從學(xué)科層面觀，固體力學(xué)牽涉范圍包括土木、機(jī)械、交通、航空、動(dòng)力、水利、冶金、化工等領(lǐng)域，具體地說(shuō)是涉及這些行業(yè)的裝備、物件或其產(chǎn)物。本書(shū)的研究對(duì)象即是所述物件中的長(zhǎng)形構(gòu)件及其簡(jiǎn)單組合，主要內(nèi)容是對(duì)受荷載作用后，對(duì)象的彈性變形的計(jì)算。眾所周知，《理論力學(xué)》是經(jīng)典力學(xué)傳承的第一門(mén)理論，亦是力學(xué)基礎(chǔ)課程，同時(shí)，其也是可變形固體構(gòu)件科學(xué)研究的先導(dǎo)理論，而桿的受力變形研討則依賴(lài)于兩本基本著述——《材料力學(xué)》和《結(jié)構(gòu)力學(xué)》。若細(xì)處著眼，在材料力學(xué)的范疇，前人使用多種計(jì)算方法及計(jì)算工具進(jìn)行了研究，抽其精髓，保留下當(dāng)前廣為流行的版本，理論框架、計(jì)算公式很少采用一個(gè)世紀(jì)以來(lái)的成果，稱(chēng)為“經(jīng)典”恰如其分。反向觀，此狀況是否表示偌長(zhǎng)的時(shí)間里無(wú)重要成果？無(wú)論如何，此狀況卻引導(dǎo)作者進(jìn)行了探索。在計(jì)算工具方面，本書(shū)建立新的梁位移計(jì)算模式，使得一般需用積分方法計(jì)算的問(wèn)題，改換為只用算術(shù)四則運(yùn)算法計(jì)算的問(wèn)題；在設(shè)計(jì)方法方面，本書(shū)另辟蹊徑，一定程度地貫通了材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)。換言之，本書(shū)試圖用理論力學(xué)和材料力學(xué)中的梁位移相關(guān)理論，一并加上本書(shū)著者對(duì)梁內(nèi)容的一個(gè)方向的拓展，便能進(jìn)行部分簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的計(jì)算而毋庸學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)力學(xué)知識(shí)，故而，對(duì)于一些沒(méi)有專(zhuān)業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)但又需面對(duì)簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的工科行業(yè)、部分專(zhuān)業(yè)人員，這樣做是適宜的。探 知 收 益下面闡述著者對(duì)梁的位移內(nèi)容進(jìn)行深入發(fā)掘的經(jīng)歷，或許可給人們以啟發(fā)。2000年，著者在《華東交通大學(xué)學(xué)報(bào)》發(fā)表了關(guān)于置換法的第一篇論文，當(dāng)時(shí)此方法的基本實(shí)例呈現(xiàn)為各種梁的大撓度統(tǒng)一于它們各自對(duì)應(yīng)的一根懸臂梁，故在論文的題目里用上了“同一性”一詞。無(wú)疑，它提振了人們尋找簡(jiǎn)單梁替代復(fù)雜梁進(jìn)行分析的信心。2002年，著者第一次用置換法的簡(jiǎn)支梁位移方程求解了任意簡(jiǎn)支梁的位移，當(dāng)時(shí)稱(chēng)為“比擬梁法”，此名詞源于力學(xué)工作者都較為熟悉的“扭轉(zhuǎn)問(wèn)題的薄膜比擬”，依問(wèn)題的操作方式而借用于梁分析。2003年著者又探索了將懸臂梁撓曲線整體通過(guò)線位移和角位移恰當(dāng)?shù)倪m配后，可以變化成研究對(duì)象梁的撓曲線的事實(shí)。2004年著者給出置換法的圖像證明。這樣，梁位移內(nèi)容研究推進(jìn)到以懸臂梁位移的簡(jiǎn)單結(jié)果，搭建了一個(gè)求解簡(jiǎn)單梁位移的平臺(tái)。2006年著者參加在河南理工大學(xué)召開(kāi)的第15屆全國(guó)結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會(huì)議，會(huì)上宣讀了置換法求解簡(jiǎn)單超靜定梁的論文。鑒于“比擬”的名稱(chēng)較容易與諸如“比擬連續(xù)梁法”等相混淆，在此后發(fā)表的論文中將其改為“置換法”字樣，該方法實(shí)質(zhì)未變。