材料力学课程教学基本要求.doc

山东建筑工程学院材料力学课程教学基本要求 课程编码：130402 课程名称：材料力学 Mechanics of Materials先修课程：理论力学总学时： 80(授课学时：72；上机学时：0； 实验学时:8) 一、课程的性质和任务 材料力学是高等工科学校一门很重要的专业技术基础课，它与机械、土建、 交通水利等工程密切相关，在基础课与专业课之间起着桥梁作用。其任务是：1、 研究构件的强度、刚度及稳定性问题；实验分析构件所用材料的力学性质， 为构件的设计提供理论基础和计算方法。 2、培养学生具有一定的计算能力、理论分析和实验分析能力。 3、为学生学习后续课程和工程技术提供必要的力学基础。 4、加强学生的抽象思维能力和科学的世界观。 5、培养学生的工程观点和解决问题的能力。二、课程教学内容的基本要求、重点和难点及学时分配1、绪论（2学时）基本要求：了解构件强度、刚度和稳定性的概念，明确本课程的主要任务。理解变形固体的概念和基本假设。明确理解内力、应力、应变概念。了解基本变形杆件的受力和变形特征。 重点与难点：外力与内力，应力、正应力和剪应力，变形、线应变和角应变概念。截面法求内力。 2、四种基本变形（32学时） 基本要求：熟练掌握采用截面法求杆件在拉（压）、扭转和弯曲变形时的内力，并能绘制相应的内力图。理解拉（压）直杆、圆轴和梁对称弯曲时的应力、变形公式的推导过程，明确平面假设的意义和作用。掌握应力随所在截面方位的变化规律。熟练掌握强度、刚度问题的计算，掌握超静定杆系的一般解法，并能熟练计算一次超静定杆系。掌握“用切线代替圆弧”法求简单珩架节点位移的方法。 了解剪切、挤压概念，掌握剪切和挤压的实用计算。深刻理解剪应力互等定理和剪切胡克定律。了解圆柱形密圈弹簧应力和变形的计算方法；了解有关矩形截面杆扭转时横截面上剪应力分布规律的主要结论及其强度和刚度的计算方法。 重点与难点：（1）轴向拉（压）。该部分是本课程中的一个最基本的问题，内容虽然简单，但由于其众多概念在后面章节里将经常出现，故极为重要。难点是：小变形条件下求杆系节点位移的应用（以切代弧法）；拉（压）杆的一次超静定问题（包括温度应力和装配应力）。（2）剪切。剪切、挤压概念；连接件剪切面和挤压面的判别，剪切、挤压的实用计算。剪应力互等定理；剪切胡克定律。剪切内容较多涉及工程实际结构，看懂工程结构荷载图，进行受力分析是难点。如综合运用拉压、剪切和挤压强度条件对连接件进行强度计算。（3）扭转。受扭圆轴的内力、应力、扭转角计算及强度、刚度条件。综合运用强度、刚度条件解决圆轴设计问题及扭转的超静定问题较难。（4）弯曲。平面弯曲的概念；支座和支座反力；截面法求内力；按内力方程作内力图是基本方法；总结内力与外力的关联规律，由外力直接得出内力的代数计算式（简易法），应熟练掌握；利用剪力、弯矩与荷载集度间的微分、积分关系，分析内力图的形状特点，结合控制面上的内力值，简便地作出内力图，该方法不需较严格的数学知识，在工程上应用广泛；叠加法原理有一定适用条件，并且需一定准备知识，方可简便有效作图。纯弯曲概念；中性层和中性轴；梁横截面上正应力、剪应力计算。正应力、剪应力强度条件，其中正应力强度条件是控制性条件。难点是应力计算公式的推导及提高梁抗弯强度的措施评价。挠度和转角；梁的挠曲线近似微分方程；用积分法求梁的变形，用叠加原理求梁的变形，用变形比较法解一次超静定梁，选择基本静定梁尤为重要。梁的刚度条件。 3、应力状态分析和强度理论（10学时） 基本要求：明确一点应力状态、主应力和主平面、单元体等基本概念，熟练掌握单元体的截取方法及其各面上应力分量的计算方法。掌握用解析法和图解法计算平面应力状态下的任意斜截面上的应力、主应力和主平面方位,会在单元体上画出主平面图，并标出主应力。了解三向应力状态的应力圆画法，熟练掌握单元体最大剪应力计算。