Cơ học Vật liệu, Ấn bản lần hai - Andrew Pytel & Jaan Kiusalaas

Trường đại học

The Pennsylvania State University

Chuyên ngành

Cơ học Vật liệu

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

Giáo trình

2012

576
0
0

Phí lưu trữ

135 Point

Tóm tắt

I. Tổng quan về sách Mechanics of Materials Andrew Pytel Jaan Kiusalaas

Cuốn sách Mechanics of Materials phiên bản thứ hai do Andrew Pytel và Jaan Kiusalaas biên soạn là một trong những giáo trình kỹ thuật cơ khí được sử dụng rộng rãi nhất trên toàn thế giới. Được xuất bản bởi Cengage Learning vào năm 2011, cuốn sách cung cấp nền tảng vững chắc về cơ học vật liệu cho sinh viên kỹ thuật. Hai tác giả đều là giảng viên tại Đại học bang Pennsylvania, mang đến kiến thức chuyên sâu kết hợp giữa lý thuyết và thực hành. Nội dung sách bao gồm các chủ đề cốt lõi như ứng suất, biến dạng, uốn, cắt và momen xoắn. Cuốn sách sử dụng phương pháp tiếp cận rõ ràng, logic. Mỗi chương đều có ví dụ minh họa chi tiết và bài tập thực hành đa dạng. Ấn bản thứ hai được cập nhật nội dung và cải thiện cách trình bày so với phiên bản đầu tiên. Sách đi kèm với tài liệu giải bài tập trên trang www elsolucionario org, hỗ trợ sinh viên kiểm tra đáp án và tự học hiệu quả. Đây là tài liệu không thể thiếu cho bất kỳ ai theo học ngành kỹ thuật cơ khí hoặc xây dựng.

1.1. Thông tin xuất bản và tác giả

1.2. Phạm vi nội dung và cấu trúc sách

II. Phân tích nội dung và vấn đề trong cơ học vật liệu

Cơ học vật liệu đặt ra nhiều thách thức cho sinh viên kỹ thuật. Cuốn sách của Pytel và Kiusalaas giải quyết các vấn đề này một cách có hệ thống. Chủ đề đầu tiên là ứng suất dọc trục (axial stress). Khi một thanh chịu tải trọng dọc trục, ứng suất trung bình được tính bằng công thức σ = P/A. Đây là nền tảng cho mọi phân tích ứng suất phức tạp hơn. Tiếp theo là khái niệm biến dạng và biểu đồ ứng suất-biến dạng. Biến dạng dọc ε được định nghĩa là độ giãn dài trên đơn vị độ dài. Biểu đồ ứng suất-biến dạng cung cấp thông tin về giới hạn đàn hồi, giới hạn chảy và độ bền kéo của vật liệu. Sách cũng trình bày các vấn đề tĩnh không xác định (statically indeterminate problems). Những bài toán này yêu cầu phương trình cân bằng bổ sung dựa trên biến dạng học. Phương pháp tương thích biến dạng là công cụ chính để giải quyết chúng. Cuối cùng, phần ứng suất phức hợp và vòng tròn Mohr giúp phân tích trạng thái ứng suất tại bất kỳ điểm nào trong vật thể.

2.1. Ứng suất dọc trục và quy trình phân tích

2.2. Biến dạng và biểu đồ ứng suất biến dạng

III. Giải pháp và phương pháp học tập hiệu quả từ sách

Để học tốt cuốn Mechanics of Materials của Pytel và Kiusalaas, sinh viên cần áp dụng phương pháp học tập phù hợp. Trước tiên, nắm vững lý thuyết cơ bản là điều kiện tiên quyết. Mỗi khái niệm như ứng suất, biến dạng và mô-đun đàn hồi cần được hiểu rõ trước khi tiến đến các chủ đề phức tạp hơn. Thứ hai, thực hành giải bài tập thường xuyên. Sách cung cấp nhiều ví dụ solved problems với lời giải chi tiết từng bước. Sinh viên nên tự giải lại các ví dụ này trước khi xem lời giải. Thứ ba, sử dụng tài liệu giải bài tập trên www elsolucionario org để kiểm tra đáp án. Nguồn tài liệu này giúp xác nhận kết quả và hiểu rõ phương pháp giải. Thứ tư, áp dụng kiến thức vào thực tế thông qua các dự án nhỏ hoặc mô phỏng máy tính. Cuối cùng, tạo nhóm học tập để thảo luận và giải quyết các vấn đề khó. Phương pháp học chủ động luôn hiệu quả hơn học thụ động.

