《材料力学》教学大纲

《材料力学》教学大纲学分：3.5总课时：63理论课时：54试验课时：9面向教育：农业机械化，农业机械化师范、交通运送大纲执笔人：林成厚大纲审定人：李进京阐明课程的性质、地位和任务本课程研究构件在力的作用下，强度、刚度和稳定性等问题，是一门重要的技术基础课，也是一门重要的基础力学课，为后续课程《机械原理》《机械设计》及各专业课的预备知识。课程教学的基本规定理论知识方面：本课程安排在第四学期，是在学生学完数学、物理、理论力学之后，在学生数学力学等必备的知识基础上，深入研究构件在力的作用下，内力、应力、变形及稳定性等问题，为机械设计等课程提供理论及计算措施，因此，教学中立足于基本知识，基本理论和基本技能。课程教学改革由于本课程的内容及众多公式具有一定程序及规律，为了系统地学习、研究其内在规律，对整个教材的教学设想是应用框图思维法，即削枝强干，删繁就简，强调“三基”，突出重点，到达有助于培养学生分析问题与处理问题的能力。教学大纲的内容(一)课程理论教学第一章：绪论（2课时）§1.1材料力学的任务(1)强度.刚度.稳定性.(2)材料力学的任务.§1.2变形固体的基本假设(1)变形固体的概念.(2)四个基本假设§1.3外力及其分类(1)外力概念.(2)集中力.分布力的概念.(3)积极力.约束力的概念.§1.4内力.截面法和应力的概念..(1)内力.附加内力的概念.(2)截面法及其环节.(3)应力的概念.§1.5变形与应变(1)变形的概念.(2).应变的概念§1.6杆件变形的基本形式(1)杆件种类,直杆等(2)基本变形:轴向拉伸与压缩.剪切.扭转和弯曲.【本章重点】内力.截面法的概念【提议教学措施】由材料力学的发展史及在工程实际中重要地位.激发学生学习积极性【思索题】(1)何谓强度.刚度.稳定性？.(2)何谓内力.附加内力？(3)何谓截面法？第二章拉伸.压缩与剪切§2.1轴向拉伸与压缩的概念和实例§2.2轴向拉伸与压缩时横截面上的内力和应力(1)内力:轴力及轴力图.(2)应力的概念及其计算措施.§2.3直杆轴向拉伸与压缩时斜截面上的应力(1)斜截面的概念.(2)斜截面上的应力的推导.§2.4材料在拉伸时的力学性能§2.5材料在压缩时的力学性能.(1)材料的力学性能.(2)低碳钢.铸铁的拉伸时的力学性能.(3)低碳钢.铸铁的压缩时的力学性能.§2.7失效.安全系数和强度计算(1)失效.安全系数的概念.(2)许用应力的概念.(3)强度计算及其他§2.8轴向拉伸或压缩时的变形.(1)变形.应变的概念.(2)轴向与横向变形的计算.(3)胡克定律.§2.9轴向拉伸或压缩时的变形能(1)变形能的概念.(2)轴向拉伸或压缩时的变形能.§2.10轴向拉伸.压缩静不定问题(1)静不定问题的概念.(2)求解静不定问题的环节.§2.11温度应力和装配应力(1)温度应力和装配应力的概念.(2)温度应力和装配应力属于静不定问题.§2.12应力集中的概念(1)应力集中.(2)导致应力集中的原因.§2.13剪切和挤压的实用计算(1)剪切的概念.(2)挤压的概念.(3)实用计算.(4)剪切和挤压的实用计算.【本章重点】(1)轴向拉伸与压缩时横截面上的内力和应力.(2)轴向拉伸或压缩时的变形.(3)胡克定律.(4)剪切和挤压的实用计算.【本章难点】静不定问题及其求解思绪和措施.【提议教学措施】根据材料力学总框图的思绪.对整本教材进行初步分析研究.引导学生对的地学习.用总框图的思绪来指导学生学习材料力学,提醒学生:材料力学是比较难学的,不过在工程中是非常重要的,必须学好,也一定可以学好.由于这门课程内容既贴近工程实际,又有内在规律比较规律.只要按照规律学习,一定可以掌握这门知识.【思索题】(1)何谓轴向拉伸时的平面假设？(2)何谓胡克定律？(3)何谓剪切和挤压的实用计算？(4)何谓静不定问题？