工程力学基础

本书依据现行高等职业学校专业教学标准中关于本课程的教学要求,并参照相关的国家职业技能标准和行业技能鉴定规范 ,以学生的认知能力培养为主线 ,面向高职学生 ,注重专业课程之间的衔接 ,具有实用性、实践性及创新性。
工程力学基础是建筑、桥梁、市政、道路、水利、设计测量等专业理论性较强的主要专业基础课之一。在编写本书的过程中 ,既注重传承经典 ,又尊重科学的严谨与逻辑。在总结多年教学改革成果的基础上 ,重点培养学生掌握结构、构件平衡规律及受力后的强度、刚度及稳定性的计算能力 ,达到提出问题、分析问题并解决问题的目标 ,帮助学生养成科学、严谨的工作作风 ,为今后从事本专业工作奠定坚实的基础。
本书的编写主要体现以下几个特点。 
(1)
每个模块首页设有学习目标、学习内容和教学方法建议 ,帮助学生理清本模块的学习方法和学习重点 ;模块后附有小结、实验与讨论、习题和习题参考答案 ,进一步帮助学生总结本模块的重点、难点和巩固本模块所学的知识点。 

(2)
每个模块均建设有立体化教学资源 ,配有完整的教学课件、教学微课、工程视频、仿真动画、一线工程图片、课后习题答案及知识拓展文本等 ,以支持 “互联网 ”和多媒体等现代化教学 ,方便学生自主学习 ,帮助学生掌握本课程的知识点、技能点、解题步骤、结构或构件构造 ,了解土木工程发展的历史和*成就以及工程中与力学相关的安全隐患。 

(3)
每个模块均设计了来源于生活实际、工程实际的力学小实验 ,将抽象的力学知识与实际现实生活紧密地结合到一起 ,帮助学生更好地学习工程力学 ,同时弥补试验设备与仪器不足的问题。

本书由周立军、杨红芬担任主编并负责全书的统稿工作 ,马方兴、姜爱玲、毛风华、厉彦菊担任副主编 ,参编人员有王艳、陶登科、赵庆红、李卫平、聂茂森、张涛、梁志燕和王瑞洲。编写分工如下 :日照职业技术学院周立军和日照兴海林水建设开发有限公司聂茂森编写模块 1、模块14、附录 ;日照职业技术学院杨红芬编写模块 2和模块 4;日照职业技术学院毛风华编写模块 3和模块 6;山东水利职业学院陶登科编写模块5;日照市应急管理局赵庆红编写模块 7;日照职业技术学院姜爱玲编写模块 8和模块 9;山东锦华建设集团有限公司张涛编写模块 10;日照职业技术学院马方兴编写模块 11和模块12;枣庄科技职业学院王艳和浙江同济科技职业学院李卫平编写模块 13,并参与了课件制作与立体化资源开发 ;日照职业技术学院厉彦菊编写模块 15和模块 16;山东东方佳园建筑安装有限公司梁志燕提供了工程案例和实际工程图片资料。临沂城市发展集团有限公司王瑞洲也参与了本书的统稿工作 ,本书由山东科技大学王海超教授 (博士 )主审。

本书在编写过程中参阅了许多专家的著作 ,在此表示由衷地感谢。由于编者水平有限 ,时间仓促 ,书中难免存在不妥和疏漏之处 ,敬请广大读者和同行专家批评、指正 ,以便今后改进和提高。
编者 
2020年4月

本教材结合“面向职场的课程体系建设”教改成果和学生的实际需求编写而成，全书共分土木工程力学基本认知、影响线及其应用等15章内容,每章均有单元学习目标章节小结、实验与讨论、习题。本书打破传统教材的知识框架的封闭性，强化理论与实践的结合，增加实验与讨论环节，采用互联网 的形式，配有教学微课、动画和课程网站等教学资源，突出重难点的教学。本书以上适用于建筑、桥梁、市政、道路、水利、设计等专业的教学，也可作为工程技术人员的参考书。