3.1. Cách sử dụng tài liệu giải bài tập trực tuyến

3.2. Xây dựng nền tảng kiến thức vững chắc

IV. Kết luận và ứng dụng thực tế của cơ học vật liệu

Cơ học vật liệu là môn học nền tảng có ứng dụng rộng rãi trong thực tế. Kiến thức từ cuốn sách của Pytel và Kiusalaas được áp dụng trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật. Trong kỹ thuật xây dựng, cơ học vật liệu giúp tính toán khả năng chịu tải của dầm, cột và khung. Trong kỹ thuật cơ khí, kiến thức này hỗ trợ thiết kế máy, tính toán độ bền trục và bánh răng. Ngành hàng không vũ trụ sử dụng cơ học vật liệu để phân tích ứng suất trong cấu trúc máy bay và tên lửa. Công nghệ ô tô áp dụng nguyên lý này để thiết kế khung xe và hệ thống treo. Ngay cả trong kỹ thuật y sinh, cơ học vật liệu giúp hiểu hành vi cơ học của xương và mô mềm. Cuốn sách cung cấp nền tảng lý thuyết vững chắc cho tất cả các ứng dụng này. Sinh viên hoàn thành tốt môn học này sẽ có lợi thế lớn trong sự nghiệp kỹ thuật. Đừng quên sử dụng tài liệu hỗ trợ từ www elsolucionario org để tối ưu hóa quá trình học tập.

