材料力学史 美)8B铁水生可范 上海利学皮术出取陆 盒
序 本书是根据我二十五年来在工程力学这門髁程中对学过材料力学和钻构理胎 的同学們耕授材料力学史的骿稿写出来的。本书在准备付印期内，照原来的新 藕又加入了許多材料，但对于这一髁程的基本性质仍保留不变。我得号本书的主要 愿望是想帮助那些学过材料力学的同学例对这一部程能作更深入的研究，井了解 一些材料力学的发展历史。为此，我在本书巾不打算作出强性力学的索引，从面对 这一操程辐出个完整的文献目录。象这祥的目录是可以从現存的一些书籍里面 找到的，例如塔德享特(Todhunter)和庇尔逊(Pear3on)合著的“性力学与材料 力学史”(A.History of the Elasticity and Strength of Materials)以及克兼恩. (F.Klein)和茂勒(O.Mler)合綢的“数学知藏百科全书”(Encyklopadie der Mathematischen Wissenschaften)第四卷等等， 我却想仿照圣雜南(6ant.Venant)的“簡史”(Historique Abreg)的先例， 在无须进行过牙群細的叙迅而能耠予“大讀者对这門科学发展的主要阶段有一个 历史的回頤。要做到这点，我乱为在本书中要包括一些本学科中最著名的学者的 簡史，井且討論材料力学的发展对各国的工程数育情况以及工业发展上的关系。 例如铁道交通的发展以及朵用钢铁作为建筑材料都給我們来和辅构物强瘦有关 的許多新問题，同时也对材料力学的发展有很大的影响，这是毋庸置疑的。至于对 現代内燃机和輕型飞机粘构的发展，当然也具有同样的影响。 討静材料力学的发展，如果不提到和它相关的一些科学，如彈性理論和结构理 論的发展，是不够完善的。由于这些科学的发展与材料力学相互間有着密切关速， 所以在本书中必須包括它們的历史中的某些部分。为此，我从强性理論的历史里 面摘引了与材料力学发展有密切关連的部分而略去一切有关蔽学科純理論和数学 上发展的材料。同样，关于黏构理验的发展方面，凡只着重于技术上的各部分都沒 有包活在本书内。 在本书中，我是依照年代的先后来叙逃的，面且把这門学科的历史分成几个时 L1门即圣南在增打钠椎奖(Navier)所者“裸程总特”(R69um6des丁econs))-一书时加进去的历魂 介轺。 05493
9 快 期。在每个时期中都討散了该时期内材料力学和与它相关学科的发展。但也沒有 严格遵守这种次序，在討脸个别学者的某些成就时，我党得把他們的全部著作放在 一起来介绍是更为适合的，虽然有些著作井不候于所討命的这个时期以内。 在額写本书时，現已出版的-一些关于科学历史的书籍对我是有很多帮助的。 除了上面耕到的一些书籍以外，我手边还有钠雜埃(Navier)著的“髁程总黏” (Rsumédes Lecons)第三版，骸书由圣雜南蹈钉井包括他本人所著的“箭史”在 内，还有他的許多研究报告，这些都是其有很大历史价值的。我也参考了圣濰南从 克列布希(O16bch)的书中釋出关于琿性力学的譯本，骸书本身便包括了早期狮性 力学的历史。在傅記里面我悦得下列一些是非常有用的：馬立(M.Ma)著“数 学与物理料学历史”(Listoire des8 ciences Mathematiques et Physiques),魯日 曼(M.Rthlmann)著“工程力学史(Geschichte der Technischen Mechanik), 英国的一些傅記以及佛兰西斯·阿拉果(rancois Arago)和約瑟夫·伯特朗德 (Joseph Bertran.d)合著的“学会傾制”(Cloges Academiques)文集。为了部龄校 新的著作物，必須查閱用各国文字出版的許多期刊。这就得化去很多的时間，但作 者得如果他的工作能够节省其他学者对材料力学作历史研究时所费的精力，就 完全能够得到补偿了。 我要威谢斯丹裙(Stanford)大学的一些同事們一成谢尼尔斯(A.