掌握广义胡克定律的应用，了解关于复杂应力状态变形比能、形状改变比能和体积改变比能的一些主要结论和公式。了解平面应变状态的分析方法和有关结论。 强度理论概念；了解材料常见的两种破坏方式，理解四种常见强度理论及莫尔强度理论或纯剪切强度理论。熟练掌握用第三、第四强度理论进行强度计算。 重点与难点：一点的应力状态、单元体概念。平面应力状态下的应力研究和应变研究（数值法和图解法）。三向应力状态下的最大剪应力；广义胡克定律；变形比能、形状改变比能和体积改变比能。强度理论概念；脆性断裂的强度理论；流动失效的强度理论；强度理论的选择。 4、组合变形（6学时） 基本要求：了解组合变形杆件强度计算的基本方法，掌握危险截面、危险点的判定方法。掌握斜弯曲、拉（压）弯组合、圆轴的弯扭组合变形时的应力和强度计算。掌握绘制截面核心的方法。 重点与难点：组合变形时杆件横截面上应力计算：两个平面弯曲的组合；拉伸（压缩）和弯曲的组合；扭转和弯曲的组合。截面核心概念及计算。结构中组合变形的杆件的强度计算较难。 5、截面的几何性质（4学时） 基本要求：掌握截面的几何性质定义，熟练掌握惯性矩、惯性积的平行移轴公式、转轴公式，熟练计算组合截面对形心轴的惯性矩和静矩；会计算简单组合截面的主惯性轴位置和主惯性矩。重点与难点：截面的静矩、惯性矩和极惯性矩、惯性积的计算。熟记简单图形：矩形、圆形截面的几何性质计算结果。熟练运用平行移轴公式计算组合截面的静矩、惯性矩；掌握转轴公式计算截面的主惯性轴、主惯性矩。截面的几何性质分析与证明及组合截面的形心主惯性矩的计算是难点。 6、能量方法（5学时） 基本要求：理解功能原理，掌握杆件变形能的计算，熟练应用卡氏定理、单位荷载法求结构位移；掌握能量法解超静定问题。 重点与难点：杆件的变形能表达式；卡氏定理，单位荷载法；力法求解静不定问题；功的互等定理和位移互等定理。 7、压杆稳定（5学时） 基本要求：明确稳定平衡、不稳定平衡和临界力的概念，掌握两端铰支压杆临界力计算公式推导。理解长度系数的力学意义，熟练掌握四种常见约束形式下细长压杆的临界力计算。明确压杆柔度、临界应力概念和临界应力总图。掌握大柔度压杆的判定方法和稳定性计算。 重点与难点：稳定的概念；临界力和临界应力的计算，欧拉公式使用范围；压杆的稳定性计算是结构设计中的重要部分之一，应特别注意。稳定安全系数法是机械工程上常采用的稳定计算方法。折减系数法是土木工程中常采用的稳定计算方法。 8、动荷载和交变应力（8学时） 基本要求：掌握杆件匀加速直线运动或匀速转动时的动应力计算。掌握构件受冲击荷载作用时动应力计算，了解受强迫振动时的动应力计算。理解动荷系数概念。了解疲劳破坏的机理和特点，掌握交变应力的应力幅、平均应力和循环特性的计算。明确材料疲劳极限的概念，了解其测试原理和方法。掌握结构的疲劳破坏计算。 重点与难点：动荷载概念；匀加速直线运动和等速转动、冲击时动荷系数计算。疲劳破坏的特点，交变应力各名词解释；构件疲劳强度计算。 9、实验教学（8学时） 基本要求：对一些材料的基本常用力学性能指标进行测定，对根据假设导出的理论公式加以验证。实验应力的初步分析，掌握所用仪器设备的操作规程及熟练使用仪器设备，进行数据采集及分析，观察实验过程中各种物理现象。重点与难点：实验方案的制定，惠斯顿电桥的理论知识与实验应用实验误差的分析，仪器设备的操作使用。实验名称、内容与学时分配表序号实验名称实验内容学时1拉伸实验 了解实验设备、观察低碳钢及铸铁受拉伸直至破坏的过程、测定各项机械性能指标 （ss 、sb 、d 、y） 、比较低碳钢（塑性材料）与铸铁（脆性材料）拉伸时的机械性质。22压缩实验 测定低碳钢压缩时的屈服极限ss和铸铁强度极限sb、观察低碳钢和铸铁压缩时的变形破坏现象。23扭转实验 测定低碳钢的剪切屈服极限ts、剪切强度极限tb及单位扭转角Q，同时测定铸铁的剪切强度极限tb及单位扭转角 观察比较低碳钢（塑性材料）和铸铁（脆性材料）在受扭转力过程中的变形情况和破坏特征，分析其原因。