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目录2

编辑说明2

常用符号表2

第1章　机械结构的力学模型2

1 机械结构力学模型的建立2

2 机械结构力学模型举例4

2.1 水轮机主轴法兰应力分析4

2.2　大型汽轮机转子应力分析5

2.4　含裂纹构件的力学分析6

2.3　钢丝缠绕式压力机架应力分析6

3　建立力学模型常用的几个原理和概念7

3.1　叠加原理7

3.2　局部静力等效力系与局部作用原理7

3.3　关于唯一性原理的说明8

3.4　对称与反对称性的利用8

第2章　弹塑性分析公式9

1 应力9

1.1　一点的应力状态9

1.2　应力偏量10

1.3　有关应力参量表10

2.1　小变形应变11

2 应变11

2.2　应变协调方程12

2.3　应变偏量12

2.4　小变形应变参量表13

2.5　有限变形13

3 应力应变关系13

3.1　各向同性线弹性材料的应力应变关系13

3.2　弹性应力应变关系的能量概念15

3.3　塑性条件和屈服面15

3.4　塑性应力应变关系16

4.2　其它常用座标系内的平衡方程和几何方程17

4 弹性理论的基本方程和边界条件（空间问题）17

4.1　弹性理论的基本方程17

4.3　边界条件18

4.4　按应力求解问题——力法19

4.5　按位移求解问题——位移法19

5　平面问题的基本方程和边界条件19

5.1　平面应力问题19

5.2　平面应变问题20

5.3　平面问题的基本方程20

5.4　边界条件20

6　二维、三维问题常用应力应变公式21

5.5　平面问题基本方程及应力函数的极座标表达式21

7 等直杆扭转应力应变公式25

8 弹塑性理论基本方程和边界条件的矩阵表达26

8.1　符号说明26

8.2　矢量、弹性矩阵、运算矩阵26

8.3　弹性理论基本方程的矩阵表达27

8.4　塑性应力应变关系的矩阵表达28

8.5　边界条件29

第3章　弹性薄板、薄壳、薄壁杆件计算公式29

1 薄板29

1.1　平板弯曲的基本方程30

1.2　圆板的弯曲计算公式31

1.3　矩形板的弯曲计算公式40

1.4　杂形板的弯曲计算公式44

1.5　板件计算举例45

2 薄壳46

2.1　薄壳的薄膜力计算公式47

2.2　圆柱壳的计算49

2.3　旋转壳弯曲的基本方程55

2.4　组合壳状结构的计算公式57

3.1　薄壁杆件自由扭转58

3 薄壁杆件58

3.2　薄壁杆件约束扭转59

第4章　能量方法66

1 能量法中常见的力学概念66

1.1　广义位移　广义力 自由度66

1.2　功　余功66

1.3　应变能　应变余能67

1.4　功与能的关系　保守系统67

2.1　虚位移原理68

2　虚位移原理68

1.6　平衡许可力　虚力　虚余功68

1.5　几何许可位移　虚位移　虚功68

2.2　最小总势能原理69

2.3　卡氏第一定理70

2.4　单位位移法70

2.5　虚位移原理和最小总势能原理的矩阵表达式70

3　虚力原理70

3.1　虚力原理70

3.2　最小总余能原理70

3.3　卡氏第二定理71

3.4　单位载荷法71

5.3　反力互等定理72

5.2　位移互等定理72

4　虚位移原理和虚力原理对应表72

5 互等定理72

5.1　功的互等定理72

5.4　反力与位移互等定理73

6 等效关系 静力几何逆步关系73

6.1 刚体的静力等效和功等效一致73

6.2　变形体的功等效力73

6.3　静力几何逆步关系73

1　静定、超静定构架及其几何稳定性74

1.1　静定和超静定构架74

第5章　机械构架分析方法74

1.2　构架的几何稳定性75

2　构架分析的力法76

2.1 力法的基本原理和基本方程76

2.2　起重机吊环的内力计算76

2.3　输汽管道的内力计算77

2.4　力法基本方程的矩阵表达式78

3　构架分析的位移法78

3.1　位移法的基本原理和基本方程78

3.2　简例81

4　构架矩阵分析——直接刚度法82

3.3　位移法基本方程的矩阵表达式82

5　杆元刚度矩阵83

5.1　杆元刚度矩阵的建立83

5.2　杆元的刚度矩阵83

6 载荷移置86

6.1　等效节点载荷的计算公式86

6.2　常用等效节点载荷（表19.5-6、19.5-7）86

7　座标变换87

7.1　座标变换矩阵87

7.4　举例——自由等直杆元刚度矩阵的座标变换88

