“普通高等院校基础力学系列教材”自2004年出版以来受到很多教学第一线的教师和同学以及业余读者的厚爱,其中《材料力学》一书在1年的时间内连续印刷了5次。同时,广大读者也提出了一些宝贵的修改要求和具体意见。
著者最近两年在全国7个大区(东北:哈尔滨工业大学;西北:西北工业大学;华北:北京交通大学;中南:华中科技大学;西南:重庆大学;华南:华南理工大学;华东:南京航空航天大学)讲学的同时,对我国高等学校“材料力学”的教学状况和对“材料力学”教材的需求进行了大量调研,与全国500多名基础力学教师以及近2000名同学交换了关于“材料力学”教材使用和修改的意见。
通过上述调研,我们进一步认识到,当初我们编写“普通高等院校基础力学系列教材”的理念基本上是正确的,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教师和同学提供高水平、全方位的服务。
调研过程中,广大教学第一线的教师和同学普遍反映,根据新的培养计划,很需要一部土木和水利工程类专业的“材料力学”教材,以适应课程学时大幅度减少的要求。大家普遍认为现行的土木和水利工程类专业的“材料力学”教材大都是上、下两册,篇幅过大。有的教师反映:上册的内容讲不完,下册的内容又要讲一点,不仅造成资源浪费,而且也造成学生不必要的经济负担。还有的教师认为,现行的土木和水利工程类专业的“材料力学”教材,成书时间已经很久,没有反映最近10年来材料力学课程教学改革成果,大多数作者长期不在教学第一线从事教学工作,因而缺乏教学第一线的新鲜经验。
本书是在上述调研的基础上,根据新的培养计划和教学基本要求,从一般院校的实际情况出发,删去大部分院校不需要的教学内容。在面向21世纪课程教学内容与体系改革的基础上,对于传统内容进一步加以精选,大大压缩教材篇幅,以满足60~80学时左右“材料力学”课程教学要求。
在教学体系上,我们根据土木和水利工程等专业的特点,同时贯穿两条主要线索:一条是用杆、轴、梁、柱以及连接件等基本构件贯穿的线索;另一条是以构件的拉、压、剪、扭、弯等基本受力与变形形式的线索。这样的体系不仅保持了“材料力学”理论体系的完整性,而且具有很强的工程应用意义。
在内容的处理上,我们将梁的弯曲问题作为重点,分成4章,内容包括:剪力图与弯矩图;截面的几何性质;应力分析与强度计算;位移分析与刚度计算。这一部分应该说是课程的重点,同时也是课程的精华所在。
为了压缩教材的篇幅,适应教学时数减少的要求,一般“材料力学”中常见的“组合受力与变形”的内容没有单独成章。“斜弯曲”的内容放在弯曲问题中是很自然的事情;“偏心荷载”的内容,对于土木和水利工程专业而言,除了应力计算外,还有“截面核心”这样的特殊问题,而“截面核心”的计算与中性轴有关,所以将这部分内容放在“弯曲问题”中作为梁的弯曲问题的延伸,不仅可以使读者通过中性轴的概念比较好地掌握与“截面核心”有关的内容,而且还将使读者加深对“中性轴”这个基本概念的认识。关于“弯曲与扭转组合受力与变形”则作为“应力状态与强度理论”的工程应用放在第9章中,凸现了应力状态与强度理论的工程应用价值。
此外,关于“梁强度的全面校核”以及“圆柱形薄壁容器的应力状态与强度计算”部分放在第9章中,也是基于同样的考虑。
“材料力学”与很多领域的工程密切相关。材料力学教学不仅可以培养学生的力学素质,而且可以加强学生的工程概念。这对于他们向其他学科或其他工程领域扩展是很有利的。基于此,本书与以往的同类教材相比,难度有所下降,工程概念有所加强,引入了大量涉及广泛领域的工程实例以及与工程有关的例题和习题。
为了让学生更快地掌握最基本的知识,在概念、原理的叙述方面作了一些改进。一方面从提出问题、分析问题和解决问题等方面作了比较详尽的论述与讨论;另一方面通过较多的例题分析,特别是新增加了关于一些重要概念的例题分析,著者相信这将有助于读者加深对于基本内容的了解和掌握。
全书分为基础篇和专题篇,共14章。基础篇共10章,包括反映材料力学基本要求的材料力学概论、拉伸与压缩杆件的应力变形分析与强度计算、连接件强度的工程假定计算、圆轴扭转时的强度与刚度计算、梁的弯曲问题(共4章)、应力状态与强度理论及其工程应用、压杆的稳定问题等教学内容;专题篇包括材料力学中的能量法、简单的静不定系统、动荷载与疲劳强度概述、新材料的材料力学概述共4章,供不同院校选用。书中带*号的内容及习题供各院校选用。根据不同院校的实际情况,基础篇所需教学时数约为48学时左右;专题篇所需教学时数约为16~24学时。
本书由范钦珊、蔡新主编,范钦珊、祝瑛、梁小燕、蔡新编著。
本书于2005年10月在南京完成初稿,2006年1月在美国加州定稿。定稿期间,得到清华大学校友吴擎虹、范心洋的大力支持和协助,在本书出版之际,著者谨表诚挚谢意。
承蒙河海大学吴胜兴教授、北京交通大学黄海明教授对本书稿进行了详细的审阅,提出了宝贵的修改意见,谨致谢忱。
书中的缺点和错误,恳请读者批评指正。