4.1. Ứng dụng trong kỹ thuật xây dựng và cơ khí

4.2. Tầm quan trọng trong đào tạo kỹ sư hiện đại

21/04/2026

Trích đoạn nội dung tài liệu

org This is an electronic version of the print textbook. Due to electronic rights restrictions, some third party content may be suppressed. Editorial review has deemed that any suppressed content does not materially affect the overall learning experience. The publisher reserves the right to remove content from this title at any time if subsequent rights restrictions require it. For valuable information on pricing, previous editions, changes to current editions, and alternate formats, please visit www.com/highered to search by ISBN#, author, title, or keyword for materials in your areas of interest.org Mechanics of Materials Second Edition www.org Mechanics of Materials Second Edition Andrew Pytel The Pennsylvania State University Jaan Kiusalaas The Pennsylvania State University Australia • Brazil • Japan • Korea • Mexico • Singapore • Spain • United Kingdom • United States www.org Mechanics of Materials, Second Edition ª 2012, 2003 Cengage Learning Andrew Pytel & Jaan Kiusalaas ALL RIGHTS RESERVED. No part of this work covered by the copyright herein Publisher, Global Engineering: may be reproduced, transmitted, stored, or used in any form or by any means Christopher M. Shortt graphic, electronic, or mechanical, including but not limited to photocopying, recording, scanning, digitizing, taping, Web distribution, information Senior Acquisitions Editor: Randall Adams networks, or information storage and retrieval systems, except as permitted Senior Developmental Editor: under Section 107 or 108 of the 1976 United States Copyright Act, without Hilda Gowans the prior written permission of the publisher. Editorial Assistant: Tanya Altleri Team Assistant: Carly Rizzo For product information and technology assistance, Marketing Manager: Lauren Betsos contact us at Cengage Learning Customer & Sales Support, 1-800-354-9706. Media Editor: Chris Valentine For permission to use material from this text or product, Content Project Manager: submit all requests online at www. Jennifer Ziegler Further permissions questions can be emailed to Production Services: RPK Editorial permissionrequest@cengage. Copyeditor: Shelly Gerger-Knechtl Library of Congress Control Number: 2010938461 Proofreader: Martha McMaster ISBN-13: 978-0-495-66775-9 Indexer: Andrew Pytel and Jaan Kiusalaas ISBN-10: 0-495-66775-7 Compositor: Integra Senior Art Director: Michelle Kunkler Cengage Learning Cover Designer: Andrew Adams 200 First Stamford Place, Suite 400 Stamford, CTm06902 Cover Image: ª Photobank.ch/Shutterstock USA Internal Designer: Carmela Periera Cengage Learning is a leading provider of customized learning solutions with Senior Rights, Acquisitions Specialist: office locations around the globe, including Singapore, the United Kingdom, Mardell Glinski-Schultz Australia, Mexico, Brazil, and Japan. Locate your local office at: Text and Image Permissions Researcher: International. Kristiina Paul Cengage Learning products are represented in Canada by Nelson First Print Buyer: Arethea L. Thomas Education Ltd. For your course and learning solutions, visit www. Purchase any of our products at your local college store or at our preferred online store www. Printed in the United States of America 1 2 3 4 5 6 7 13 12 11 10 www.org To Jean, Leslie, Lori, John, Nicholas and To Judy, Nicholas, Jennifer, Timothy www.org Preface This textbook is intended for use in a first course in mechanics of materials. Programs of instruction relating to the mechanical sciences, such as mechan- ical, civil, and aerospace engineering, often require that students take this course in the second or third year of studies. Because of the fundamental nature of the subject matter, mechanics of materials is often a required course, or an acceptable technical elective in many other curricula. Students must have completed courses in statics of rigid bodies and mathematics through integral calculus as prerequisites to the study of mechanics of materials. This edition maintains the organization of the previous edition. The first eight chapters are dedicated exclusively to elastic analysis, including stress, strain, torsion, bending and combined loading. An instructor can easily teach these topics within the time constraints of a two-or three-credit course. The remaining five chapters of the text cover materials that can be omitted from an introductory course. Because these more advanced topics are not interwoven in the early chapters on the basic theory, the core mate- rial can e‰ciently be taught without skipping over topics within chapters. Once the instructor has covered the material on elastic analysis, he or she can freely choose topics from the more advanced later chapters, as time permits. Organizing the material in this manner has created a significant savings in the number of pages without sacrificing topics that are usually found in an introductory text. The most notable features of the organization of this text include the following: . Chapter 1 introduces the concept of stress (including stresses acting on inclined planes). However, the general stress transformation equations and Mohr’s circle are deferred until Chapter 8. Engineering instructors often hold o¤ teaching the concept of state of stress at a point due to combined loading until students have gained su‰cient experience ana- lyzing axial, torsional, and bending loads. However, if instructors wish to teach the general transformation equations and Mohr’s circle at the beginning of the course, they may go to the freestanding discussion in . Chapter 8 and use it whenever they see fit. Advanced beam topics, such as composite and curved beams, unsym- metrical bending, and shear center, appear in chapters that are distinct from the basic beam theory. This makes it convenient for instructors to . choose only those topics that they wish to present in their course. Chapter 12, entitled ‘‘Special Topics,’’ consolidates topics that are important but not essential to an introductory course, including energy methods, theories of failure, stress concentrations, and fatigue. Some, but not all, of this material is commonly covered in a three-credit course at the discretion of the instructor.org viii Preface . Chapter 13, the final chapter of the text, discusses the fundamentals of inelastic analysis. Positioning this topic at the end of the book enables the instructor to present an e‰cient and coordinated treatment