7.3　载荷的座标变换式88

7.2　杆元刚度矩阵的座标变换式88

8　构架总刚度矩阵89

8.1　总刚度矩阵的形成89

8.2　总刚度矩阵的性质89

9　边界（约束）条件的处理90

10 内力的确定90

11 算例——锅炉炉侧构架内力计算90

1.3　单元刚度矩阵94

1.1　单元形态　形函数［N］94

1.2　单元应变和应力表达式94

第6章　有限元法94

1　位移法基本原理94

1.4　单元节点外力——等效节点载荷95

1.5　总刚度矩阵95

1.6　节点平衡方程95

1.7　边界条件的应用和应力计算96

2　平面问题计算实例96

2.2　应力、应变表达式97

2.3　单元刚度矩阵97

2.1 常应变三角形元的形函数97

2.4　输入信息98

2.5　总刚度矩阵的形成99

2.6　节点外力列阵101

2.7　位移边界条件101

2.8　计算结果101

2.9　平面有限元分析的公式（表19.6-3）101

2.10　平面问题工程实例计算101

3　轴对称问题104

3.1　基本公式104

4.1　接触区已知的光滑接触105

4 接触问题105

3.2　轴对称问题计算实例105

4.2　一般性接触问题107

5 形函数简要说明107

5.1　拉氏多项式的形函数107

5.2　几种较简单元的形函数（表19.6-5）108

6 几种较复杂的元109

6.1　平板元109

6.2　等参元110

6.3　三维元110

7.1　凝缩111

7.2　子结构技术111

7 几个专门问题简介111

6.4　壳元111

7.3　局部座标变换处理112

8 有关计算特点的说明112

第7章　结构稳定性分析及临界载荷表112

1 结构平衡稳定性 中性平衡临界载荷113

2　结构平衡稳定性分析114

3 结构稳定平衡和失稳特点114

3.1　平衡路径　平衡分枝点114

3.3　丧失结构承载能力——失稳形态之二115

3.4　跳跃——失稳形态之三115

3.2　丧失原来平衡形式——失稳形态之一115

3.5　结构不完善性的影响116

4　结构临界载荷表117

第8章　机械结构的断裂力学分析117

1 线弹性断裂力学125

1.1　裂纹对构件强度的影响125

1.2　裂纹尖端变形的三种基本类型125

1.3　应力强度因子125

1.5　裂纹尖端的塑性区尺寸和KI的塑性修正126

1.4　断裂判据和断裂韧性126

1.6　应变能释放率（亦称推动裂纹扩展力）G的概念127

1.7　应力强度因子和应变能释放率的关系127

1.8　复合型断裂判据128

2　弹塑性断裂力学128

2.1 裂纹尖端张开位移（COD）的概念和判据128

2.2 J积分129

3　压力容器的断裂力学分析130

3.1　压力容器的脆断分析130

3.2　含裂纹压力容器的鼓胀效应130

3.4　全面屈服条件下的δ判据131

3.3　用δ判据估算含裂纹压力容器的开裂压力131

4　轴类零件的断裂力学分析132

4.1　断裂判据的选择132

4.2　轴的应力计算132

4.3　缺陷及其模型132

4.4　K1表达式的选取133

4.5　 KIC的选取133

4.6　安全系数133

4.7　应用举例133

5 应力强度因子K的表达式134

1.1　基本假定138

1.2　符号说明138

第9章　接触应力138

1 弹性接触应力和变形138

1.3　计算公式与实例139

2　接触表面下的最大切应力143

2.1　最大切应力τ1143

2.2　平行于接触表面的最大切应力τ0143

3 刚性压头接触问题143

4 应用举例143

第10章　应力集中系数146

1 应力集中系数的概念和计算146

2 带沟槽的机械零件的应力集中系数图表147

3 带台肩圆角的机械零件的应力集中系数图表149

4 开孔的机械零件的应力集中系数图表150

5 常用几种机械零件的应力集中系数153

6 应用举例155

7 降低应力集中系数156

第11章　结构疲劳强度157

1 疲劳计算157

1.1　无限寿命设计157

1.2　安全寿命设计159

1.3　低周疲劳（低循环疲劳）163

2.1　机件疲劳试验164

2　疲劳试验164

2.2　模拟疲劳试验165

2.3　整机（或结构）疲劳试验166

3 断裂力学在疲劳设计中的应用166

3.1　疲劳裂纹扩展速率da/dN166

