Mechanics of Materials（材料力学）

引用

Hibbeler, R. C. (2023). Mechanics of Materials (11th ed.). Pearson.

章节概要

第十一版共14章，后面的附录有面积的几何性质、结构型材的几何性质、梁的转角与挠度，以及基本题的部分解答和部分习题答案。目录中用星号标出含有较深入内容的小节。Pearson 称本书讲解方法直观、步骤清楚，特点是分步的分析步骤，以及来自多个工程领域的实际应用。

第1—2章：Stress（应力）；Strain（应变）

第1章引入变形体的平衡和应力的概念，然后讲轴向受力杆中的平均正应力和平均剪应力。最后两节提出两种设计思路：许用应力设计和极限状态设计。第2章很短，只有变形和应变两节。

第3章：Mechanical Properties of Materials（材料的力学性能）

拉伸与压缩试验、应力—应变图、延性与脆性材料的行为、应变能、泊松比和剪切应力—应变图。蠕变与疲劳引起的材料失效是带星号的小节。

第4章：Axial Load（轴向载荷）

圣维南原理、轴向受力构件的弹性变形、叠加原理、超静定轴向受力构件与力法分析、热应力和应力集中。非弹性轴向变形和残余应力带星号。

第5章：Torsion（扭转）

扭转公式、功率传递、扭转角和超静定的受扭构件，以及应力集中。实心非圆截面轴、闭口薄壁管、非弹性扭转和残余应力带星号。

第6章：Bending（弯曲）

剪力图和弯矩图（包括作图的图解法），然后是直构件的弯曲变形、弯曲公式和非对称弯曲。组合梁、钢筋混凝土梁、曲梁和非弹性弯曲带星号，应力集中则不带星号。

第7—8章：Transverse Shear（横向剪切）；Combined Loadings（组合载荷）

第7章讲直构件中的剪切、剪应力公式以及组合构件和薄壁构件中的剪流，开口薄壁构件的剪切中心为带星号的小节。第8章讲薄壁压力容器和组合载荷引起的应力状态。

第9—10章：Stress Transformation（应力变换）；Strain Transformation（应变变换）

第9章讲平面应力变换、主应力与面内最大剪应力、平面应力莫尔圆和绝对最大剪应力。第10章对平面应变作类似处理，包括应变花和材料性能之间的关系，而应变莫尔圆、绝对最大剪应变和失效理论带星号。

第11章：Design of Beams and Shafts（梁与轴的设计）

梁设计的基础和等截面梁的设计。等强度梁和轴的设计带星号。

第12章：Deflection of Beams and Shafts（梁与轴的挠度）

弹性曲线、用积分求转角和位移，以及叠加法，并应用于超静定梁和轴。不连续函数和力矩面积法（包括超静定情形）带星号。

第13章：Buckling of Columns（柱的屈曲）

临界载荷、两端铰支的理想柱和其他支承条件的柱。正割公式、非弹性屈曲以及中心载荷和偏心载荷下的柱设计带星号。

第14章：Energy Methods（能量法）

外力功与应变能、各种载荷下的弹性应变能、能量守恒和冲击载荷。虚功原理、用于桁架和梁的虚力法以及卡氏定理（桁架和梁）带星号。

核心概念

第1—4章：应力、应变与轴向载荷

• 许用应力设计与极限状态设计：把设计与材料强度联系起来的两种方法，在第1章中都有介绍。
• 圣维南原理：轴向载荷一章的第一个主题。
• 力法分析：第4章引入的求解超静定轴向受力构件的方法。

第5—8章：扭转、弯曲与剪切

• 扭转公式与弯曲公式：第5章和第6章的核心结果。
• 剪流：第7章把剪应力公式推广到组合构件和薄壁构件。
• 组合载荷：第8章分析多个载荷同时作用时的应力状态。

第9—14章：变换、设计、挠度与能量

• 莫尔圆：第9章用于平面应力，第10章用于平面应变。
• 弹性曲线：第12章各种挠度方法的基础。
• 临界载荷：第13章的屈曲概念。
• 虚功与卡氏定理：第14章带星号的能量法。

评析

优点

• 划分细致、循序渐进。 14章把各个主题分开：应力和应变分属不同的章，横向剪切、组合载荷、应力变换和应变变换也是如此。每章又分成带编号的小节。
• 较深入的内容有标记。 蠕变与疲劳、非弹性行为、残余应力、非圆截面扭转、曲梁、失效理论、不连续函数、力矩面积法和虚功都带星号，课程可以自行选择深度。
• 分析步骤。 Pearson 强调 Hibbeler 的分步分析步骤和直观的方法，目的是养成设计课程所期望具备的解题能力。它还提到来自多个工程领域的实际应用。
• 点明了两种设计思路。 第1章以许用应力设计和极限状态设计结束，第11章分别用小节讲梁的设计和轴的设计。

局限

• 星号很多。 第3—14章中很大一部分小节带星号，哪些算核心内容，要由教师或读者自己决定。
• 章节划分很细。 第2章讲应变只有两节，超静定梁分散在第12章的四个小节和多种方法之中，因此相关的概念分处不同位置。
• 范围较窄。 目录中没有关于厚壁圆筒、疲劳设计或断裂的章；蠕变与疲劳只在第3章的一个带星号小节中出现，失效理论则在第10章的一个带星号小节中。
• 版本细节。 Pearson 列出的出版日期为2022年7月7日，版权年份为2023年，所列精装本ISBN被标注为2022年更新。

在课程中的定位

Hibbeler 是这份书单中材料力学两本标准的第一门课程教材之一，另一本是 Beer、Johnston、DeWolf 和 Mazurek 的 Mechanics of Materials。两者涵盖的主题大体相同，从应力和应变到扭转、弯曲、变换、挠度、屈曲和能量法。Hibbeler 把主题分成14章，Beer 和 Johnston 则是11章，任何一本都可以作主教材，另一本用来补充讲解和习题。

下一步，Ugural 和 Fenster 的 Advanced Mechanics of Materials and Applied Elasticity 把初等材料力学扩展到弹性理论、板、壳和接触应力，Sadd 的 Elasticity: Theory, Applications, and Numerics 则是研究生教材。J. E. Gordon 的 The New Science of Strong Materials 和 Blockley 的 Structural Engineering: A Very Short Introduction 是非技术性的书，可以并行阅读以获得直观认识。

如何使用本书

本书适合学过静力学的二年级工程专业学生，第1章从变形体的平衡开始。一个切实可行的读法如下：

• 核心： 依次读第1—14章，初读时跳过带星号的小节。
• 按课程需要补充： 关于非弹性行为、组合梁和曲梁、剪切中心、不连续函数和力矩面积法的带星号小节。
• 后面的章节： 第9章和第10章建立在前八章的应力概念之上，讲梁设计的第11章自然接在第6、7章之后，第12章从弹性曲线开始。
• 练习： 先做书后附有部分解答的基本题，再做布置的习题，并用所选答案核对结果。