Mechanical Engineering Principles（机械工程原理）

引用

Bird, J., & Ross, C. (2020). Mechanical Engineering Principles (4th ed.). Routledge.

章节概要

第4版共388页，分为四部分28章。各章篇幅很短，大多在6到20页之间。每隔几章安排一次复习测验，书末附有公式表、公制与英制换算、希腊字母表、术语表以及选择题答案。据Routledge统计，全书有400道完整解答的例题、700道附答案的习题和300道选择题。

第1–2章：数学复习；进一步的数学复习

第一部分"数学复习"用两章复习全书要用到的数学，每章之后各有一次复习测验。目的是让数学生疏的读者在进入力学之前先补上。

第3–6章：力对材料的作用；拉伸试验；作用于一点的力；简支梁

第二部分"静力学与材料力学"从力对材料的作用、如何用拉伸试验表征材料、作用于一点的力的分解以及简支梁的支座反力开始。

第7–9章：结构中的力；弯矩图与剪力图；面积的一次矩与二次矩

分析结构中的力，然后讨论梁内部的剪力和弯矩，以及弯曲计算所需的截面特性。

第10–12章：梁的弯曲；扭矩；轴的扭转

受弯梁的应力，以及扭矩和轴的扭转，这是初等材料力学中两种典型的载荷情形。

第13–14章：矩阵代数导论；矩阵位移法

本版新增的两章。Routledge称，矩阵位移法一章还介绍了可在智能手机、平板电脑或笔记本电脑上运行的软件。矩阵位移法一章约20页，是第二部分中最长的章节之一。

第15–18章：直线运动与角运动；动量与冲量；力、质量与加速度；功、能与功率

第三部分"动力学"从初等动力学的核心内容开始：直线运动和角运动的运动学、动量与冲量、牛顿第二定律，以及功、能与功率。

第19–22章：摩擦；圆周运动；简谐运动；简单机械

动力学的其他主题：摩擦、圆周运动、简谐运动和简单机械。

第23–24章：热能与传热；热膨胀

第四部分"传热与流体力学"首先简要介绍作为能量的热、热的传递以及材料随温度的膨胀。

第25–28章：流体静力学；流体流动；理想气体定律；温度测量

全书以静止和流动的流体、理想气体定律以及温度测量方法收尾。

核心概念

第一部分（第1–2章）

• 数学复习：本书用到的代数等方法，在开头先行复习，使后面的力学章节可以直接使用。

第二部分（第3–14章）

• 拉伸试验：表征材料受拉行为的标准试验。
• 作用于一点的力：对通过同一点的力进行合成与分解。
• 弯矩图与剪力图：表示梁上各处内力的图。
• 面积的一次矩与二次矩：梁计算中使用的截面特性。
• 矩阵位移法：一种基于矩阵的结构分析方法，连同所需的矩阵代数背景一起介绍。

第三部分（第15–22章）

• 动量与冲量：物体的动量，以及力在一段时间内作用所产生的动量变化。
• 功、能与功率：以能量来描述运动。
• 简谐运动：最基本的振动形式，在初等层次上介绍。
• 简单机械：改变力的大小或方向的基本装置，是动力学部分的最后一个主题。

第四部分（第23–28章）

• 流体静力学：静止流体中的压强和力。
• 理想气体定律：气体压强、体积与温度之间的关系。

评析

优点

• 练习量非常大。 Routledge给出的数字（400道例题、700道附答案习题、300道选择题）对于一本不到400页的书来说相当多。每隔两到四章一次的复习测验提供了自然的检查点。
• 入门平缓。 以两章数学复习开篇并保持章节短小，使数学基础尚不扎实的学生也能使用，包括经由继续教育途径进入工程领域的学生。Routledge称本版符合最新的BTEC National课程规范，也可用于多个工程专业的本科课程。
• 一书涵盖多门内容。 静力学、材料力学、动力学、传热和流体力学集于一册，适合对这些内容都只作简要介绍的预科课程和一年级课程。
• 配套资源。 配套网站提供习题和复习测验的完整解答、实际演示视频、术语表，以及书中提到的工程师的介绍。

局限

• 有意为之的浅显处理。 388页分为28章，每个主题只占一个短章；例如讲梁的弯曲的第10章只有约6页。修读完整大学静力学或材料力学课程的学生需要更充实的教材。
• 部分主题相对独立。 第四部分的传热、流体、气体定律和温度测量超出了静力学和动力学的范围；新增的两个矩阵章节介绍的是面向计算机的结构分析方法，许多初级静力学课程并不涉及。课程可以跳过或推后。
• 职业教育定位。 与BTEC National规范的对应，以及Bird在继续教育领域的教学背景，决定了本书的层次。大学生应预期入门级的节奏，把本书当作起点，而不是完整的课程教材。

在课程中的定位

在这门静力学与动力学课程中，Bird和Ross是最基础、覆盖面也最广的教材。Hibbeler的 Engineering Mechanics: Statics 和Meriam与Kraige的 Engineering Mechanics: Dynamics 是完整的大学教材，配有大量习题，Meriam与Kraige还采用系统的矢量方法；Bird和Ross可以在它们之前用来建立信心，也可以与它们并用，作为简短讲解和额外练习的来源。免费的OpenStax University Physics Volume 1 则讲授同样这些力学主题背后基于微积分的物理学。

Rao的 Mechanical Vibrations 和Williams的 Fundamentals of Applied Dynamics 要到很后面才读：Bird和Ross关于简谐运动的一章只是初步领略Rao全面展开的内容，而Williams的功能方法、动量方法和拉格朗日方法都以扎实的第一门动力学课程为前提。

如何使用本书

本书面向在继续教育阶段或大学一年级开始学习工程的学生，Routledge也把它列为机械、土木、结构、航空、海洋工程和船舶工程本科课程的用书。读者需要具备中学数学，书中用到的部分可在开头几章复习。

实用的学习计划：

• 从数学开始： 先做第一部分的复习测验。如果做得顺利就继续往下；否则认真学习第1–2章。
• 静力学与材料： 按顺序学习第3–12章，这是静力学或入门材料力学课程的核心。第13–14章可以留到需要矩阵法时再学，或作为计算机结构分析的入门。
• 动力学： 按顺序学习第15–22章。第21章是振动课程之前很有用的预习。
• 选学： 如果课程不涉及热和流体，第四部分可以不学。

以例题为范例，然后做习题并核对答案；在进入下一组章节之前，把每次复习测验当作限时自测。遇到考核深度超过本书的主题时，转去阅读完整的静力学或动力学教材中的相应章节。