材料力学1第五版刘鸿文主编 高等教育出版社
材料力学第五版 刘鸿文
材料力学第五版刘鸿文材料力学是材料科学与工程中的重要基础学科，它研究材料的力学性能和力学行为，为材料的设计、选择和加工提供了理论依据。
本书《材料力学第五版》由刘鸿文教授编著，是一部系统介绍材料力学基本理论和方法的著作，对于材料科学与工程专业的学生和从业人员都具有重要的参考价值。
本书首先介绍了材料的力学性能参数，包括应力、应变、弹性模量、屈服强度等基本概念，为后续的内容打下了基础。
接着，本书详细讲解了材料的力学性能测试方法，包括拉伸试验、压缩试验、弯曲试验等，通过实验数据的分析，读者可以深入了解材料的力学性能表现及其变化规律。
在材料的力学性能分析方面，本书涵盖了各种不同材料的力学性能分析方法，如金属材料、非金属材料、复合材料等，读者可以根据自己的研究对象选择相应的章节进行学习。
此外，本书还介绍了材料的疲劳性能和断裂行为，这对于材料的工程应用具有重要的指导意义。
在材料力学的应用方面，本书对材料的强度设计和失效分析进行了深入讲解，通过实例分析和案例研究，读者可以更好地理解材料力学在工程实践中的应用。
此外，本书还介绍了材料的塑性变形和强化方法，这对于提高材料的力学性能具有重要的理论指导作用。
总的来说，本书《材料力学第五版》全面系统地介绍了材料力学的基本理论和方法，内容丰富、深入浅出，适合材料科学与工程专业的学生和研究人员阅读。
通过学习本书，读者可以全面掌握材料力学的基本知识，为今后的学习和工作打下坚实的基础。
同时，本书还可以作为材料力学相关专业课程的教材，具有一定的教学参考价值。
在学习材料力学的过程中，我们要注重理论与实践相结合，不断提高自己的动手能力和实际应用能力。
只有通过不断地实践和探索，我们才能更好地理解材料力学的理论知识，并将其运用到实际工程中去。
希望本书能够对广大读者有所帮助，也希望大家能够在学习和工作中不断进步，为材料科学与工程事业做出更大的贡献。
801材料力学参考书目和考试范围(2017)
801材料力学（2017）
参考书目：《材料力学》（I、II）刘鸿文主编，第五版，高等教育出版社2011,1 考试范围：
✧杆件变形的基本形式；
✧拉伸、压缩与剪切的强度条件及变形计算；
✧圆轴扭转的应力、强度、变形的计算；
✧受弯杆件剪力和弯矩的计算方法，掌握绘制剪力图和弯矩图的方法；
✧地求弯曲正应力和弯曲强度的计算，弯曲切应力的求解方法；
✧用积分法和叠加法求解弯曲变形问题，静不定梁的概念及求法；
✧二向应力状态的解析法和图解法，四种强度理论；
✧组合变形的分析方法，求解弯曲与拉伸或压缩的强度计算和扭转与弯曲的强
度计算；
✧压杆稳定的概念，正确求解压杆的稳定问题；
✧掌握动静法的方法，正确求解冲击时的应力和变形。
刘鸿文版材料力学(第五版全套356页)
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材料力学1第五版刘鸿文主编 高等教育出版社共28页文档
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
材料力学1第五版刘鸿文主编 高等教育出 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。 版社
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
材料力学
Fn 0
dA ( xydAcos ) sin ( xdA cos )cos
( yxdA sin ) cos ( ydA sin ) sin 0
Ft 0
dA ( xydAcos ) cos ( xdA cos )sin
1 2 3
应力状态的分类
1.空间应力状态 :三个主应力1 ,2 ,3 均不等于零 2.平面应力状态: 三个主应力1 ,2 ,3 中有两个不等于零
3.单向应力状态: 三个主应力 1 ,2 ,3 中只有一个不等于零
2 1 3 2
3
1 1
2 1
1
2
对于球形容器受力具有对称性分布特点，所以
包含直径的任意截面上都无切应力，正应力都
应为
。省略半径方向的应力，则有
3 0
1 2
二向应力状态
例 3 (书例7.1) 已知：蒸汽锅炉， t=10mm, D=1m, p=3MPa 。 求：三个主应力。
解：
前面已得到
pD pD 150 MPa 75 MPa, 2t 4t 1 150 MPa, 2 75 MPa, 3 0