對(duì)于連續(xù)梁求解，本法省略了結(jié)構(gòu)力學(xué)中的漸近法包含的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度、傳遞系數(shù)和分配系數(shù)等必備概念。2007年至2008年間，著者分門(mén)別類(lèi)地研究了簡(jiǎn)單剛架的置換法解法，例如，鉸接型鋼架、固端型鋼架，靜定鋼架、超靜定鋼架，無(wú)側(cè)移Γ形門(mén)形剛架、有側(cè)移的Γ形門(mén)形剛架等，擴(kuò)大了置換法的運(yùn)用范圍。自2011年始，著者向更廣闊的外界介紹置換法，參加有關(guān)國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議并宣讀論文，分別解決了單墩橋梁、無(wú)側(cè)移簡(jiǎn)單剛架、簡(jiǎn)單對(duì)稱(chēng)剛架的置換法求解問(wèn)題，提出分段剛化法結(jié)合置換法和截?cái)?置換法等以往不曾有過(guò)的方法，旨在提升置換法的水平。2014年《力學(xué)與實(shí)踐》雜志刊登了著者置換法解外伸梁?jiǎn)栴}的論文；隨后，2015年著者又證明了置換法位移方程的自身關(guān)系，得出結(jié)論：以該法位移方程表示的撓度與轉(zhuǎn)角嚴(yán)格符合一階導(dǎo)數(shù)關(guān)系，置換法位移方程在數(shù)理上成立。簡(jiǎn)言之，置換法就是利用懸臂梁的撓曲線相對(duì)容易把控，其大轉(zhuǎn)角、大撓度結(jié)果簡(jiǎn)單這一特點(diǎn)，針對(duì)簡(jiǎn)支梁、懸臂梁和外伸梁分別搭建“置換法位移方程”這個(gè)平臺(tái)，在計(jì)算了任意梁對(duì)應(yīng)的懸臂梁的位移后，通過(guò)這個(gè)平臺(tái)就能求解出原梁位移，“置換”的道理即是此意。本書(shū)相關(guān)研究曾獲得華東交通大學(xué)首屆科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)的獎(jiǎng)項(xiàng)（喻曉今，靜定梁位移計(jì)算的新方法——比擬梁法，獲“自然科學(xué)三等獎(jiǎng)”，2004年9月10日，證書(shū)號(hào)：kjcg��2004��1��3��3�睤00）；獲得第15屆全國(guó)結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會(huì)議“中青年優(yōu)秀論文獎(jiǎng)”。此方面的研究，以著者主持并結(jié)題的江西省教育廳教改項(xiàng)目“結(jié)構(gòu)中力與位移關(guān)系內(nèi)容的適應(yīng)削減課時(shí)的置換法建造（課題編號(hào)：JXJG��14��5��31）”而告一段落。宣 開(kāi) 初 衷下面講述在相關(guān)領(lǐng)域的材料力學(xué)教育中集中推廣置換法的理由。現(xiàn)在的工科，由于增加課種、縮減學(xué)時(shí)等原因，材料力學(xué)中梁的位移內(nèi)容只介紹積分法和疊加法，歷史上所出現(xiàn)的其他方法，由于一些不便，諸如需另開(kāi)一個(gè)知識(shí)體系、需要記憶較多系數(shù)或是掌握其算法需要耗時(shí)日等，就不再在本書(shū)采用了。即便是疊加法，每每計(jì)算都得查用相應(yīng)的位移結(jié)果圖表等，效率很低。而置換法卻與眾不同，在操作層面，只要記憶少量系數(shù)、公式等，便能較好地手算梁的位移，甚至分析簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，結(jié)果還是解析解，有鑒于此，該方法有推廣使用的現(xiàn)實(shí)需求。為將已經(jīng)獲得方法的優(yōu)勢(shì)廣泛地、迅速有效地告知科技青年、業(yè)內(nèi)師生，著者一直在力行。2017年在貴州凱里學(xué)院承辦的第四屆全國(guó)力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議暨第五屆西南東北華東三地區(qū)力學(xué)教學(xué)暨學(xué)術(shù)交流會(huì)上，著者的置換法報(bào)告引起不少青年學(xué)者、教師的興趣，這更堅(jiān)定了作者的信心——出版專(zhuān)著介紹該成果。