周立军，男，43岁，日照职业技术学院建筑工程学院副院长，建筑与土木工程硕士，副教授，一级建造师，山东省阳光服务平台评标专家。2011年度、2012年度被评为山东省建筑业技师岗位培训优秀教师；为国家制图员考评员；日照市建筑工程质量评审专家。多次被评为优秀党员、优秀教师和优秀教育工作者。

上篇

模块1 认知工程力学 3

1.1 工程力学的研究对象与任务 4

1.1.1 土木工程与力学 4

1.1.2 工程力学的研究对象 4

1.1.3 工程力学的任务 5

1.1.4 工程力学的主要研究方法和课程的学习方法 6

1.2 荷载的分类 6

1.2.1 荷载的概念 6

1.2.2 荷载的分类 7

1.3 刚体和变形固体的概念 8

1.3.1 刚体 8

1.3.2 变形固体 8

1.4 结构的计算简图与实验模型 9

1.4.1 计算简图 9

1.4.2 实验模型 12

模块小结 14

实验与讨论 14

习题 15

模块2 静力学基础 17

2.1 力的基本知识 18

2.1.1 基本概念 18

2.1.2 静力学基本公理 19

2.2 力在直角坐标轴上的投影 22

2.2.1 力在平面直角坐标轴上的投影 22

2.2.2 合力投影定理 24

2.3 力矩 24

2.3.1 力矩的概念 24

2.3.2 合力矩定理 25

2.4 力偶 26

2.4.1 力偶的概念 26

2.4.2 力偶的性质 27

2.5 约束与约束反力 28

2.6 物体的受力分析与受力图 33

模块小结 36

实验与讨论 37

习题 38

模块3 平面一般力系的简化与平衡 42

3.1 平面一般力系的简化 43

3.1.1 力系等效与简化的概念 43

3.1.2 力的平移定理 43

3.1.3 平面汇交力系的简化 44

3.1.4 平面力偶系的简化 45

3.1.5 平面一般力系的简化 46

3.1.6 平面一般力系的简化结果分析 47

3.2 平面一般力系的平衡 48

3.2.1 平面一般力系的平衡条件与平衡方程 48

3.2.2 几种特殊平面力系的平衡方程 51

3.3 简单刚体系统的平衡问题 53

模块小结 55

实验与讨论 56

习题 57

模块4 平面图形的几何性质 59

4.1 计算平面图形的形心 60

4.2 面积矩 63

4.2.1 面积矩的定义 63

4.2.2 面积矩与形心位置坐标的关系 63

4.2.3 计算面积矩 63

4.3 惯性矩 64

4.3.1 惯性矩的定义 64

4.3.2 简单图形对形心轴的惯性矩 64

4.4 平行移轴公式和组合截面的惯性矩 66

4.4.1 平行移轴公式 66

4.4.2 组合截面的惯性矩 67

模块小结 69

实验与讨论 70

习题 70

模块5 分析杆件的内力 72

5.1 杆件的基本变形及其特点 72

5.1.1 轴向拉伸与压缩 73

5.1.2 剪切 73

5.1.3 扭转 74

5.1.4 平面弯曲 74

5.2 内力与截面法 75

5.2.1 内力的概念 75

5.2.2 截面法 75

5.3 分析轴向拉伸和压缩杆件内力 76

5.3.1 计算轴力 77

5.3.2 轴力图 78

5.4 分析扭转轴的内力 80

5.4.1 功率、转速与外力偶矩之间的关系 80

5.4.2 扭矩和扭矩图 80

5.5 分析梁的内力 82

5.5.1 梁的内力 82

5.5.2 剪力图和弯矩图 85

5.5.3 弯矩、剪力和载荷集度间的关系及其应用 90

5.5.4 用叠加法画弯矩图 94

模块小结 98

实验与讨论 99

习题 99

模块6 计算轴向拉(压)杆的强度与变形 103

6.1 工程中的轴向受拉(压)构件 103

6.2 工程中的轴向受拉(压)构件的应力 104

6.3 轴向受拉(压)构件的变形 106