(5)求解静不定问题的思绪及其措施.第三章扭转（4课时）§3.1扭转的概念和实例(1)工程中扭转的实例.(2)扭转的概念.§3.2外力偶矩的计算扭矩和扭矩图(1)外力偶矩的计算.(2)扭转的内力:扭矩.(3)内力图:扭矩图.§3.3纯剪切(1)薄壁圆筒扭转.(2)纯剪切的概念.(3)剪切胡克定律.§3.4圆轴扭转时的应力(1)扭转时平面假设.(2)圆轴扭转时的应力的推导.(3)圆轴扭转时的应力的计算公式及其使用范围.§3.5圆轴扭转时的变形(1)扭转角和单位扭转角的概念.(2)扭转角和单位扭转角的计算公式.(3)扭转静不定问题及其求解.§3.6圆柱形密圈螺旋弹簧的应力和变形(1)圆柱形密圈螺旋弹簧的应力的推导.(2)圆柱形密圈螺旋弹簧的变形的计算.*§3.7非圆截面杆件的扭转的概念(1)非圆截面杆件的扭转的概念.(2)非圆截面杆件的扭转的应力和变形的计算.*§3.8薄壁杆件的自由扭转(1)薄壁杆件的概念.(2)自由扭转的概念.(3)薄壁杆件的自由扭转的计算.【本章重点】(1)圆轴扭转时的应力公式的推导及其应用.(2)圆轴扭转时的扭转角和单位扭转角的计算.(3)圆轴扭转时的强度与刚度的计算.【本章难点】圆轴扭转时的静不定问题及其求解.【提议教学措施】引进工程实际中的例子,由浅入深讲扭转概念.推导计算公式和措施,结合实际讲解深奥的理论比较易懂.在推导公式过程中,强调材料力学分析问题时,必须从变形入手,综合几何.物理.静力学等三方面来考虑.这思绪和措施一直贯穿这门课程.【思索题】(1)何谓扭转时平面假设？(2)推导圆轴扭转横截面应力的思绪和措施.(3)怎样进行圆轴扭转的强度和刚度的计算？附录Ⅰ平面图形的几何性质（2课时）§Ⅰ.1静矩和形心(1)静矩的概念(2)静矩和形心的关系§Ⅰ.2惯性矩和惯性半径(1)惯性矩的概念(2)惯性半径的概念§Ⅰ.3惯性积(1)惯性积的定义.(2)惯性积的特点§Ⅰ.4平行移轴公式(1)惯性矩的平行移轴公式(2)惯性积的平行移轴公式§Ⅰ.5转轴公式主惯性轴(1)惯性矩和惯性积的转轴公式.(2)主惯性轴与形心主惯性轴的概念.(3)主惯性矩与形心主惯性矩的计算.【本章重点】(1)平行移轴公式.(2)转轴公式(3)主惯性轴与形心主惯性轴的概念(4)主惯性矩与形心主惯性矩的计算.【提议教学措施】本章内容与数学知识连在一起,与力学知识无关,只波及高数,因此只分析研究数学的简朴知识.【思索题】(1)何谓静矩.惯性矩及惯性积？(2)平行移轴和转轴公式是怎样推导？(3)怎样确定主惯性轴的位置？(4)怎样确定形心主惯性轴的位置？(5)怎样计算主惯性矩与形心主惯性矩？第四章：弯曲内力（4课时）§4.1平面弯曲的概念和实例(1)弯曲的概念.(2)平面弯曲的概念§4.2受弯杆件的简化(1)梁的概念.(2)静定梁的概念.§4.3剪力和弯矩(1)弯曲的内力:剪力和弯矩.(2)剪力和弯矩的计算.§4.4剪力方程和弯矩方程剪力图和弯矩图(1)剪力方程和弯矩方程的建立.(2)剪力和弯矩正负号的鉴别.(3)梁和刚架的剪力图和弯矩图的绘制.§4.5载荷集度、剪力和弯矩间的关系(1)推导载荷集度、剪力和弯矩间的微分关系.(2)载荷集度、剪力和弯矩间的微分关系的几何意义.(3)运用载荷集度、剪力和弯矩间的微分关系的几何意义直接绘制剪力图和弯矩图.§4.6平面曲杆的弯曲内力(1)平面曲杆的概念.(2)平面曲杆的弯曲内力的计算.【本章重点】(1)弯曲的内力:剪力和弯矩.(2)梁和刚架的剪力图和弯矩图的绘制.(3)运用载荷集度、剪力和弯矩间的微分关系的几何意义直接绘制剪力图和弯矩图.【本章难点】运用载荷集度、剪力和弯矩间的微分关系的几何意义直接绘制剪力图和弯矩图【提议教学措施】对梁的弯曲内力的分析和研究必须从剪力方程和弯矩方程的建立开始,因此讲解过程用最简朴的措施描述,使学生们轻易掌握,这也是工程设计中的必备技能.