解：（1） 斜面上的应力 x y x y cos 2 xy sin 2
（2）主应力、主平面
y
xy
x y x y 2 2 max ( ) xy 2 2
68.3MPa
x x y ( x y ) 2 2 min xy 2 2
48.3MPa
1 68.3MPa, 2 0, 3 48.3MPa
材料力学第五版(刘鸿文主编)课后答案解析
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《材料力学》考试大纲和参考书目
《材料力学》考试大纲和参考书目参考教材:刘鸿文主编.《简明材料力学》（第2版）.高等教育出版社，2008参考用书:刘鸿文主编《材料力学》（上下共两册，第5版）.高等教育出版社，2011课程内容要求说明：无标记章节一般了解、不考，打*号标记章节要求掌握，打**号标记章节要求重点掌握1.绪论:材料力学的任务；变形固体的基本假设；外力及其分类；内力、截面法和应力的概念；变形与应变；杆件变形的基本形式；2.轴向拉伸、压缩与剪切：轴向拉伸与压缩的概念与实例；**轴向拉伸与压缩时横截面上的内力和应力；*轴向拉伸与压缩时斜截面上的应力；*材料在拉伸时的力学性能；*材料在压缩时的力学性能；温度和时间对材料力学性能的影响；**失效、安全系数和强度计算；**轴向拉伸或压缩时的变形；*轴向拉伸或压缩的变形能；*拉伸、压缩静不定问题；*温度应力和装配应力；应力集中的概念；**剪切和挤压的实用计算；3.扭转：扭转的概念和实例；*纯剪切；**圆轴扭转时的应力及强度计算；**圆轴扭转时的变形；圆柱形密圈螺旋弹簧的应力和变形；非圆截面杆扭转的概念；薄壁杆件的自由扭转；4.弯曲内力：弯曲的概念和实例；受弯杆件的简化；**剪力和弯矩；**剪力方程与弯矩方程剪力图和弯矩图；**载荷集度、剪力和弯矩间的关系；*平面曲杆的弯曲内力；5.弯曲应力：纯弯曲；**纯弯曲时的正应力；**横力弯曲时的正应力；*弯曲剪应力；**强度条件的应用；关于弯曲理论的基本假设；*提高弯曲强度的措施；6.弯曲变形：工程中的弯曲变形问题；*挠曲线的微分方程；*用积分法求弯曲变形；*用叠加法求弯曲变形；*简单静不定梁；*提高弯曲刚度的一些措施；7.应力状态理论及强度理论：*应力状态的概述；二向和三向应力状态的实例；**二向应力状态分析--解析法；**二向应力状态分析--图解法；*三向应力状态；位移与应变分量；平面应变状态分析；*广义胡克定律；复杂应力状态的变形比能；*强度理论的概述；**四种常用强度理论；莫尔强度理论；构件含裂纹时的断裂准则；8.组合变形：组合变形和叠加原理；**拉伸或压缩与弯曲的组合变形强度计算；*偏心压缩和截面核心；**扭转与弯曲的组合变形强度计算；*组合变形的普遍情况；9.能量法：概述；*杆件的变形能计算；*变形能的普遍表达式；*互等定理；**卡氏定理；**莫尔定理；静不定结构：*静不定结构概述；**用能量法解一度静不定结构；10.动载荷：概述；*动静法的应用；强迫振动的应用；*杆件受冲击时的应力和变形；冲击韧度；11.交变应力：*交变应力与疲劳失效；*交变应力的循环特性、应力幅度和平均应力；*持久极限；*影响构件持久极限的因素；对称循环下构件的疲劳强度计算；持久极限曲线；不对称循环下构件的疲劳强度计算；弯扭组合交变应力的强度计算；变幅交变应力；提高构件疲劳强度的措施；12.压杆稳定：*压杆稳定的概念；**两端铰支细长压杆的临界压力；**其它支座条件下细长压杆的临界压力；**欧拉公式的适用范围经验公式；**压杆的稳定校核；*提高压杆稳定性的措施；纵横弯曲的概念；13.平面图形的几何性质：静矩和形心；*惯性矩和惯性半径；惯性积；*平行移轴公式；转轴公式主惯性轴；。
刘鸿文版材料力学(第五版全套356页)
§1.2 变形固体的基本假设
3、各向同性假设： 认为在物体内各个不同方向的力学性能相同
（沿不同方向力学性能不同的材料称为各向异性材料。如 木材、胶合板、纤维增强材料等）
普通钢材的显微组织 优质钢材的显微组织
精品课件
§1.3 外力及其分类
外力：来自构件外部的力（载荷、约束反力）
按外力作用的方式分类
g lim(LMN)
2 MN0
M L0
类似地，可以定义 y , z ,g 均为无量纲的量。
精品课件
目录
§1.5 变形与应变
例 1.2
c
已知：薄板的两条边
若：构件横截面尺寸不足或形状
不合理,或材料选用不当
___ 不满足上述要求,
不能保证安全工作.