淬 煉 經(jīng) 歷寫(xiě)作中以何種形式、風(fēng)格來(lái)傳達(dá)科學(xué)內(nèi)容而又不失閱讀味道，如何點(diǎn)綴、描繪甚至渲染呢？著者憶起自己認(rèn)識(shí)事物、汲取知識(shí)養(yǎng)分并成就一些實(shí)績(jī)的歷程。20世紀(jì)60年代初期，著者被祖母帶到贛江邊的船上，望著中流風(fēng)帆縱橫游走，一幅風(fēng)檣動(dòng)景象，奇怪，旋風(fēng)？后來(lái)從科普?qǐng)D書(shū)中得到了分力、合力的概念。20世紀(jì)60年代中期，鄰居伙伴的小人書(shū)引來(lái)作者好奇心：加加林上天了，好高，那里沒(méi)有重量，人們?cè)陲w船里走路要用腳背勾著像輪船上的爬梯一樣的腳套，好玩！這就是簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)。筒子樓里漸有戰(zhàn)斗氣息了，比有槍的伙伴還牛的是他對(duì)面住的中學(xué)生，他從褲兜里掏出一個(gè)木柄手榴彈，擰開(kāi)后蓋，露出白色引線，告訴大家：這是拉環(huán)，一拉就投出去�；锇榫尤簧焓志鸵�拉！差一點(diǎn)就要“翻了兜”，伙伴們都為“真家伙”所迷。在八一橋頭，作者見(jiàn)到支左部隊(duì)浩浩蕩蕩列隊(duì)環(huán)城游行，那高射炮直指蒼穹、顫顫巍巍，又是何等氣宇軒昂。后來(lái)知道，德國(guó)法西斯軍隊(duì)曾用高炮平射來(lái)當(dāng)反坦克炮使。不久后，一輛解放牌卡車(chē)將作者一家人載往“廣闊的天地”，作者便將車(chē)描繪了下來(lái)。20世紀(jì)60年代末，著者在田埂上見(jiàn)到了人力水車(chē)，見(jiàn)到了這種木制簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的受力變形，吱吱嘎嘎、晃晃悠悠，并有幸見(jiàn)證了其被抽水機(jī)完全替換的過(guò)程。在興修水利的贛江大堤上，作者見(jiàn)到了人民戰(zhàn)爭(zhēng)式的壯觀場(chǎng)景：風(fēng)雷動(dòng)，旌旗奮，銀鋤落，鐵臂搖。一些場(chǎng)景被作者用粉筆反映在了班級(jí)的黑板報(bào)上。20世紀(jì)70年代前期，夜里剛躺下的作者被人叫起：“快來(lái)看衛(wèi)星！”厲害了，趕上蘇聯(lián)了，怎么上去的？小人書(shū)中的事在中國(guó)也實(shí)現(xiàn)了！夏夜星空竹床上，父親給著者講述“動(dòng)者恒動(dòng)，靜者恒靜”的物理，這是空中物體的平衡原理。剛下農(nóng)村時(shí)是在祠堂里上課，后來(lái)“五七中學(xué)”建設(shè)新校舍，著者見(jiàn)識(shí)了支架圓木房梁、三角形屋架等過(guò)程，大家也自己動(dòng)手打坯燒磚�！半p搶”時(shí)學(xué)生也要放假以支援搶收搶種，著者也見(jiàn)多了田間地頭的青年們的扁擔(dān)角力運(yùn)動(dòng)游戲；挑選扁擔(dān)時(shí)的按壓試力等，都是長(zhǎng)形物的力與變形的實(shí)例。70年代中期，著者體驗(yàn)了多種勞動(dòng)，在青云譜苗圃學(xué)習(xí)園藝時(shí)，對(duì)多種樹(shù)木寫(xiě)生畫(huà)畫(huà)。在揭露法西斯的集中營(yíng)罪惡的書(shū)里，有成堆的人發(fā)工藝品照片及其他相片，著者臨摹了幾張，其中有一張名為“捷克南部風(fēng)光”，內(nèi)有連續(xù)梁例型。就這樣，著者學(xué)繪畫(huà)，玩樂(lè)器，買(mǎi)元器件組裝礦石收音機(jī)等，“蹉跎”了一段歲月，其實(shí)也就在不經(jīng)意之間，成就了一類(lèi)青年的好事——能夠在停招后第一次全國(guó)統(tǒng)一高考招生中踏入大學(xué)校門(mén)。高考時(shí)著者所在地的做法是先填志愿后考試，著者不假思索地便填寫(xiě)了首都的一所國(guó)防工業(yè)院校，當(dāng)時(shí)腦海里滿(mǎn)是電影《長(zhǎng)城新曲》中那輾轉(zhuǎn)騰躍的坦克，總在想象北方那一排白楊樹(shù)下的一排戰(zhàn)車(chē)是怎樣的風(fēng)光。大學(xué)畢業(yè)后，著者也果真奔赴了國(guó)家第一個(gè)五年計(jì)劃中建設(shè)的156個(gè)蘇援項(xiàng)目之一的央企，并且參加了國(guó)防科工委十大重點(diǎn)項(xiàng)目之一的研制工作。