绘制剪力图和弯矩图是基本功,必须从难从严规定.【思索题】(1)何谓弯曲？平面弯曲？(2)怎样鉴别剪力和弯矩正负号的.？(3)怎样建立剪力和弯矩方程的.？(4)怎样运用载荷集度、剪力和弯矩间的微分关系直接绘制剪力图和弯矩图.第五章：弯曲应力（4课时）§5.1纯弯曲(1)纯弯曲的概念.(2)纯弯曲和横力弯曲的概念.§5.2纯弯曲时的正应力(1)弯曲时平面假设.(2)纯弯曲时的正应力计算公式(3)纯弯曲时的正应力使用阐明§5.3横力弯曲时的正应力(1)纯弯曲时的正应力计算公式的推广.(2)弯曲时的正应力强度条件.§5.4弯曲剪应力(1)弯曲剪应力计算公式的推导.(2)几种常见弯曲剪应力计算公式.(3)弯曲剪应力强度条件.§5.6提高弯曲强度的措施(1)提高弯曲强度的根据.(2)几种常见提高弯曲强度的措施.【本章重点】(1)纯弯曲时的正应力计算公式.(2)弯曲时的正应力强度条件.(3)几种常见提高弯曲强度的措施.【本章难点】(1)弯曲剪应力计算公式(2)弯曲剪应力强度条件.【提议教学措施】在工程实际中迂到梁的弯曲问题更多,由实际中的梁的弯曲中引出弯曲的概念,再从理论上去研究分析.由表及里地进行分析归纳总结,推导出梁弯曲时横截面上内力.应力的分布规律及其变形特点.为了工程上的安全,必须进行强度计算.【思索题】(1)何谓纯弯曲.横力弯曲？(2)何谓弯曲时平面假设？(3)怎样推导纯弯曲时的正应力计算公式？(4)怎样推导横力弯曲时的剪应力计算公式？(5)怎样提高梁的弯曲强度？(6)在什么状况下要进行提高弯曲剪应力强度计算？第六章：弯曲变形（5课时）§6.1工程中弯曲变形问题(1)弯曲变形的概念.(2)挠曲线的概念.(3)挠度和转角的概念.§6.2挠曲线的微分方程(1)挠曲线方程.(2)挠曲线的微分方程的建立.§6.3用积分法求弯曲变形(1)对挠曲线的微分方程进行积分.(2)对几种常见静定梁的挠曲线的微分方程进行积分.(3)几种常见积分时的边界条件.§6.4用叠加法求弯曲变形(1)叠加原理.(2)叠加法的环节.§6.5简朴静不定梁(1)静不定梁的概念.(2)静不定梁求解的思绪和措施.§6.6提高弯曲刚度的某些措施(1)提高弯曲刚度的根据.(2)提高弯曲刚度的某些措施.【本章重点】(1)挠曲线的微分方程的建立.(2)对挠曲线的微分方程进行积分.【本章难点】简朴静不定梁求解的思绪和措施.【提议教学措施】上一章已经讲到梁的弯曲变形,根据工程实际的规定必须限制其变形在一定的范围内,因此在工程中必须进行刚度条件计算.在讲解怎样求解梁的弯曲变形时,积分法是基本措施.在此尤其强调建立弯矩方程这基本功.根据静定构造与静不定构造之间的关系,分析它们之间的互相转化的条件,用简朴的措施来分析研究求解静不定构造.,既用已知的知识来学习和处理未知问题,解除了学生的畏难情绪,调动了他们的学习积极性.【思索题】何谓弯曲变形的挠度和转角？怎样对的建立弯矩方程才能简化积分常数？(3)挠曲线的微分方程是怎样建立？(4)怎样用积分法求弯曲变形？(5)何谓叠加原理及其叠加法的环节？第八章：应力和应变分析、强度理论（8课时）§8.1应力状态概述(1)一点处的应力状态.(2)主应力.主平面的概念.(3)一点处的应力状态的分类:单向.二向,三向应力状态.§8.2二向和三向应力状态的实例§8.3二向应力状态分析——解析法(1)任意斜截面上的应力的计算公式的推导.(2)确定主应力大小的计算公式(3)确定主平面位置的公式.§8.4二向应力状态分析——图解法(1)二向应力状态分析的图解法的推导.(2)二向应力状态分析的图解法的莫尔圆.(3)莫尔圆的绘制及其应用.§8.5三向应力状态(1)三向应力状态的简介.(2)三向应力状态的莫尔圆.(3)三向应力状态中的最大应力.§8.8广义胡克定律(1)广义胡克定律的推导.