若：不恰当地加大横截面尺寸或
选用优质材料
___ 增加成本,造成浪费
}均 不 可 取
研究构件的强度、刚度和稳定性,还需要了解材料的
力学性能。因此在进行理论分析的基础上，实验研究是 完成材料力学的任务所必需的途径和手段。
受力如图：
列平衡方程:
M
Y 0 FN P
Mo(F)0
FN
Pa M0
MPa
精品课件
目录
§1.4 内力、截面法和应力的概念
为了表示内力在一点处的强度，引入内力集度,即
应力的概念。 F A F 4 C F3
pm
F A
—— 平均应力
p lim F A0 A
—— C点的应力
应力是矢量，通常分解为 pF4 C F3
精品课件
§1.1 材料力学的任务
四、材料力学的研究对象
构件的分类：杆件、板壳*、块体*
材料力学第五版(刘鸿文主编)课后习题答案课件
材料力学的基本单位
总结词
材料力学的基本单位包括长度单位、质量单 位、时间单位和力的单位。这些单位是国际 单位制中的基本单位，用于描述和度量材料 力学中的各种物理量。
详细描述
在材料力学中，需要用到各种物理量来描述 和度量材料的机械行为。因此，选择合适的 单位非常重要。长度单位通常采用米（m） ，质量单位采用千克（kg），时间单位采 用秒（s），力的单位采用牛顿（N）。这 些单位是国际单位制中的基本单位，具有通 用性和互换性，可以方便地用于描述和度量 材料力学中的各种物理量，如应变、应力、 弹性模量等。同时，这些单位的选择也符合 国际惯例，有利于学术交流和技术合作。
材料力学第五版(刘鸿文 主编)课后习题答案课件
• 材料力学基础概念 • 材料力学基本公式 • 课后习题答案解析 • 材料力学实际应用 • 材料力学的未来发展
01
材料力学基础概念
材料力学定义与性质
总结词
材料力学是研究材料在各种外力作用下 产生的应变、应力、强度、刚度和稳定 性等机械行为的科学。其性质包括材料 的弹性、塑性、脆性等，以及材料的强 度、刚度、稳定性等机械性能。
02
材料力学基本公式
拉伸与压缩
•·
应变公式： $epsilon = frac{Delta L}{L}$，其中 $epsilon$是应变，$Delta L$是长度变化量，$L$是
原始长度。
描述了材料在拉伸和压缩过程中的应力、应变 关系。
应力公式： $sigma = frac{F}{A}$，其中 $sigma$是应力，$F$是作用在物体上的力， $A$是受力面积。
习题二答案解析
问题2
说明应力分析和应变分析在材料力学中的重要性。
答案
刘鸿文版材料力学(第五版全套356页)
刘鸿文主编(第五版) 高等教育出版社
第一章 绪论
目录
第一章 绪论
§1.1 材料力学的任务 §1.2 变形固体的基本假设 §1.3 外力及其分类 §1.4 内力、截面法及应力的概念 §1.5 变形与应变 §1.6 杆件变形的基本形式
目录
§1.1 材料力学的任务
一、材料力学与工程应用
古代建筑结构
0.8m
B C
Fmax
FRCx C FRCy
d
1.9m
例题2.2 悬臂吊车的斜杆AB为直径 d=20mm的钢杆，载荷W=15kN。当W
A 移到A点时，求斜杆AB横截面上的 应力。
解：当载荷W移到A点时，斜杆AB
受到拉力最大，设其值为Fmax。
讨论横梁平衡 Mc 0
W
Fmax Fmax sin AC W AC 0
解： 用截面m-m将钻床截为两部分，取上半 部分为研究对象，
受力如图：
列平衡方程:
M
Y 0 FN P
Mo(F) 0
FN
Pa M 0
M Pa
目录
§1.4 内力、截面法和应力的概念
为了表示内力在一点处的强度，引入内力集度,
即应力的概念。 F A F4 C F3
pm
F A
—— 平均应力
p lim F A0 A
续性假设，横截面上到处都存在着内
力。于是得静力关系：
FN dA
A
目录
§2.2 轴向拉伸或压缩时横截面上的内力和应力
观察变形：
ac
F
a
c
b
d
bd
横向线ab、cd 仍为直线，且
仍垂直于杆轴
线，只是分别
材料力学1_第五版_刘鸿文主编
ΔFN dFN s lim ΔA 0 ΔA dA
p
t
M
s
位于截面内的应力称为“切应力”(The stress acting tangent to section is called the Shear Stress)
ΔT dT t lim ΔA 0 ΔA dA
四 、变形和位移（deformation and displacement)