在同一專(zhuān)業(yè)前輩的帶領(lǐng)下，完成了任務(wù)，參與研制的武器在天安門(mén)國(guó)慶閱兵中得以展示。后來(lái)，著者的那只“看不見(jiàn)的手”又指使作者冥冥之中在部隊(duì)里拿到了一個(gè)防護(hù)工程的課題合作項(xiàng)目。醉 味 畫(huà) 風(fēng)上面所述的一些閱歷就組成了著者的基本素材庫(kù)，著者會(huì)把經(jīng)歷中有趣或“有戲”的部分寫(xiě)入本書(shū)，以供大家“好玩”，也存“玩物開(kāi)智”的欲念。前有榜樣，力學(xué)里的一些成果是一位叫作達(dá)·芬奇的歐洲藝術(shù)家“玩”出來(lái)的，故也想以輕松活潑的形式來(lái)普及一點(diǎn)力學(xué)知識(shí)。如此考量，采用何樣體裁，作者便有路數(shù)在心——既嚴(yán)謹(jǐn)，又耐看。有一種夸張的說(shuō)法：歐美的青少年是玩大的，或許這就是其創(chuàng)造力的本源。好萊塢會(huì)玩，且玩出了科技意義，一些系列大片不僅在中國(guó)切走一塊蛋糕，而且暗中助推投入世界各地戰(zhàn)場(chǎng)的美軍士兵，為美國(guó)建功立業(yè)。“在商言商”，我們何不如法炮制呢？因此，作者想做一點(diǎn)科普的事兒，作者受科普益，何不益科普？這也是教育本分。深層思量，頗有道理，若學(xué)科沒(méi)有情感，誰(shuí)會(huì)去直面學(xué)科的蒼白？若科學(xué)沒(méi)有溫度，誰(shuí)又會(huì)去擁抱科學(xué)的春天呢？此理念推著著者向釋縛釋惑方向使力，并在亦莊亦諧中展開(kāi)。以積累多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，并迎合大眾口味來(lái)鋪陳，希望能開(kāi)啟青少年的科技感覺(jué)。在讀過(guò)梁的彎曲位移內(nèi)容后，著者便發(fā)現(xiàn)，此置換法是新法，是教科書(shū)中不曾見(jiàn)過(guò)的解法，而通過(guò)置換法就能夠解決結(jié)構(gòu)師的一些問(wèn)題，這是期盼。新特色本書(shū)在材料力學(xué)關(guān)于變形方面的新表述、新方式和新過(guò)程等，有以下數(shù)項(xiàng)：“置換法”、“分段剛化-置換法”、“截?cái)?置換法”，為解法。“相對(duì)變形（位移）”、“牽連位移”和“絕對(duì)變形（位移）”概念，利用運(yùn)動(dòng)學(xué)概念的延伸，借雞生蛋�！傲υ�素分布表”是在聯(lián)立求解多元一次方程時(shí)，分析未知力因素分布情況的列表�！跋�元步驟進(jìn)行圖”是確立力元素替代解算具體步驟的路線圖。為了體現(xiàn)通俗性、趣味性，全書(shū)在有關(guān)段落處的正文外，會(huì)用生動(dòng)的短句提示讀者，起到解釋、引人入勝的作用，有時(shí)是點(diǎn)題，有時(shí)是頓悟，幾處還出現(xiàn)小插曲等。節(jié)后每每也會(huì)給出口訣、詩(shī)文或?qū)β?lián)式的結(jié)語(yǔ)。著者認(rèn)為這不是一般的課本，通過(guò)這些手段，能較為充分地展示置換法良好的親和力。本書(shū)的插圖均由著者本人繪制，一些圖案是現(xiàn)場(chǎng)速寫(xiě)而顯示了真實(shí)性，因此，也具有了一定的史料性質(zhì)。近貿(mào)易摩擦不斷，它與“專(zhuān)利”相關(guān)，“專(zhuān)利”與“創(chuàng)造力”相關(guān)，“創(chuàng)造力”又與“科技素養(yǎng)”相關(guān)，因而“貿(mào)易摩擦”與“科普讀物”相關(guān)，那就讓此書(shū)為提升民眾力學(xué)素質(zhì)出力吧。鳴 謝 同 仁置換法的成書(shū)要感謝幫助作者申報(bào)各級(jí)課題的華東交通大學(xué)的同事——余學(xué)文、胡淑蘭、肖挺松和梁平英等老師，并向激勵(lì)作者探索的諸多同行致謝！一并對(duì)編審人士的慧眼靈犀深表謝忱！文思看山崢嶸，一波三折為獵奇，理念削峰填谷，三教九流盼歸一。高樓攀云破霧，似昔日煙囪電柱，長(zhǎng)橋越水過(guò)隧，如當(dāng)今芯片網(wǎng)路。摩天鱗次櫛比，當(dāng)比土地爺伸臂？天塹車(chē)水馬龍，合龍憑懸臂對(duì)齊？簧片婀娜多姿，可以懸臂梁比擬，跳板彈飛冠軍，已然置換梁托舉。