材料力学教学大纲.doc

一、课程性质、目的与任务：课程性质：材料力学是变形固体力学入门的学科基础课，用以培养学生在工程设计中有关力学方面的设计计算能力，本课程主要研究工程结构中构件的承载能力问题，通过揭示构件的强度、刚度和稳定性问题的基本概念及必要的基础知识，培养学生解决问题的能力；以理论分析为基础，培养学生的实验动手能力；发挥其它课程不可替代的综合素质教育作用。 课程任务：其主要任务是培养学生： 1.树立正确的设计思想，理论联系实际，解决好经济与安全的矛盾，具备创新精； 2.全面系统地了解构件的受力变形、破坏的规律； 3.掌握有关构件设计计算的基本概念、基本理论、基本方法及其在工程的应用； 4.能将一般构件抽象出力学简图，进行外力分析、内力分析、应力分析、应变分析、应力和应变分析； 5.掌握材料的力学性能的原理和方法，具有进行实验研究的初步能力； 6.在满足强度、刚度、稳定性的前提下，以最经济的代价，为构件选择合适的形状设计合理的界面形状和尺寸，为设计提供计算依据； 7.了解材料力学的新理论，新方法及发展趋向； 课程目的：材料力学课程是高等工科院校中机械类专业一门主干课程，是机械类硕士研究生入学考试的一门专业基础课。在教学过程中要综合运用先修课程中所学到的有关知识与技能，结合各种实践教学环节，进行机械工程技术人员所需的基本训练，为学生进一步学习有关专业课程和有目的从事机械设计工作打下基础，因此材料力学课程机械类专业的教学计划中占有重要的地位和作用。 二、教学基本要求： ( 一 ) 课程的基本要求及提高要求： 基本要求： 1.对材料力学的基本概念和基本分析方法有明确的认识。 2.能熟练地做出杆件在基本变形下的内力图，进行应力和位移、强度和刚度计算。 3.掌握应力状态理论，掌握组合变形下杆件的强度计算。 4.掌握简单静不定问题的求解方法。 5.了解能量法的基本原理，掌握一种计算位移的能量方法。 6.了解压杆的稳定性概念，会计算轴向受压杆的临界力与临界应力。 7.了解低碳钢和灰口铁的基本力学性能及其测试方法。 8.掌握电测实验应力分析的基本原理和方法。 提高要求： 1.薄壁杆件扭转，弯曲中心，莫尔强度理论； 2.功互等定理、位移互等定理和虚功原理； 3.拉压杆的弹塑性分析； 4. 综合性、设计性实验。 ( 二 ) 实验要求： 材料力学课程是一门实践性，设计性很强的技术基础课，实验教学是培养学生创新精神和实践能力的重要教学环节。共安排 6 次实验。 1. 低碳钢和铸铁的拉伸实验（ 2 学时）； 2. 低碳钢和铸铁的压缩实验，测 E 实验（ 2 学时）； 3. 低碳钢和铸铁的扭转实验，测 G 实验（ 2 学时）； 4. 电测实验 I （ 2 学时）； 5. 电测实验 II （ 2 学时）； 6. 光测实验，冲击，疲劳，动荷实验（ 2 学时）。 以上实验共计 12 学时，课内占 8 学时，课外占 4 学时。力学实验中心为开放实验室，开课后要预约实验。材料力学实验有材料力学实验指导书，要求学生上实验课之前要预习材料力学实验指导书，并写出预习报告。 实验时每组人数 2 3 人，每位任课教师要指导一个实验教学班的实验。实验报告要用学校统一印制的实验报告用纸，教师要认真批 阅每份实验报告，评出成绩并做好记录。三、各章节内容及学时分配： 第一章 绪论（ 2 学时） 教学目的与要求 1. 了解构件的强度、刚度和稳定性的概念。 2. 明确材料力学的课程的地位和任务。 3. 理解变形固体的基本假设、条件及其意义。 4. 明确内力的概念初步掌握用截面法计算内力的方法。 5. 建立正应力、切应力、线应变、切应变的基本概念。 6. 了解杆件四种基本变形的受力的特点和变形特点。教学内容 材料力学的任务、同相关学科的关系，变形固体的基本假设、主要研究对象、研究方法、截面法、内力、应力、和应变的概念，基本变形。第二章 轴向拉伸和压缩（ 8 学时） 教学目的与要求 1. 了解轴向拉、压的受力特点和变形特点。 2. 熟练掌握轴力计算和轴力图的绘制方法。 3. 了解轴向拉、压时横截面上正应力公式的推倒过程和应用条件。 4. 了解轴向拉、压时斜截面上应力变化规律 , 特别是最大正应力和最大切应变的大小和作用面5. 掌握轴向拉、压时 , 塑性和脆性材料的力学性质 , 并能分析解释其破坏原因。 6. 掌握工作应力、极限应力许用应力与安全系数的概念。 