2
沿截面切线方向的切应力 t
F
k
k pα
x
t p sin
s
2
sin2
s
pα
t
k
2.符号的规定(Sign convention) （1）α角 自 x 转向 n 逆时针时 为正号 顺时针时 为负号
F
F
k n
拉伸为正 （2）正应力 压缩为负
F
k
k pα
x
（3）切应力 对研究对象任一点取矩 顺时针为正
§2-3 应力及强度条件 (Stress and strength condition)
一、横截面上的正应力(Normal stress on cross section)
a
c
F b
d
F
1.变形现象(Deformation phenomenon)
a
F
a b
c
d
c
F
b
d
（1） 横向线ab和cd仍为直线,且仍然垂直于轴线; （2） ab和cd分别平行移至a'b'和c'd' , 且伸长量相等. 结论：各纤维的伸长相同,所以它们所受的力也相同.
① 截开 在所求内力的截面处，假想 地用截面将杆件一分为二.
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机 电 学 院
2、受力特点(Character of external force) 以铆钉为例
构件受两组大小相等、方向相
反、作用线相互很近的平行力系 作用.
（合力） F
nห้องสมุดไป่ตู้
n
F （合力）
3、变形特点(Character of deformation)
构件沿两组平行力系的交界面发生相 对错动.
机械电子工程 材料力学
，键的许用切应力为[]= 60MPa ，许用挤压应力为[bs]=
100MPa.试校核键的强度.
h l
Me F Me
d h
b
解：(1) 键的受力分析如图
F d 2 Me
F 2Me d 2 2 10 70 10
3 3
57kN
机械电子工程 材料力学
山 东 农 业 大 学
机械电子工程 材料力学
F A
F
d 4
2
d=34mm
山 东 农 业 大 学
F
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F
冲头
d 钢板
F
冲模
剪切面
解 (2)由钢板的剪切破坏条件
机械电子工程 材料力学
Fs A
F
d
u
δ=10.4mm
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例题15 一铆钉接头用四个铆钉连接两块钢板. 钢板与铆钉材 料相同. 铆钉直径 d =16mm，钢板的尺寸为 b =100mm， t =10mm，F = 90kN，铆钉的许用应力是 [] =120MPa， [bS] =120MPa，钢板的许用拉应力 []=160MPa. 试校核铆钉 t 接头的强度.
机械电子工程 材料力学
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机械电子工程 材料力学
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第三章
剪切与挤压
一、基本概念和实例 (Basic concepts and examples)
1、工程实例(Engineering examples)
螺栓(bolt) (1) 螺栓连接( Bolted connections) F (2) 铆钉连接(Riveted connections)
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3、强度条件（Strength condition)
FQ A
F
m
m
[] 为材料的许用切应力 (Allowable shearing stress of a material)
[ ]
F
剪切面
u
n
m m
u - 剪切极限应力 (ultimate shearing stress)
(2) 校核铆钉的挤压强度
机 电 学 院 挤压面
F/4 每个铆钉受挤压力为F/4 F F 4 bs 141MPa bs Abs td
F/4
(3)校核钢板的拉伸强度
剪切面 F/4 F/4 F/4
F
F/4
F
3F/4 F/4 机械电子工程 材料力学
+
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2
[bS]= 200MPa . 试校核销钉的强度.