著者二零一九年三月于南昌贛江之濱從學(xué)科層面觀，固體力學(xué)牽涉范圍包括土木、機(jī)械、交通、航空、動(dòng)力、水利、冶金、化工等領(lǐng)域，具體地說(shuō)是涉及這些行業(yè)的裝備、物件或其產(chǎn)物。本書(shū)的研究對(duì)象即是所述物件中的長(zhǎng)形構(gòu)件及其簡(jiǎn)單組合，主要內(nèi)容是對(duì)受荷載作用后，對(duì)象的彈性變形的計(jì)算。眾所周知，《理論力學(xué)》是經(jīng)典力學(xué)傳承的第一門(mén)理論，亦是力學(xué)基礎(chǔ)課程，同時(shí)，其也是可變形固體構(gòu)件科學(xué)研究的先導(dǎo)理論，而桿的受力變形研討則依賴(lài)于兩本基本著述——《材料力學(xué)》和《結(jié)構(gòu)力學(xué)》。若細(xì)處著眼，在材料力學(xué)的范疇，前人使用多種計(jì)算方法及計(jì)算工具進(jìn)行了研究，抽其精髓，保留下當(dāng)前廣為流行的版本，理論框架、計(jì)算公式很少采用一個(gè)世紀(jì)以來(lái)的成果，稱(chēng)為“經(jīng)典”恰如其分。反向觀，此狀況是否表示偌長(zhǎng)的時(shí)間里無(wú)重要成果？無(wú)論如何，此狀況卻引導(dǎo)作者進(jìn)行了探索。在計(jì)算工具方面，本書(shū)建立新的梁位移計(jì)算模式，使得一般需用積分方法計(jì)算的問(wèn)題，改換為只用算術(shù)四則運(yùn)算法計(jì)算的問(wèn)題；在設(shè)計(jì)方法方面，本書(shū)另辟蹊徑，一定程度地貫通了材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)。換言之，本書(shū)試圖用理論力學(xué)和材料力學(xué)中的梁位移相關(guān)理論，一并加上本書(shū)著者對(duì)梁內(nèi)容的一個(gè)方向的拓展，便能進(jìn)行部分簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的計(jì)算而毋庸學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)力學(xué)知識(shí)，故而，對(duì)于一些沒(méi)有專(zhuān)業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)但又需面對(duì)簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的工科行業(yè)、部分專(zhuān)業(yè)人員，這樣做是適宜的。探 知 收 益下面闡述著者對(duì)梁的位移內(nèi)容進(jìn)行深入發(fā)掘的經(jīng)歷，或許可給人們以啟發(fā)。2000年，著者在《華東交通大學(xué)學(xué)報(bào)》發(fā)表了關(guān)于置換法的第一篇論文，當(dāng)時(shí)此方法的基本實(shí)例呈現(xiàn)為各種梁的大撓度統(tǒng)一于它們各自對(duì)應(yīng)的一根懸臂梁，故在論文的題目里用上了“同一性”一詞。無(wú)疑，它提振了人們尋找簡(jiǎn)單梁替代復(fù)雜梁進(jìn)行分析的信心。2002年，著者第一次用置換法的簡(jiǎn)支梁位移方程求解了任意簡(jiǎn)支梁的位移，當(dāng)時(shí)稱(chēng)為“比擬梁法”，此名詞源于力學(xué)工作者都較為熟悉的“扭轉(zhuǎn)問(wèn)題的薄膜比擬”，依問(wèn)題的操作方式而借用于梁分析。2003年著者又探索了將懸臂梁撓曲線整體通過(guò)線位移和角位移恰當(dāng)?shù)倪m配后，可以變化成研究對(duì)象梁的撓曲線的事實(shí)。2004年著者給出置換法的圖像證明。這樣，梁位移內(nèi)容研究推進(jìn)到以懸臂梁位移的簡(jiǎn)單結(jié)果，搭建了一個(gè)求解簡(jiǎn)單梁位移的平臺(tái)。2006年著者參加在河南理工大學(xué)召開(kāi)的第15屆全國(guó)結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會(huì)議，會(huì)上宣讀了置換法求解簡(jiǎn)單超靜定梁的論文。鑒于“比擬”的名稱(chēng)較容易與諸如“比擬連續(xù)梁法”等相混淆，在此后發(fā)表的論文中將其改為“置換法”字樣，該方法實(shí)質(zhì)未變。