7. 熟练掌握轴向拉压杆的强度条件和三种强度问题的计算方法。 8. 明确弹性模量 E 波松比 和抗拉 、 压刚度 EA 的物理意义 , 熟练运用胡克定律计算拉压杆变形 。 9. 建立轴向拉、压时弹性变形能的概念和计算方法。 10. 熟练掌握一次拉、压静不定的解法 ( 包括温度应变和装配应力 ) 。 11. 了解应力集中的概念。 教学内容 轴力与轴力图，直杆横截面及斜截面的应力，圣维南原理，应力集中的概念。材料拉伸及压缩时的力学性能，应力 - 应变曲线。拉压杆强度条件，安全因数及许用应力的确定。第三章 扭转和剪切（ 5 学时） 教学目的与要求 1. 了解圆轴扭转时的受力特点和变形特点。 2. 能够根据轴的传递功率和转速计算外力偶矩。 3. 熟练掌握扭矩的符号规定和扭矩图的绘制。 4. 掌握切应力互等定理和剪切胡克定律。 5. 了解圆轴扭转时横截面上的切应力和扭转变形公式的推导过程和应力分部规律。 6. 了解圆轴扭转时斜截面上的应力变化规律 , 特别是最大正应力和最大切应力的大小和作用面。 7. 了解塑性和脆性材料的扭转实验。 8. 熟练掌握圆轴扭转时变形和刚度条件。 9. 熟练掌握建立轴向拉、压时弹性变形能的概念和计算方法。 10. 掌握剪切和挤压的实用计算。 11. 了解非圆截面杆和薄壁杆件的扭转。 教学内容 扭矩及扭矩图，切应力互等定理，剪切胡克定律，圆轴扭转的应力与变形，扭转强度及刚度条件，非圆截面杆扭转的概念，密圈圆柱螺旋弹簧的应力和变形简介，剪切及挤压的概念和实用计算。 第四章 弯曲内力（ 6 学时） 教学目的与要求 1. 明确平面弯曲的概念。 2. 熟练掌握建立剪力方程、弯曲方程和绘制剪力图、弯矩图的方法。 3. 掌握平面刚架的内力计算和内力图的绘制方法。 4. 熟练运用载荷集中、剪力和弯矩之间的微分关系绘制或校核剪力图和弯矩图的方法。 5. 掌握带梁间铰静定梁的内力图的绘制。 6. 了解用叠加原理作弯矩图的基本方法。 7. 了解平面曲杆的弯曲内力计算和内力方程的建立方法。 教学内容 平面弯曲的内力，剪力、弯矩方程，剪力、弯矩图，利用微分关系画梁的剪力、弯矩图。 第五章 弯曲强度（ 8 学时）教学目的与要求 1. 明确纯弯曲和横力弯曲的概念。 2. 了解梁纯弯曲时横截面上的正应力公式的推导方法和正应力分布规律。 3. 熟练掌握弯曲正应力的计算和弯曲正应力的强度条件及其应用。 4. 理解矩形截面梁衡截面上弯曲切应力公式的推导过程及切应力的分部规律。 5. 掌握常见截面梁衡截面上切应力的计算和弯曲切应力强度条件。 6. 建立弯曲中心的概念 , 横力弯曲时 , 产生平面弯曲的条件。 7. 了解提高粱弯曲强度的主要措施。 教学内容 弯曲正应力公式，弯曲切应力，弯曲强度条件，薄壁截面梁的弯曲切应力，弯曲中心的概念，提高弯曲强度的措施。 第六章 弯曲变形（ 4 学时） 教学目的与要求 1. 明确挠曲线、挠度和转角的概念。 2. 理解求解弯曲变形的挠曲线近似非分方程的建立过程及刚度条件。 3. 掌握用积分法求弯曲变形及确定积分常数的边界条件和连续条件。 4. 掌握用叠加法求弯曲变形。 5. 了解提高粱弯曲刚度的主要措施。 教学内容 挠曲线及其近似微分方程，积分法和叠加法求梁的位移，梁的刚度校核，提高梁弯曲刚度的措施。 第七章 应力及应变分析 强的计算（ 8 学时） 教学目的与要求 1. 明确什么叫一点处的应力状态 ? 为什么要研究一点处的应力状态 ? 2. 明确主平面、主应力和应力状态分析。 3. 熟练掌握各种组合变形的危险点 ( 或指定点 ) 处原始单元体的截取及各面上的正应力。 4. 熟练掌握二向应力状态分析的解析罚和图解法及单元体与应力圆之间的一一对应关系。 5. 了解三向应力圆的画法 , 熟练掌握单元体内的最大切应力的计算。 6. 了解平面英里状态下的应便分析。 7. 掌握广义胡克定律及应用。 8. 了解复杂应力状态下的比能、体积改变比能和形状改变比能。 9. 了解什么是强度理论 ? 为什么要建立强度理论 ? 建立强的理论的依据是什么 ? 10. 熟练掌握四种常用强度理论进行强度计算的方法及强度理论的选择。 教学内容 应力状态的概念，平面应力状态下的应力分析和应变分析的解析法及图解法，三向应力状态的简介，广义胡克定律，体积应变，三向应力状态下应变能、体积改变能、畸变能的概念。 