机械电子工程 材料力学
t t1
F
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解: (1)销钉受力如图b所示
F
剪切面
F
d
d
B
F 2
F 2
A t1 t t1
挤压面 机械电子工程 材料力学
F
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机 电 学 院 剪切面
(2)校核剪切强度 由截面法得两个面上的剪力
n - 安全系数 (factor of safety)
机械电子工程 材料力学
F
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三、挤压的应力分析 (Analysis of bearing stress)
螺栓与钢板相互接触 的侧面上，发生的彼 此间的局部承压现象， 称为挤压(bearing). 在接触面上的压力， 称为挤压力(bearing force)， 并记为 F .
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4、连接处破坏三种形式:
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（合力） (Three types of failure in connections) F (1)剪切破坏 n 沿铆钉的剪切面剪断，如 沿n– n面剪断 . (2)挤压破坏 铆钉与钢板在相互接触面 上因挤压而使溃压连接松动， n
剪切面
n
2 剪切面积为 FS F
F
d
A
d
4
2
FS
51MPa
F 2
F 2
A (3)挤压强度校核
t 2t1
挤压面
F
这两部分的挤压力相等，故应取长度 为t的中间段进行挤压强度校核. F F bs 150MPa bs Abs td
FS
FS
机械电子工程 材料力学
F
m
F
m
x
0
FQ F 0
F
剪切面
FQ F
FQ - 剪力(shearing force) FQ
2、切应力（ Shearing stress）
FQ A
m
m
F
式中， FQ - 剪力(shearing force) A-剪切面的面积 (area in shear)
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四、强度条件的应用(Application of strength conditions)
1、校核强度 (Check the intensity)
bs bs
2、设计截面 (Determine the allowable dimension) F FS Abs A bs 3、求许可载荷 (Determine the allowable load)
F
F
F
F
剪切面
挤压面
1、挤压力(Bearing force) F = FQ
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2、挤压破坏的两种形式 (Two types of bearing failure) （1）螺栓压扁 （2）钢板在孔缘压成椭圆 3、挤压应力（Bearing stress) F F
综上，键满足强度要求.
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例题13 一销钉连接如图所示，
F
已知外力 F=18kN,被连接的构件
A 和 B 的厚度分别为 t=8mm 和
t1=5mm ,销钉直径 d=15mm ,
销钉材料的许用切应力为 d
B
A t1
[] = 60MPa ,许用挤压应力为
F bs Abs
FS A
机械电子工程 材料力学
4、破坏条件(failure condition) u
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例题12 齿轮与轴由平键连接,已知轴的直径d=70mm， 键的尺
寸为b×h×L=20 ×12 ×100mm，传递的扭转力偶矩Me=2kN.m
Abs FbS -挤压力 (bearing force)
bs
F
AbS -挤压面的面积（area in bearing) 4、强度条件(Strength condition)
机械电子工程 材料力学
Abs [bS]-许用挤压应力(allowable bearing stress).
bs
F
铆钉(rivet) F
F
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(3) 键块联接(Keyed connection) 齿轮(gear) m
键(key)
(4) 销轴联接(Pinned connection) F
轴(shaft)
d
B A t1 t
t1
F
机械电子工程 材料力学
山 东 农 业 大 学
F （合力）
FS
发生破坏.
(3)拉伸破坏
(shearing plane) n F
钢板在受铆钉孔削弱的截面处，应力增大，易在连接处拉断.
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机 电 学 院
二、剪切的应力分析 （Analysis of shearing stress)
1、内力计算(Calculation of internal force )
(2)校核剪切强度
FS F
机 电 学 院
Me
h l
F
b
A
3 6
d
FS A
F bl
57 10
20 100 10
28.6MPa
(3)校核挤压强度
bs
F Abs
F lh 2
57 10
3 6
100 6 10
95.3MPa bs
F
bs
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挤压面的面积计算
机 电 学 院 实际接 触面 h
当接触面为圆柱面时, 挤压面积 AbS为实际接触面在直径平面
上的投影面积
Abs d h
d
挤压现象的实际受力如图 所示. 当接触面为平面时, AbS 为实际接触面面积.
直 径 投 影 面
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