對(duì)于連續(xù)梁求解，本法省略了結(jié)構(gòu)力學(xué)中的漸近法包含的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度、傳遞系數(shù)和分配系數(shù)等必備概念。2007年至2008年間，著者分門(mén)別類(lèi)地研究了簡(jiǎn)單剛架的置換法解法，例如，鉸接型鋼架、固端型鋼架，靜定鋼架、超靜定鋼架，無(wú)側(cè)移Γ形門(mén)形剛架、有側(cè)移的Γ形門(mén)形剛架等，擴(kuò)大了置換法的運(yùn)用范圍。自2011年始，著者向更廣闊的外界介紹置換法，參加有關(guān)國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議并宣讀論文，分別解決了單墩橋梁、無(wú)側(cè)移簡(jiǎn)單剛架、簡(jiǎn)單對(duì)稱(chēng)剛架的置換法求解問(wèn)題，提出分段剛化法結(jié)合置換法和截?cái)?置換法等以往不曾有過(guò)的方法，旨在提升置換法的水平。2014年《力學(xué)與實(shí)踐》雜志刊登了著者置換法解外伸梁?jiǎn)栴}的論文；隨后，2015年著者又證明了置換法位移方程的自身關(guān)系，得出結(jié)論：以該法位移方程表示的撓度與轉(zhuǎn)角嚴(yán)格符合一階導(dǎo)數(shù)關(guān)系，置換法位移方程在數(shù)理上成立。簡(jiǎn)言之，置換法就是利用懸臂梁的撓曲線相對(duì)容易把控，其大轉(zhuǎn)角、大撓度結(jié)果簡(jiǎn)單這一特點(diǎn)，針對(duì)簡(jiǎn)支梁、懸臂梁和外伸梁分別搭建“置換法位移方程”這個(gè)平臺(tái)，在計(jì)算了任意梁對(duì)應(yīng)的懸臂梁的位移后，通過(guò)這個(gè)平臺(tái)就能求解出原梁位移，“置換”的道理即是此意。本書(shū)相關(guān)研究曾獲得華東交通大學(xué)首屆科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)的獎(jiǎng)項(xiàng)（喻曉今，靜定梁位移計(jì)算的新方法——比擬梁法，獲“自然科學(xué)三等獎(jiǎng)”，2004年9月10日，證書(shū)號(hào)：kjcg��2004��1��3��3�睤00）；獲得第15屆全國(guó)結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會(huì)議“中青年優(yōu)秀論文獎(jiǎng)”。此方面的研究，以著者主持并結(jié)題的江西省教育廳教改項(xiàng)目“結(jié)構(gòu)中力與位移關(guān)系內(nèi)容的適應(yīng)削減課時(shí)的置換法建造（課題編號(hào)：JXJG��14��5��31）”而告一段落。宣 開(kāi) 初 衷下面講述在相關(guān)領(lǐng)域的材料力學(xué)教育中集中推廣置換法的理由�，F(xiàn)在的工科，由于增加課種、縮減學(xué)時(shí)等原因，材料力學(xué)中梁的位移內(nèi)容只介紹積分法和疊加法，歷史上所出現(xiàn)的其他方法，由于一些不便，諸如需另開(kāi)一個(gè)知識(shí)體系、需要記憶較多系數(shù)或是掌握其算法需要耗時(shí)日等，就不再在本書(shū)采用了。即便是疊加法，每每計(jì)算都得查用相應(yīng)的位移結(jié)果圖表等，效率很低。而置換法卻與眾不同，在操作層面，只要記憶少量系數(shù)、公式等，便能較好地手算梁的位移，甚至分析簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，結(jié)果還是解析解，有鑒于此，該方法有推廣使用的現(xiàn)實(shí)需求。為將已經(jīng)獲得方法的優(yōu)勢(shì)廣泛地、迅速有效地告知科技青年、業(yè)內(nèi)師生，著者一直在力行。2017年在貴州凱里學(xué)院承辦的第四屆全國(guó)力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議暨第五屆西南東北華東三地區(qū)力學(xué)教學(xué)暨學(xué)術(shù)交流會(huì)上，著者的置換法報(bào)告引起不少青年學(xué)者、教師的興趣，這更堅(jiān)定了作者的信心——出版專(zhuān)著介紹該成果。