谷.Nlas)》 教授，他对于处理柠架的早期历史和超静定桁架的馬克斯威尔-靡尔法(Maxw©l山~ Mohr'9 method)这两部分的手稿提出批部；同时咸楊(D.H.Young)教授，在短 写手稿时他对我提供了很多积极的建議。我也异常威谢皮沙普(R.E.D.BhoP) 博士，他将手稿全部审閱了一次并且提出了詐多重要的意見，最后还要威谢我們的 研究生姆士·吉尔(James Ger6),承他給本书核对校样。 8.P.铁木生可， 新丹孤大学，抽利颜尼亚 1952年12月 铁木生可著作在我国已有下列一些器本： (I)江可宗舞“铁氏工程力学”(Engineering Mechanice): (②)王藏柴翠“特构学原瑾”(Tbeory of Structures); (③)王薇荣深材料力学”(Strength of Materials); (4).徐芝給每那强性力学”(Theory oi Elasticity); ()王俊奎泽“饭有薄壳学”Theor了of Platee4 nd She)。 边盆
目 录 序 豬鹼 e4e044+n040+,…1 第一十七世紀中的材料力学 1.加利j路7 2。加味利略在村料力学上的页武…10 3.国立科学院的组撒…… …14 4.虎克小…15 5.馬里沃特 -18 第二章弹性曲钱………22 6.数学家伯转里…… ,422 7.欧拉 …24 8。欧拉在材料力学上的成就… 9.拉格朗日… 31 第三章十入世紀中的材料力学…… 35 10.材料力学在工程上的应用… 435 11拔喻特… 37 12。…0 3.十八世紀中建筑材料力学性能的实驗醉究… +…46 14。十入紀巾的擋士船理論…51 15.十八世紀中拱的理输“ +,53 第四章1800~1833年間的材料力学·…57 16。法困工山业学8院…57 …*…60 18。辆唯埃在材料力学方面的著作…62 19.1800一1833年間法宙工程狮的实驗性研究…G7 20.1800~1833年間拱与悬索桥的理输 70 21。彭西列特…73 22.踢狮士●揚……1…75 23,1800一1833年英国的材料力学：…32
月 ·录 .欧州其他普名学者在材料力学上的武谳…84 第五章数理弹性理論的开端…………87 25.彈性理論中的不衡方程…87 20.柯西 27.泊…2 28,拉梅和克莱佩助… 4495 29.板的流……99 第六章1833~1867年間的材料力学… .……102 30.費儿班恩和截之肾逊 …102 3们.德国工程学校的成长…107 32.圣維南对梁的弯曲理論的貢献 …112 33.能拉夫斯基对梁内剪应力的分析……116 3生。晾液梁……。4… …118 35.布累塞 36.升克勒 …125 第七章铁道工程发展时期的材料力学…129 37.箱形管骄…… 444+4129 38:金属疲劳的早期研究 +134 39.沃勒的以功發… 44…137 40.动靛荷 +4+…44142 41.沖击…146 42.早期的折架理論…… ……18 43。尔是……157 丝.朗肾……… ………162 45。克斯威尔在猪构理論上的貢献……………166 46.彈性稳定問題压杆公式… …171 47.1833~8心7年間谐土墙和拱的理論 ……4…173 第入章1833~1887年間的数理弹性理输……………178 48.物理彈性力学与“罩性常数的論战” …178 49.劍桥大学在跟性打学上的早期成就 0.斯托克斯… ……………4……186 60a.圣雜南9 …189 1。半反求法… +4*4…193 62.圣維南的后期成就 ………197 53。杜哈美尔和菲鬼普斯 …4*…200 54.紐曼 ………203 55。克希覆夫…208