of elastoplastic deformation, residual stress, and limit analysis after . students have learned the basics of elastic analysis. Following reviewers’ suggestions, we have included a discussion of the torsion of rectangular bars. In addition, we have updated our discussions of the design of columns and reinforced concrete beams. The text contains an equal number of problems using SI and U. Cus- tomary units. Homework problems strive to present a balance between directly relevant engineering-type problems and ‘‘teaching’’ problems that illustrate the principles in a straightforward manner. An outline of the applicable problem- solving procedure is included in the text to help students make the sometimes di‰cult transition from theory to problem analysis. Throughout the text and the sample problems, free-body diagrams are used to identify the unknown quantities and to recognize the number of independent equations. The three basic concepts of mechanics—equilibrium, compatibility, and constitutive equations—are continually reinforced in statically indeterminate problems. The problems are arranged in the following manner: . Virtually every section in the text is followed by sample problems and homework problems that illustrate the principles and the problem- . solving procedure introduced in the article. Every chapter contains review problems, with the exception of optional topics. In this way, the review problems test the students’ compre- hension of the material presented in the entire chapter, since it is not always obvious which of the principles presented in the chapter apply to . the problem at hand. Most chapters conclude with computer problems, the majority of which are design oriented. Students should solve these problems using a high-level language, such as MATHCAD= or MATLAB=, which minimizes the programming e¤ort and permits them to concentrate on the organization and presentation of the solution. Ancillaries To access additional course materials, please visit www. At the cengagebrain.com home page, search for the ISBN of your title (from the back cover of your book) using the search box at the top of the page, where these resources can be found, for instructors and stu- dents. The following ancillaries are available at www. Study Guide to Accompany Pytel and Kiusalaas Mechanics of Materi- als, Second Edition, J. The goals of the Study Guide are twofold. First, self-tests are included to help the student focus on the salient features of the assigned reading. Second, the study guide uses ‘‘guided’’ problems which give the student an opportunity to work through representative problems before attempting to solve the . problems in the text. The Study Guide is provided free of charge. The Instructor’s Solution Manual and PowerPoint slides of all figures and tables in the text are available to instructors through http://login.org Preface ix Acknowledgments We would like to thank the following reviewers for their valuable suggestions and comments: Roxann M. Hayes, Colorado School of Mines Daniel C. Jansen, California Polytechnic State University, San Luis Obispo Ghyslaine McClure, McGill University J. Mohsen, University of Louisville Hassan Rejali, California Polytechnic State University, Pomona In addition, we are indebted to Professor Thomas Gavigan, Berks Campus, The Pennsylvania State University, for his diligent proofreading. Andrew Pytel Jaan Kiusalaas www.org 1019763_FM_VOL-I.qxp 9/17/07 4:22 PM Page viii 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 This page was intentionally left blank 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 S 50 R 51 www.org 1st Pass Pages Contents CHAPTER 1 3.3 Torsion of Thin-Walled Tubes 91 Stress 1 *3.4 Torsion of Rectangular Bars 99 1.2 Analysis of Internal Forces; Stress 2 CHAPTER 4 1.3 Axially Loaded Bars 4 Shear and Moment in Beams 107 a. Saint Venant’s principle 5 4.2 Supports and Loads 108 c. Stresses on inclined planes 6 4.3 Shear-Moment Equations and d. Procedure for stress analysis 7 Shear-Moment Diagrams 109 1. Procedure for determining shear force and bending moment CHAPTER 2 diagrams 110 4.4 Area Method for Drawing Shear-Moment Strain 31 Diagrams 122 2.2 Axial Deformation; Stress-Strain b. Concentrated forces and couples 124 Diagram 32 c. Working stress and factor of safety 36 CHAPTER 5 2.3 Axially Loaded Bars 36 Stresses in Beams 139 2.4 Generalized Hooke’s Law 47 5. Uniaxial loading; Poisson’s ratio 47 5.5 Statically Indeterminate Problems 54 c. Flexure formula; section modulus 143 e. Procedures for determining bending CHAPTER 3 stresses 144 5.3 Economic Sections 158 Torsion 75 a. Standard structural shapes 159 3. Procedure for selecting standard 3.2 Torsion of Circular Shafts 76 shapes 160 a.4 Shear Stress in Beams 164 b. Analysis of flexure action 164 c. Horizontal shear stress 165 d. Vertical shear stress 167 e. Statically indeterminate problems 80 * Indicates optional sections.org xii Contents d. Discussion and limitations of the shear 8.3 Combined Axial and Lateral stress formula 167 Loads 284 e. Rectangular and wide-flange 8.4 State of Stress at a Point sections 168 (Plane Stress) 293 f. Procedure for analysis of shear a. Reference planes 293 stress 169 b. State of stress at a point 294 5.5 Design for Flexure and Shear 177 c. Sign convention and subscript 5.6 Design of Fasteners in Built-Up notation 294 Beams 184 8.5 Transformation of Plane Stress 295 a. Principal stresses and principal CHAPTER 6 planes 296 Deflection of Beams 195 c. Maximum in-plane shear stress 298 6. Summary of stress transformation 6.2 Double-Integration Method 196 procedures 298 a. Di¤erential equation of the elastic 8.6 Mohr’s Circle for Plane Stress 305 curve 196 a. Construction of Mohr’s circle 306 b. Double integration of the di¤erential b. Properties of Mohr’s circle 307 equation 198 c. Verification of Mohr’s circle 308 c. Procedure for double integration 199 8.7 Absolute Maximum Shear Stress 314 6.3 Double Integration Using Bracket a. Plane state of stress 315 Functions 209 b. General state of stress 316 *6.4 Moment-Area Method 219 8.8 Applications of Stress Transformation to a. Moment-area theorems 220 Combined Loads 319 b. Bending moment diagrams by 8.9 Transformation of Strain; Mohr’s Circle for parts 222 Strain 331 c. Application of the moment-area a. Review of strain 331 method 225 b. Transformation equations for plane 6.5 Method of Superposition 235 strain 332 c. Mohr’s circle for strain 333 8.10 The Strain Rosette 338 CHAPTER 7 a.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