24弯曲实验 测定钢梁纯弯曲时横截面上的正应力分布，并与理论值比较，以验证弯曲正应力公式。 了解电测的基本原理，初步学会静态电阻应变仪的使用。2弯扭组合实验学习用电测法测定平面应力状态下一点处应力大小、方向的原理和方法。 测定薄壁圆管在弯曲与扭转组合变形下表面一点处的主应力大小和方向。26冲击实验 测定低碳钢、铸铁的冲击韧度aku，了解金属在常温下冲击韧性指标的测定方法。 观察塑性材料与脆性材料承受冲击破坏时的断口情况，并进行比较。2三、能力培养的要求1、 分析能力：具有建立受力结构中杆件力学简图的能力。能够对杆系进行受 力分析，并以图示之。2、 计算能力：具有对弹性静定直杆、超静定直秆进行强度、刚度计算的能力。 具有对细长压杆稳定性计算的能力。3、 实验分析能力：使学生具有初步的实验分析材料力学性能的能力。对实验 应力分析有一定认识。提高实验现象的观察力。 4、自学能力：具有自学和阅读课程参考书的能力。5、表达能力：作业中文字要流畅，书写要整洁，图表要清晰，计算步骤要严谨，计算结果要准确。四、教材与参考书目：教材： 材料力学（第三版） 刘鸿文主编 高等教育出版社（机本用） 材料力学（第三版） 孙训方等编 高等教育出版社（工本用） 参考书目：不限，相应材料力学教材和其学习指导书。五、考试形式：闭卷笔试；大作业。六、有关说明1、本课程教学中，学生必须完成一定数量的课外作业，课外习题量建议应不少于学时数的1.75倍，本课程约130道题。习题类型包括：概念题。简单证明 题、基本运算题和综合题。 2、实验是教学的一个重要环节，用于基本实验的学时数应不少于8学时。 3、材料力学教材选用：机械本科专业建议使用刘鸿文主编的材料力学，土木工程本科专业建议使用孙训方等主编的材料力学，两教材均为高等教育出版社出版，属优秀教材。 4、 本课程应讲、练结合，习题课或课堂讨论时间建议不少于课程学时数的1/8。 5、同课程大纲要求的不同专业应同卷测试，试卷题目从国家推荐使用的试题库中选择。 6、授课内容应力求浅显简明，少用较深的数学知识。 七、课程建设与改革摘要 本课程教学内容的选取应注意三个方面，一是精选内容以减少与己学课程理论力学及后续课程结构力学的重叠现象；二是采用分层次和模块 式的课程结构，授课内容安排由广而深到特例、易；三是新增目前工程上常用的新型材料的力学性能分析，与时代保持同步。 介绍结构分析的常用软件包，安排一定学时的上机操作，求解四种基本变形情况下受力杆件的强度和刚度问题，熟悉结构分析的先进工具和手段。 改革原有考试制度，使一成不变的闭卷式考试多样化。 充分利用学校先进教学设备，开展形式多样化、生动、趣味化的教学方法。研制或引进课程的多媒体教学软件，采用多媒体课程教学。 编 写 人: 高秀华审 核 人: 杨 旭 批 准 人：许福运 修订日期:：2003.4材料力学课程简介课程名称：材料力学课程编号：130402课程简介：计算杆件在轴向拉（压），扭转，剪切和平面弯曲的内力，画内力图；对轴向拉压，扭转和平面弯曲作应力计算；强度条件和刚度条件的建立与应用；一次超静定问题的解法。剪切和挤压的实用计算；综合应用拉（压），剪切和挤压强度条件对连接件作强度计算。用解析法和图解法分析平面应力状态；求任一斜截面上的应力，主应力、主平面方位；画三向应力状态的应力圆，计算单元体上的最大剪应力；广义虎克定律及其应用；复杂应力状态下的比能；材料常见的两种破坏类型，四种常见的强度理论，双剪切强度理论及莫尔强度理论。杆件在斜弯曲，拉（压）与弯曲组合及弯扭组合时的强度计算；截面核心的概念与计算。截面几何性质的概念及定义；平行移轴公式和转轴公式；组合截面静矩，形心位置，惯性矩，惯性积，形心主惯性轴及形心主惯性矩的计算。计算杆件的变形能；卡氏定理及单位荷载法的证明；用上述两种方法求结构的位移；用能量法解超静定问