56.克列布希 …21] 57.克尔文… 4,..215 58.馬克斯威尔 …221 第九章186~1900年間的材料力学 ……*…228 9.材料武驗所 22S 60,摩尔的功被…+… …+……234 61.应变能与卡斯提安諾定理 .…238 62.郢性稳定問题 …………………242 63.虎勃… .247 第十章186~100年間的結构理論……251 64.静定桁架 …1-…251 G5.架的变位………256 f6.超游定行架261 67.拱与指土墙 第十-章1887~1900年間的弹性理論…271 68.圣鞭南的学生們的成就………271 69.置莱…… …27G 70.1867心1900年間英因的彈性理論-……281 71.1867心1900年閒德国的彈性理舱……285 71.1867~1900年間二雞問題的屏法 …290 第十二章二十世紀中材料力学的进展 2、材料在彈性极限内的性能 ………204 73。脆性材料的断裂… 74.延性材料的武验… …300 75.强度理論… ……………305 76.高祖下金属的蠕变 …308 77,金属的疲劳…… +…31☑ 78.实驗应力分析 318 第十三章1900~1950年間的那性理脸 322 …322 80.普兰道尔…… 4………32 81. 解彈性問趣的近似法 …32S 82.挥性的二三维司题………… …*4……332 83.彈坐的二镪間题 …335 S4.板与壳的弯曲… *+…4…338 85.粥性稳定…
4 ⊙ 途 86,振动与冲击 第十四章10~1850年間的估构理输 …4+*4350 $7.求解超静定系铣的新方法 88。拱与瑟索侨… …+…353 89。然路秘道位力……… 4…4…-357 $0,船舰钻构理脸 …-…t…360 人名索！ …4……365 ,中英名詞对照 ………374
緒 論 从古代人类开始建筑房屋的时候起，人們早就党察到有必要获得有关建筑材 料强度的知融，以便作出决定构件安全尺寸的法則。无疑地，埃及人民是有过一些 这类經驗法則的，因为沒有这些經驗法則，他例就不可能建立起偉大的紀念碑、庙 宇、金字塔以及方尖塔，其中有些还一直留存到現在。希腊人将建筑技术更向前推 进。他們发展了静力学，它是材料力学的基础。阿基米德(Archimedes,紀元前 图1~4上面是罗馬人所用的起重机具的形状 下面是希腊人被海柱子的方法
1 2 桥的 287~212)作出杠杆平衡条件的严袼証明，并且概述了物体重心的求法。他把他的 理論应用到各种起重机具的构造.上。图1~3所示便是希腊人用来搬运恢芬修斯 (phesus)的底安納(Diana)肿庙的柱子和下榻(Architraves)的方法。 罗焉人是偉大的建筑师。他們不仅有些紀念碑和庙宇，而且还有道路、桥梁和 堡垒一直保留到如今。从菲特卢菲斯(Vitravius)1一他是奥古斯丁(Augustus) 王朝罗馬的一个著名建筑工程师一的著作里，我們了解到一些这种建筑物的营 造方法。在該书里叙进了这些建筑物所用的建筑材料和构造形式。图4中表示罗馬 人用来举起笨重石块的一种起重机。罗馬人經常在建筑物中朵用拱形。图5表示 法国南部著名的迦德(Pont du Gard)拱桥。这个桥到現在还在使用。罗馬时代 的拱和現代的拱就其各部分尺寸比較)起来，現代的拱已輕巧多了。当时的罗馬 人还沒有应力分析的便利方法。他們不知道怎样选擇适当的形式，一贯只朵用着 跨度比較小的半圓拱。 图6著名的迎德拱桥 希腊人和罗黑人在建筑工程中所积累的許多知識大部分在中古时代都已尖 傳，直到文艺复兴时期才开始恢复起来。当著名的意大利建筑师方坦辆(Fontana, 1643~607)受教皇雪克斯特斯第五(Sixtus V)的命合建立起梵蒂固(Vatican)的 方尖塔时（图6），这-一工程引起了欧洲工程界广泛的注念。可是我們知道在此儿 [1]弄待葬斯(Vitruvius)著：“建筑学”(Architect如ro)由德彪尔(De Bioul)成法文，于1816年 在布界塞尔(Brus5els)出版。 [2】关于这-此毂，可参看列吉尔(A.「eger)所若：“罗馬名殿的偉大成就"(Ie3 Traraux Pablics anx temp9 des Romain3)第136真，1875，巴黎
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