6.4 材料在拉伸和压缩时的力学性质 109

6.4.1 材料在拉伸时的力学性质 109 

6.4.2 材料在压缩时的力学性质 111

6.4.3 塑性材料和脆性材料的比较 112

6.4.4 许用应力与安全系数 113

6.5 轴向拉(压)杆件的强度条件 114

6.6 应力集中的概念 116

6.7 连接件的实用计算 117

6.7.1 剪切的概念及工程实例 117

6.7.2 剪切的实用计算 118

6.7.3 挤压的实用计算 119

6.7.4 实用计算举例 120

模块小结 123

实验与讨论 124

习题 126

模块7 计算扭转的强度与刚度 128

7.1 工程中的受扭构件 128

7.2 计算圆轴扭转时的应力与变形 129

7.2.1 横截面上的应力 129

7.2.2 计算极惯性矩和扭转截面系数 131

7.2.3 圆杆扭转时的变形 131

7.2.4 切应力互等定理和剪切胡克定律 131

7.3 圆轴扭转时的强度条件与刚度条件 132

7.3.1 圆轴扭转时的强度条件 132

7.3.2 圆轴扭转时的刚度条件 133

模块小结 134

实验与讨论 134

习题 135

模块8 计算梁的强度与刚度 136

8.4.5 校核梁的刚度 151

8.5 梁的主应力和主应力轨迹线 152

8.5.1 应力状态的概念和分类 152

8.5.2 梁上任一点应力状态的分析 153

8.5.3 梁内主应力及主应力迹线 155

模块小结 156

实验与讨论 157

习题 159

模块9 计算压杆的稳定性 161

9.1 稳定问题的提出 161

9.1.1 工程中的稳定问题 161

9.1.2 压杆的稳定平衡与不稳定平衡 163

9.2 细长中心压杆的临界力 165

9.2.1 两端铰支细长压杆 165

9.2.2 其他支承形式压杆的临界力 165

9.3 压杆的临界应力、临界总应力图 166

9.3.1 临界应力 166

9.3.2 欧拉公式的适用范围 167

9.3.3 超出比例极限时压杆的临界应力 167

9.4 计算压杆的稳定性 170

9.4.1 稳定条件 170

9.4.2 计算压杆的稳定性 173

9.5 提高压杆稳定性的措施 177

模块小结 179

实验与讨论 179

习题 180

模块10 分析平面体系的几何组成 185

下篇

10.1 几何组成分析的目的 185

10.2 计算体系的自由度 186

10.3 几何不变体系的简单组成规则 188

10.3.1 二元体规则 188

10.3.2 两刚片规则 188 

10.3.3 三刚片规则 189

10.3.4 瞬变体系 190

10.4 几何组成分析示例 190

10.5 几何构造与静定性的关系 193

模块小结 194

实验与讨论 194

习题 195

模块11 计算静定结构的内力 196

模块12 计算静定结构的位移 215

模块13 力法计算超静定结构内力 229

模块14 位移法计算超静定结构内力 250

模块15 力矩分配法计算超静定结构内力 275

模块16 绘制与应用结构影响线 291

参考文献 313

附录1 主要符号表 314

附录2 型钢规格表(GB/T706—2016) 315

本教材分为上、下两篇，教材在认真总结了自己多年的教学成果基础上，充分吸纳当前课程的课改成果编写而成，建议先学习着从以下几个方面了解图书信息。 
一是教材编写过程中学生知识体系的构建和能力的培养过程与方法；二是教学过程积累和制作的大量的微课、视频、动画、图片、ppt以及案例资源；三是课程建设过程中建设的与教材对应的课程教学网站，资源非常丰富；四是课程制作的大量力学趣味小实验，以及同学们利用身边的简单素材自己动手进行试验，将抽象的知识进行形象的演示，培养学生的创新精神，锻炼学生的动手能力。