淬 煉 經(jīng) 歷寫(xiě)作中以何種形式、風(fēng)格來(lái)傳達(dá)科學(xué)內(nèi)容而又不失閱讀味道，如何點(diǎn)綴、描繪甚至渲染呢？著者憶起自己認(rèn)識(shí)事物、汲取知識(shí)養(yǎng)分并成就一些實(shí)績(jī)的歷程。20世紀(jì)60年代初期，著者被祖母帶到贛江邊的船上，望著中流風(fēng)帆縱橫游走，一幅風(fēng)檣動(dòng)景象，奇怪，旋風(fēng)？后來(lái)從科普?qǐng)D書(shū)中得到了分力、合力的概念。20世紀(jì)60年代中期，鄰居伙伴的小人書(shū)引來(lái)作者好奇心：加加林上天了，好高，那里沒(méi)有重量，人們?cè)陲w船里走路要用腳背勾著像輪船上的爬梯一樣的腳套，好玩！這就是簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)。筒子樓里漸有戰(zhàn)斗氣息了，比有槍的伙伴還牛的是他對(duì)面住的中學(xué)生，他從褲兜里掏出一個(gè)木柄手榴彈，擰開(kāi)后蓋，露出白色引線，告訴大家：這是拉環(huán)，一拉就投出去�；锇榫尤簧焓志鸵�拉！差一點(diǎn)就要“翻了兜”，伙伴們都為“真家伙”所迷。在八一橋頭，作者見(jiàn)到支左部隊(duì)浩浩蕩蕩列隊(duì)環(huán)城游行，那高射炮直指蒼穹、顫顫巍巍，又是何等氣宇軒昂。后來(lái)知道，德國(guó)法西斯軍隊(duì)曾用高炮平射來(lái)當(dāng)反坦克炮使。不久后，一輛解放牌卡車(chē)將作者一家人載往“廣闊的天地”，作者便將車(chē)描繪了下來(lái)。20世紀(jì)60年代末，著者在田埂上見(jiàn)到了人力水車(chē)，見(jiàn)到了這種木制簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的受力變形，吱吱嘎嘎、晃晃悠悠，并有幸見(jiàn)證了其被抽水機(jī)完全替換的過(guò)程。在興修水利的贛江大堤上，作者見(jiàn)到了人民戰(zhàn)爭(zhēng)式的壯觀場(chǎng)景：風(fēng)雷動(dòng)，旌旗奮，銀鋤落，鐵臂搖。一些場(chǎng)景被作者用粉筆反映在了班級(jí)的黑板報(bào)上。20世紀(jì)70年代前期，夜里剛躺下的作者被人叫起：“快來(lái)看衛(wèi)星！”厲害了，趕上蘇聯(lián)了，怎么上去的？小人書(shū)中的事在中國(guó)也實(shí)現(xiàn)了！夏夜星空竹床上，父親給著者講述“動(dòng)者恒動(dòng)，靜者恒靜”的物理，這是空中物體的平衡原理。剛下農(nóng)村時(shí)是在祠堂里上課，后來(lái)“五七中學(xué)”建設(shè)新校舍，著者見(jiàn)識(shí)了支架圓木房梁、三角形屋架等過(guò)程，大家也自己動(dòng)手打坯燒磚�！半p搶”時(shí)學(xué)生也要放假以支援搶收搶種，著者也見(jiàn)多了田間地頭的青年們的扁擔(dān)角力運(yùn)動(dòng)游戲；挑選扁擔(dān)時(shí)的按壓試力等，都是長(zhǎng)形物的力與變形的實(shí)例。70年代中期，著者體驗(yàn)了多種勞動(dòng)，在青云譜苗圃學(xué)習(xí)園藝時(shí)，對(duì)多種樹(shù)木寫(xiě)生畫(huà)畫(huà)。在揭露法西斯的集中營(yíng)罪惡的書(shū)里，有成堆的人發(fā)工藝品照片及其他相片，著者臨摹了幾張，其中有一張名為“捷克南部風(fēng)光”，內(nèi)有連續(xù)梁例型。就這樣，著者學(xué)繪畫(huà)，玩樂(lè)器，買(mǎi)元器件組裝礦石收音機(jī)等，“蹉跎”了一段歲月，其實(shí)也就在不經(jīng)意之間，成就了一類(lèi)青年的好事——能夠在停招后第一次全國(guó)統(tǒng)一高考招生中踏入大學(xué)校門(mén)。高考時(shí)著者所在地的做法是先填志愿后考試，著者不假思索地便填寫(xiě)了首都的一所國(guó)防工業(yè)院校，當(dāng)時(shí)腦海里滿(mǎn)是電影《長(zhǎng)城新曲》中那輾轉(zhuǎn)騰躍的坦克，總在想象北方那一排白楊樹(shù)下的一排戰(zhàn)車(chē)是怎樣的風(fēng)光。大學(xué)畢業(yè)后，著者也果真奔赴了國(guó)家第一個(gè)五年計(jì)劃中建設(shè)的156個(gè)蘇援項(xiàng)目之一的央企，并且參加了國(guó)防科工委十大重點(diǎn)項(xiàng)目之一的研制工作。