第八章 组合变形构件的强度计算（ 4 学时）教学目的与要求 1. 了解组合变形机构的强度计算的基本方法和步骤。 2. 掌握斜弯曲和拉弯曲组合变形构件的应力和强度计算。 3. 熟练掌握圆轴扭转与其他变形的组合时的应力和强度计算。 教学内容 强度理论的概念，破坏形式的分析，脆性断裂和塑性屈服，四个经典强度理论。组合变形的类型，解决的方法和步骤，组合变形下杆件的强度计算，截面核心的简介（土建类）。 第九章 实验应力分析（ 2 学时）教学目的与要求 1. 明确实验应力的分析的目的和电测法的基本原理。为什么要进行温度补偿 ? 2. 熟练掌握测量电桥的接法及其应用。 3. 掌握二向应力的状态主方向已知时的应力测定。 4. 了解二向应力的状态主方向未知时的应力测定。 5. 了解电测法的主要优缺点。教学内容 电测试验应力分析的基本原理和方法，应力测定，光测法的基本原理。第十章 能量法（ 8 学时）教学目的与要求 1. 掌握轴向拉压、圆轴扭转、平面弯曲和组合变形时的杆件变形能的计算 , 了解变形能的特点。 2. 掌握计算位移的莫尔积分法。 3. 熟练掌握一种计算位移地能量法。如计算莫尔积分的图形互乘法 4. 了解虚功和虚位移互等定理及其应用。教学内容 杆件应变能计算，卡氏定理，莫尔定理，用能量法计算位移。第十一章 静不定结构（ 6 学时） 教学目的与要求 1. 明确静不定机构的概念 , 掌握判定静不定次数的方法。 2. 掌握用力法解静不定的基本步骤。 3. 熟练掌握解一次静不定机构的变形比较法。 4. 理解力法正则方程的力学意义和建立过程 , 并用力法正则方程解静不定结构。 5. 掌握利用机构在几何物理和载荷方面的对称性和反对称性 , 来简化静不定次数的方法。 教学内容 用力法解简单静不定的基本步骤，正则方程，对称性在解静不定问题中的应用。第十二章 动载荷（ 2 学时）教学目的与要求 1. 掌握匀加速直线运动杆件和匀速转动圆环的动应力计算。 2. 理解用能量法求解自由落体和水平冲击动载荷系数 K d 公式的推导过程及动荷系数的物理意义。 3. 熟练掌握自由落体和水平冲击时的动载荷、动应力和动变形的计算。 4. 了解冲击实验和提高构件抗冲击能力的措施。教学内容 构件作等加速运动和匀速转动的应力计算，冲击时的应力和变形计算，动、静异同动应力，动变形的计算。第十三章 交变应力（ 3 学时） 教学目的与要求1. 了解疲劳破坏的特点和原因。 2. 掌握描述交变应力的参数计算。 3. 明确材料的持久极限及其测定。 4. 了解影响构件持久极限的主要原因。 5. 掌握对称循环下构件的疲劳强度计算。 6. 理解非对称循环时的材料持久极限曲线及其简化折线。 7. 了解非对称循环时 , 构件的持久极限简化折线及其构件的疲劳强度计算。 8. 了解在弯扭组合交变应力下构件的疲劳强度计算。 9. 了解提高构件疲劳强度的主要措施。教学内容 疲劳破坏的概念， S-N 曲线及材料的疲劳极限，影响构件疲劳极限的主要因素，有限寿命简介，提高构件疲劳强度的措施，交变应力与疲劳破坏，持久极限及其影响因素。 第十四章 压杆稳定（ 4 学时）教学目的与要求 1. 明确压杆稳定和临界力的概念。 2. 理解两端铰支细长压杆临界力计算公式推导过程。 3. 了解长度系数的力学意义 , 掌握四种常见约束下细长压杆临界力的计算。 4. 明确压杆的柔度和欧拉公式的适用范围。掌握临界应力总图5. 掌握压杆的稳定校核。 6. 了解提高压杆稳定的措施。教学内容 压杆稳定的概念，细长压杆临界载荷的欧拉公式，临界应力、经验公式、临界应力总图，压杆的稳定校核，安全因数法，折减系数法（土木建筑类），提高稳定性的措施。 附录 A 平面图形的几何性质 （ 2 学时） 教学目的与要求1. 掌握静矩和形心的概念、性质和计算。 2. 掌握惯性矩、惯性半径、极惯性矩和惯性积的概念、性质和计算。 3. 掌握平行移轴公式及组合图形惯性矩的计算。4. 了解转轴公式 , 主惯性轴、主惯性矩、形心主轴和形心主惯性矩的概念、性质和计算。教学内容 静矩、形心、惯性矩、惯性积、惯性半径、积惯性矩、主轴、形心主惯矩、截面二次矩、平行移轴公式、转轴公式。 四、实验： 1.实验目的与任务 大量与材料力学相关的产品和科研成果作为材料力学实验实践教学的内容，通过参观图片实物、实验扩展以及学生自己观察、分析和动手实践达到实验的