3.2　疲劳裂纹扩展寿命的估算168

3.3　损伤容限设计169

第12章　模型试验172

1　模型相似条件172

1.1　相似理论172

1.2　用量纲分析确定相似判据173

1.3　根据物理方程确定相似判据174

1.4　静弹性结构模型试验的相似条件174

1.5　变态相似问题175

2　模型材料和模型制造175

2.1　模型材料的性能要求176

2.2　常用几种非金属模型材料的主要性能176

2.3　模型制造176

3　模型加载176

3.1　模型加载原则176

4.1　重型液压机活动横梁模型试验177

4　模型测试与模型试验177

3.2　模型加载大小的确定177

4.2　万匹马力船用柴油机A字架的模型分析178

4.3　铣床床身动刚度模型试验179

第13章 电阻应变片测量技术180

1 电阻应变片180

1.1 电阻应变片的种类、结构和特点180

1.2 电阻应变片的工作特性180

1.3 各类应变片的选用182

2　测量电路和仪器182

2.1　测量电路182

2.2　电阻应变仪183

3　应变测量技术185

3.1　静态应变测量185

2.3　记录器185

3.2　动态应变测量189

3.3　高、低温度下的应变测量191

3.4　高压液下应变测量193

3.5　旋转件的应变测量194

3.6　应变的无线电遥测196

4 电阻应变片式传感器197

1.1　等差线和等倾线201

第14章　光弹性法201

1 光弹性原理和平面光弹性的应用201

1.2　光弹性仪202

1.3　条纹级数的测定203

1.4　应力分离方法204

1.5　应用举例205

2　光弹性材料和模型206

2.1　光弹性材料性能206

2.2　环氧树脂光弹性材料及其配方207

2.3　光弹性模型的设计和制造207

3.1　冻结切片法208

3 三维光弹性问题208

3.2　表面应力测量209

3.3　三维切应力差法209

3.4　应用举例210

4　其它光弹性试验方法210

4.1　全息干涉法211

4.2　散射光法212

4.3　贴片法213

4.4　热光弹性法214

4.5　动光弹性法214

1.2　二次应力215

1.3　峰值应力215

第15章　典型构件强度计算——压力容器1　压力容器应力分类215

1.1 一次应力215

2 薄壁容器216

2.1　筒壳、球壳的静应力216

2.2　筒壳、球壳的温度应力216

2.3　筒壳、球壳的外压稳定217

2.4　封头218

2.5　封头边缘应力218

2.6　开孔及其补强219

3.2　筒体、球体的温度应力221

3 厚壁容器221

3.1　筒体、球体的静应力221

3.3　屈服压力和爆破压力223

3.4　组合容器224

第16章　典型构件强度分析——旋转圆盘224

1　等厚度旋转圆盘226

1.1　等厚度旋转圆盘的离心应力226

1.2　等厚度旋转圆盘的温度应力227

2　双曲线旋转圆盘229

2.1 双曲线旋转圆盘的离心应力229

3　等强度旋转圆盘230

2.2　双曲线旋转圆盘的温度应力230

4　任意型线的旋转圆盘231

5　旋转圆盘的自增强231

6　旋转圆盘的空间轴对称问题（有限元法）232

7　圆盘飞裂试验233

8 旋转圆盘的静强度校核234

第17章　典型构件强度分析——曲轴、连杆234

1 曲轴234

1.1 曲轴结构及其破坏型式234

1.2　曲轴应力集中系数（或称形状系数）的计算235

1.3 曲轴的受力分析和内力计算237

1.4　曲轴的强度校核240

2　连杆241

2.1　连杆强度计算241

2.2　连杆的疲劳破坏及疲劳强度校核247

第18章　安全系数和许用应力249

1　机件的失效249

1.1　静应力下机件的失效249

1.2　变应力下机件的失效249

2.1 室温静应力下机件的安全系数250

2.2　极限设计中的安全系数250

2 室温静应力下的安全系数和强度判据250

2.3　考虑缺陷影响的安全系数251

2.4　承受动载荷机件的安全系数252

3 高温静应力下的安全系数和强度判据252

4 变应力下的安全系数和强度判据253

4.1 承受单向正应力或切应力机件的安全系数253

4.2　同时承受弯应力和扭应力机件的安全系数253

4.3　承受变幅应力机件的安全系数253

4.4　含裂纹机件的安全系数253

5 可靠性设计的安全系数253

6　提高机件的安全度254