在同一專(zhuān)業(yè)前輩的帶領(lǐng)下，完成了任務(wù)，參與研制的武器在天安門(mén)國(guó)慶閱兵中得以展示。后來(lái)，著者的那只“看不見(jiàn)的手”又指使作者冥冥之中在部隊(duì)里拿到了一個(gè)防護(hù)工程的課題合作項(xiàng)目。醉 味 畫(huà) 風(fēng)上面所述的一些閱歷就組成了著者的基本素材庫(kù)，著者會(huì)把經(jīng)歷中有趣或“有戲”的部分寫(xiě)入本書(shū)，以供大家“好玩”，也存“玩物開(kāi)智”的欲念。前有榜樣，力學(xué)里的一些成果是一位叫作達(dá)·芬奇的歐洲藝術(shù)家“玩”出來(lái)的，故也想以輕松活潑的形式來(lái)普及一點(diǎn)力學(xué)知識(shí)。如此考量，采用何樣體裁，作者便有路數(shù)在心——既嚴(yán)謹(jǐn)，又耐看。有一種夸張的說(shuō)法：歐美的青少年是玩大的，或許這就是其創(chuàng)造力的本源。好萊塢會(huì)玩，且玩出了科技意義，一些系列大片不僅在中國(guó)切走一塊蛋糕，而且暗中助推投入世界各地戰(zhàn)場(chǎng)的美軍士兵，為美國(guó)建功立業(yè)�！霸谏萄陨獭保�我們何不如法炮制呢？因此，作者想做一點(diǎn)科普的事兒，作者受科普益，何不益科普？這也是教育本分。深層思量，頗有道理，若學(xué)科沒(méi)有情感，誰(shuí)會(huì)去直面學(xué)科的蒼白？若科學(xué)沒(méi)有溫度，誰(shuí)又會(huì)去擁抱科學(xué)的春天呢？此理念推著著者向釋縛釋惑方向使力，并在亦莊亦諧中展開(kāi)。以積累多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，并迎合大眾口味來(lái)鋪陳，希望能開(kāi)啟青少年的科技感覺(jué)。在讀過(guò)梁的彎曲位移內(nèi)容后，著者便發(fā)現(xiàn)，此置換法是新法，是教科書(shū)中不曾見(jiàn)過(guò)的解法，而通過(guò)置換法就能夠解決結(jié)構(gòu)師的一些問(wèn)題，這是期盼。新特色本書(shū)在材料力學(xué)關(guān)于變形方面的新表述、新方式和新過(guò)程等，有以下數(shù)項(xiàng)：“置換法”、“分段剛化-置換法”、“截?cái)?置換法”，為解法�！跋鄬�(duì)變形（位移）”、“牽連位移”和“絕對(duì)變形（位移）”概念，利用運(yùn)動(dòng)學(xué)概念的延伸，借雞生蛋�！傲υ�素分布表”是在聯(lián)立求解多元一次方程時(shí)，分析未知力因素分布情況的列表�！跋�元步驟進(jìn)行圖”是確立力元素替代解算具體步驟的路線圖。為了體現(xiàn)通俗性、趣味性，全書(shū)在有關(guān)段落處的正文外，會(huì)用生動(dòng)的短句提示讀者，起到解釋、引人入勝的作用，有時(shí)是點(diǎn)題，有時(shí)是頓悟，幾處還出現(xiàn)小插曲等。節(jié)后每每也會(huì)給出口訣、詩(shī)文或?qū)β?lián)式的結(jié)語(yǔ)。著者認(rèn)為這不是一般的課本，通過(guò)這些手段，能較為充分地展示置換法良好的親和力。本書(shū)的插圖均由著者本人繪制，一些圖案是現(xiàn)場(chǎng)速寫(xiě)而顯示了真實(shí)性，因此，也具有了一定的史料性質(zhì)。近貿(mào)易摩擦不斷，它與“專(zhuān)利”相關(guān)，“專(zhuān)利”與“創(chuàng)造力”相關(guān)，“創(chuàng)造力”又與“科技素養(yǎng)”相關(guān)，因而“貿(mào)易摩擦”與“科普讀物”相關(guān)，那就讓此書(shū)為提升民眾力學(xué)素質(zhì)出力吧。鳴 謝 同 仁置換法的成書(shū)要感謝幫助作者申報(bào)各級(jí)課題的華東交通大學(xué)的同事——余學(xué)文、胡淑蘭、肖挺松和梁平英等老師，并向激勵(lì)作者探索的諸多同行致謝！一并對(duì)編審人士的慧眼靈犀深表謝忱！文思看山崢嶸，一波三折為獵奇，理念削峰填谷，三教九流盼歸一。高樓攀云破霧，似昔日煙囪電柱，長(zhǎng)橋越水過(guò)隧，如當(dāng)今芯片網(wǎng)路。摩天鱗次櫛比，當(dāng)比土地爺伸臂？天塹車(chē)水馬龍，合龍憑懸臂對(duì)齊？簧片婀娜多姿，可以懸臂梁比擬，跳板彈飛冠軍，已然置換梁托舉。著者二零一九年三月于南昌贛江之濱