形的基本形式  59

第5章  拉压杆承载能力设计  61

5.1　 拉伸和压缩的概念  61

5.2　 轴向拉伸和压缩时的内力  62

5.2.1 　轴力  62

5.2.2　 轴力图  62

5.3　 拉(压)杆横截面上的应力  63

5.4 　拉(压)杆的变形  65

5.4.1　 纵向变形  65

5.4.2　 胡克定律  65

5.4.3　 横向变形  66

5.5 　材料在轴向拉伸和压缩时的力学性能  67

5.5.1 　材料在拉伸时的力学性能  68

5.5.2　 材料在压缩时的力学性能  71

5.6 　轴向拉伸和压缩的强度计算  72

5.6.1 　许用应力和安全系数  72

5.6.2　 强度计算  73

5.7  能力训练——简易起重机构的承载能力设计  75

5.8  能力提升  76

习题  77

第6章  受剪切连接件承载能力设计  79

6.1　 剪切和挤压的概念  79

6.2　 剪切和挤压的实用计算  80

6.2.1 　剪切实用计算  80

6.2.2　 挤压实用计算  81

6.3　 切应变和剪切胡克定律  82

6.3.1 　切应力互等定理  83

6.3.2 　剪切胡克定律  83

6.4  能力训练——平键承载能力设计  83

6.5  能力提升  85

习题  85

第7章  传动轴承载能力设计  87

7.1　 扭转的概念和外力偶矩的计算  87

7.1.1　 扭转的概念  87

7.1.2 　外力偶矩的计算  88

7.2 　扭矩和扭矩图  88

7.3 　圆轴扭转时的应力  90

7.3.1　 变形几何关系  90

7.3.2　 物理关系  91

7.3.3　 静力关系  91

7.4　 圆轴扭转时的强度计算  92

7.5　 圆轴扭转时的变形与刚度计算  93

7.5.1　 变形计算  93

7.5.2　 圆轴扭转时的刚度计算  94

7.6  能力训练——传动轴承载能力设计  95

7.7  能力提升  96

习题  96

第8章  工程梁承载能力设计  99

8.1　 平面弯曲的概念  99

8.1.1 　平面弯曲  99

8.1.2　 静定梁的基本形式  100

8.1.3 　梁上载荷的简化  100

8.2　 弯曲时的内力——剪力和弯矩  101

8.3　 剪力图和弯矩图  103

8.4　 纯弯曲时横截面上的正应力  106

8.4.1　 纯弯曲的概念  106

8.4.2　 纯弯曲横截面上的正应力  106

8.4.3　 简单截面的惯性矩和抗弯截面模量  109

8.5 　梁的弯曲强度计算  110

8.6　 提高梁的弯曲强度的主要措施  112

8.7　 梁的弯曲变形  114

8.7.1　 梁的挠曲线  114

8.7.2　 挠曲线近似微分方程  114

8.7.3　 用叠加法求梁的弯曲变形  115

8.8　 梁的刚度条件和提高弯曲刚度的措施  117

8.8.1　 梁的刚度条件  117

8.8.2　 提高梁的弯曲刚度的措施  118

8.9  能力训练——行吊大梁弯曲强度设计  118

8.10  能力提升  119

习题  120

第9章  组合变形构件承载能力设计  124

9.1　 应力状态的概念  124

9.1.1 　一点处的应力状态  124

9.1.2 　应力状态的表示方法  125

9.1.3 　应力状态的分类  125

9.2　 强度理论简介  126

9.2.1　 强度理论概述  126

9.2.2 　四种强度理论  126

9.2.3　 强度理论的应用  128

9.3　 组合变形的概念  128

9.4　 拉(压)弯组合时的强度计算  129

9.5　 弯扭组合的强度计算  130

9.6  能力训练——压力机立柱强度校核  134

9.7  能力提升  135

习题  135

第10章  压杆稳定性设计   138

10.1　 压杆稳定的概念  138

10.2 　细长压杆的临界压力——欧拉公式  139

10.2.1 　两端铰支细长压杆的临界压力  139

10.2.2 　其他支撑条件下压杆的临界