世界第一簡單材料力學

　　易懂漫畫打好基礎，
　　貫通力學理論與實際材料！

　　機械設計與製造、微機電系統、機械工程、土木工程、建築設計、一般製造業……
　　理工科學生的夢想，從材料力學出發！
　　設計圖不只是空想，
　　材料力學就是所有具體建物的藍圖！

　　材料力學是機械工程學的重要領域，製作安全結構體的基礎學問。
　　不懂材料力學，理工科畢不了業！

　　製作物品該如何選擇材料，設計結構？
　　不同的製作方式，會造就不同的物品性能？
　　技術性的製造工程，其實處處是理論！

　　參透材料性質，追求完美「力平衡」，讓物品「耐操，好擋，拼第一」！
　　本書從簡單的書架製作出發，
　　告訴你材料力學的一切！

　　力是具有大小、方向的物理量？
　　物體處於靜止狀態，也有力在作用？
　　「力」有哪幾種？壓縮力、拉力、張力、剪力與扭力有何差別？
　　如何分析物體所承受的作用力，以及「力流」？
　　什麼是安全係數，安全係數越大越好嗎？
　　1kg物體所承受的重力記為1kgf？
　　1N（牛頓）是讓質量1kg的物體產生1m/s2加速度的力？
　　翹翹板是力矩的作用？
　　用相同力道按壓枕頭，不同方向的力會造成不同的變形？
　　物體的變形種類其實有很多？作用的力與計算方式皆不同？
　　如何考慮各種作用力，計算長椅板材所需的厚度？

　　本書以漫畫方式，讓讀者從力的基礎知識出發，探討物體的變形、應力、材料強度和力學性質以及材料力學的應用，不只解說理論，更教導各種力的計算方式，讓讀者打好基礎、精確計算，朝製造業、設計業、建築業甚至是學界，一步步邁進。理工科學生必修的材料力學盡在本書！

作者簡介

末益博志

　　東京大學研究所工學院研究科博士。現為上智大學工學院教授，工學博士。主要日文著作有《工業力學》、《機械力學》（實教出版）；《複合材料力學入門》、《最新材料力學》（培風館出版）、《先進複合材料工學》（培風館出版）。

長嶋利夫

　　東京大學研究所工學院研究科博士。現為上智大學工學院教授，工學博士。主要日文著作有《meshfree method無網格法》（丸善出版）、《HPC程序設計》（歐姆社出版）。

審訂者簡介

林輝政  教授

　　專長：複合材料、結構力學、風力能源

　　現職：國立台灣大學工程科學及海洋工程系教授

　　學歷：國立台灣大學造船工程博士

　　經歷：
　　國立澎湖科技大學校長、副校長
　　國立澎湖科技大學海洋資源暨工程學院院長
　　台大與工研院合設奈米科技研究中心副主任
　　Visiting Professor, Dept. of Information and Electrical Eng., UMBC, U.S.A.
　　Visiting researcher, Lab. of Material Science and Engineering, NIST, U.S.A.
　　國立台灣大學 工程科學及海洋工程系教授、系主任、所長
　　國立台灣大學 造船及海洋工程系教授、系主任、所長
　　Visiting scholar, School of Aeronautics and Astronautics, Purdue University, U.S.A.

譯者簡介

謝承翰

　　大學一年級考上日本語能力測驗1級之後，為了增加自己的實務經驗而投身兼職日文譯者的行列，到目前已經累積數年的翻譯經驗。從偏向生活的美容保養，到較為專業的技術性文件以及專利契約書等等都有接觸過。與數家翻譯社有合作關係。

　　目前邊於國立台中科技大學日本市場暨商務策略研究所就讀，邊從事日文譯者的工作。希望透過自己的努力，將書籍最真實的一面呈現給各位讀者。

序章
社團教室也要共用！？               1

第一章  變形物體的力學 13

1 思考施加於物體上的力    14
靈活運用向量吧（荷重）    14
從反方向作用的力（反作用力）    17
要好好地支撐住唷（支點）    20
1N與1KGF的大小    23
就像是不停打轉（力矩）    24
回想起蹺蹺板吧（力矩的基本知識）    29

2思考作用於物體上的力平衡    31
自己畫看看吧（自由體圖）    31
這些都是平衡的！
（力和力矩的平衡方程式）    34
三維問題以及自由度    39

3桿件所承受的力        41
橡皮擦的例子（力與變形）    41
受到按壓（壓縮力）    43
受到拉伸擴張（拉力、張力）    44
彎曲（彎曲力矩以及剪力）    46
扭轉（扭力矩）    50

