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Soutas-Little和Inman两位教授合著的《工程力学》(Engineering Mechanics: Statics和Engineering Mechanics: Dynamics, Prentics Hall, 1999)是近年来在北美广受欢迎的工程专业基础力学教材。该书是部有鲜明特色的教材,对我国的理论力学教材建设和双语教学具有较大参考价值。
《工程力学》分“静力学”和“动力学”两卷。静力学部分共分10章。第一章“引言”,概述力学的学科性质,解释力学的基本概念,介绍国际单位制和英美单位制,说明数值计算的精度和舍入,阐述解决力学问题的模型化方法。第二章“矢量和作用于质点的力系”讨论矢量基本运算和共点力系,还介绍了弹簧的力学特性和静不定的概念。第三章“刚体系:力系的等效”,引入了力矩和力偶的概念,通过力的平移定理将一般力系力系等效为力、力偶或力螺旋。第四章“分布力:质心与重心”,主要是说明质心与重心的概念和计算方法。第五章“刚体系的平衡”,包括几类约束的反力特性、分离体图和平衡方程及其应用,还讨论了静不定约束和不适当约束。第六章“结构分析”主要是桁架的计算。第七章“结构元件内力”主要介绍梁的剪力和弯矩,也包括悬索的分析。第八章“摩擦”分析干摩擦及相关机械元件如楔、螺杆、带、轴承等。第九章“惯性矩”引入面积和质量的二次矩及其性质和计算方法。第十章“虚功”叙述分析平衡问题的虚功原理并讨论平衡的稳定性。
动力学部分共分9章。第一章“质点的运动学”包括质点的直线运动和曲线运动,也涉及质点的相对运动和受约束质点的运动。第二章“质点的动力学”包括质点运动微分方程及其在不同坐标系中的具体形式。第三章“功-能和冲量-动量运动首次积分”包括质点的能量守恒和质点系的动量定理,并讨论碰撞问题。第四章“质点系统”包括质点系的动量定理和动量矩定理,质点系的能量守恒和质点系的动量和动量矩积分,还讨论了质量流包括变质量问题。第五章“刚体运动学”包括刚体的平动、定轴转动、一般平面运动和一般3维运动,还包括相对转动坐标系的运动。第六章“平面运动刚体动力学”包括平面刚体运动微分方程及受约束刚体系统分析方法,还介绍了D'Alembert原理。第七章“刚体的功率、功、能、冲量和动量”包括这些力学量的计算及系统中含刚体时的能量守恒和动量和动量矩积分,还讨论了刚体碰撞问题。第八章“刚体的3维动力学”包括一般形式的运动方程和Euler方程。第九章“振动”包括无阻尼和阻尼单自由度系统自由振动和受迫振动。
《工程力学》在教学体系方面具有美国同类教材的一般特点。静力学中包括部分内力分析和能量方法,对一些具体的结构和机械元件有细致的讨论。运动学不单独成篇,运动学和动力学一并按质点、质点系和刚体的顺序展开。与中国的理论力学教材相比,静力学内容略多而且教学坡度小,因而篇幅较大。运动学中复合运动的内容较少。动力学中不包括分析动力学基础,且振动问题局限于单自由度系统。例题和习题量均较大,例如,静力学部分便有1000余道习题和近100道例题。
《工程力学》在内容的处理上有其独特之处。突出特点是强调计算机应用。作者认为尽管力学的基本原理没有变化,但力学在工程中应用的方式随着计算机技术的发展有显著变化,因此在教学中应当反映这种变化。作者通过不同的方面强化计算机的应用。首先,不局限于传统的在特定位置和时刻的分析,而进行参数变化对运动过程影响的分析,作者认为这类问题更接近工程实际。其次,注意发挥计算软件的功效,不强调在列写方程时避免耦合等技巧。第三,在例题中尽可能采用矢量和矩阵运算,便于计算机处理。最后,在习题中包括部分可以用计算机求解和部分必须用计算机求解的练习。为不使计算方法的细节喧宾夺主,而且不使力学分析依赖于特定的计算软件,作者将这些内容另外分别用MATLAB、MATHCAD、MAPLE或MATHEMATICA编写的内容归入附册。除计算机应用外,该书也包含某些新的内容,例如,介绍了运动刚体的角速度实验测量和数据处理。
该书作者Soutas-Little教授曾任Michigan州立大学生物动力学研究实验室主任,现已退休。Inman教授现任Viginia技术学院和州立大学智能材料系统和结构中心主任,机械工程系教授。两位作者都有丰富的教学经验,同时在科学研究中卓有建树。他们能够深刻理解现代技术对工程专业力学的需求,并兼顾学生的接受能力。因此,他们编著的教材有其鲜明特色。
发表于:力学与实践, 2003, 25(5): 82-83
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