4物體受力將變形    52
靜定問題以及超靜定問題    52
微小變形以及有限變型    56
詳細的計算過程（超靜定問題）    60

第二章  應力 61

1 物體內部也有作用力    62
用假想的菜刀切割！（內力和假想截面）    62

2如何表示內力    68
何謂應力（應力）    68
注意方向（拉應力和壓應力）    72
沿著截面位移的應力（剪應力）    74

3應力是怎麼產生的    78
分解應力向量（正應力以及剪應力）    78
莫爾應力圓    82

4應力在整個面上分布不均，因此會因位置不同而改變    …………………………………….86
不可以只除以面積！？（應力之求法）    86
利用Δ（Delta）的應力計算公式    87

第三章 應變和變形 91

1如何表示變形程度？    94
何謂應變（應變）    94
拉伸和壓縮時的長度和直徑為？（正應變）    98
表示物體形狀的扭曲（剪應變）    101

2 由應變了解變形    104
扭轉變形與剪應變的關係    104
彎曲變形與正應變的關係    108

第四章 材料強度和力學性質 117

1力和變形成正比    118
為了製作不易損毀的物品（材料的力學性質）    118
應力和應變成正比（虎克定律）    120
正應力和正應變的關係（楊氏模量）    122
剪應力和剪應變的關係（剪切彈性模量）    125
測量材料特性的方法    127

2材料的支撐力有其極限    129
已到達極限（破斷）    129
能否回復原狀？（彈性區和塑性區）    131
設計的基準（屈服與強度）    134

3具有韌性的材料以及具有脆性的材料    135
韌性？脆性？（延性材料以及脆性材料）    135

第五章 應力的計算方法 139

1思考桿件的的拉伸以及壓縮問題    142
拉伸荷重與正應力的關係、伸長量的計算    143

2思考桿件的扭轉問題    146
扭力矩以及剪應力的關係，扭轉角的計算    147
什麼是rdrd ？（微面積的表示方法）    155

3思考桿件的彎曲問題    157
彎曲力矩和正應力的關係、曲率的計算    158

第六章 材料力學的應用 171

1為了製造不易損壞的結構體    174
在損壞前就要知道（製造不易損毀結構體的步驟）    174
截面為正方形的桿件之應力    176
跳上去、大吵大鬧！？    180
長椅木板厚度的計算    184

2不易變形也相當重要    192
何謂剛度？（剛度）    192
下功夫讓它變得更堅固（屈曲）    194

3什麼情況的結構體是安全的？    198
要考慮到變因（安全係數）    198
為了防範事故於未然    203

卷末收錄 204

附錄    215
希臘字母與其讀法    215
國際單位制（SI）詞頭    216
各種截面的截面慣性力矩以及截面系數    217
詳細的計算過程（超靜定梁）    218
索引    220

導讀

　　我想，我們國高中時期所學習的物理知識，大致分屬兩個領域，一個是「記憶」、「理解」領域，另一個是「思考」領域，大家一直都在這兩個領域中學習相關知識。但是，我們往往只著重在考試成績，卻忘記物理知識的學習是未來工作的基石。考試成績並不能代表個人實力，但是努力準備考試對往後的發展一定會有所助益。大學是個能在原有的知識基礎上，進一步學習，讓自己準備成為一位「擅長工作的人」的地方。考上哪所大學並不是重點，重要的是大家將來如何善用機會來發揮所學，身為一個學習者，我們應該要抱持感恩之心，潛心向學、活用所學。

　　若你大學選擇就讀與機械相關的科系，你將會接觸到專業的物理力學科目（如：工程力學、機械力學、材料力學、流體力學、結構力學、熱力學等），這些科目都以牛頓力學為基礎，並透過數學運算來開展。製造業多會將這些專業的物理力學靈活運用於工序、產品設計，並進行產品製造（當然，實際作業有些部分無法用這些科目來囊括，這就是製造業現場的專業技能，也許未來能透過電腦運算，將這些技能做系統化的歸納）。有許多學生反應，材料力學不易理解，大多數學生無法將力學理論運用於實際材料，因而覺得材料力學很難，但本書卻能以漫畫形式，將材料力學解釋得清楚易懂，我非常期待讀者能透過本書得到良好的學習成果。希望讀者能夠在閱讀的過程中，透過有趣的漫畫，掌握枯燥乏味的材料力學，學好材料力學，如此一來，身為作者的我將感到無比欣慰。

　　最後，容我向共同完成此書的長嶋利夫老師，不只盡力於企劃、編輯，更提供我許多寶貴意見的歐姆社股份有限公司開發部的成員，隸屬office-sawa工作室，負責繪製漫畫的澤田佐和子小姐，以及円茂竹繩小姐等相關人員，致上由衷的感謝。