(2)广义胡克定律的应用.§8.9复杂应力状态的变形比能(1)变形比能(2)变形比能的计算公式.(3)形状变化比能和体积变化比能.§8.10强度理论概述§8.11四种常用强度理论(1)强度理论概述.(2)四种常用强度理论的推导.(3)四种常用强度理论的使用范围.【本章重点】(1)二向应力状态分析——解析法.(2)莫尔圆的绘制及其应用.(3)广义胡克定律.(4)四种常用强度理论.【本章难点】莫尔圆的绘制及其应用.【提议教学措施】本章内容偏难,不过怎样将复杂而较难的问题转化为简朴的而又通俗的道理讲给学生听？怎样将抽象思维与形象思维结合起来？因此在讲课过程中,应用实物与挂图相结合,把复杂和深奥的理论简朴化,学生比较轻易掌握.【思索题】(1)何谓一点处的应力状态？(2)何谓主应力.主平面？(3)受力构件内任何一点处均有三个主平面和三个主应力吗？(4)怎样推导任意斜截面上的应力的计算公式？(5)怎样计算主应力的大小和主平面位置？(6)莫尔圆怎样绘制及其应用？(7)一种单元体怎样与莫尔圆相对应？(8)广义胡克定律的推导的根据是什么？(9)怎样应用广义胡克定律？第九章：组合变形（5课时）§9.1组合变形和叠加原理(1)组合变形的种类.(2)叠加原理求解组合变形的措施.§9.2拉伸或压缩与弯曲的组合(1)拉伸或压缩与弯曲的组合的实例.(2)求解拉伸或压缩与弯曲的组合的原理和措施.*§9.3偏心压缩和截面关键(1)偏心压缩的实例.(2)求解偏心压缩的原理和措施.*(3)截面关键概念及其确定的措施.§9.4扭转与弯曲的组合(1)扭转与弯曲的组合实例.(2)求解扭转与弯曲的组合的原理和措施.【本章重点】(1)求解拉伸或压缩与弯曲的组合的原理和措施.(2)求解扭转与弯曲的组合的原理和措施.【本章难点】求解扭转与弯曲的组合的原理和措施.【提议教学措施】这一章内容是上几章内容的组合,正如这一章题目所表明的哪样.因此在讲解过程中,反复回忆基本变形以及叠加原理.在这基础之上,反复练习强化已知知识,从而学到新的知识和措施.【思索题】(1)求解组合变形的原理和措施？(2)求解拉伸或压缩与弯曲的组合的原理和措施？(3)求解扭转与弯曲的组合的原理和措施？第十章：动载荷（2课时）§10.1概述(1)动载荷实例.(2)导致动载荷的原因(3)研究动载荷的措施.§10.2动静法的应用 (1)求直线匀速运动的构件动应力.(2)求匀速转动的构件的动应力.§10.4杆件受冲击时应力和变形(1)用能量法研究冲击载荷的动应力和变形.(2)研究自由落体冲击载荷下的动应力和变形.(3)研究有水平初速度冲击载荷下的动应力和变形.§10.5冲击韧性(1)冲击韧性的概念.(2)做冲击试验的条件.【本章重点】(1)动静法的应用.(2)研究自由落体冲击载荷下的动应力和变形.【本章难点】研究自由落体冲击载荷下的动应力和变形【提议教学措施】动载荷在工程中常常迂到的,不过研究动载荷的思绪是非常熟悉的,就是应用理论力学的知识动静法及材料力学中的能量法.将动载荷的形式转化为静载荷的形式来研究,和外力做得功等于杆内所储存的变形能.在讲课过程中一边复习过去的知识,一边增长新的内容.在新的内容里必需强调已知的知识这一章中的新的物理意义,防止出现生搬硬套的现象.【思索题】(1)何谓动静法？(2)何谓能量法？(3)在求冲击载荷作用下,静位移指得是什么意思？第十一章：交变应力（4课时）§11.1交变应力与疲劳失效(1)交变应力的概念.(2)疲劳失效的概念.(3)疲劳失效的特性及其原因.§11.2交变应力的循环特性、应力幅和平均应力.(1)交变应力的循环特性、应力幅和平均应力的概念.(2)交变应力的分类.§11.3持久极限(1)材料持久寿命.(2)材料持久极限.§11.4影响持久极限的原因(1)影响持久极限的原因之一:构件的外形.(2)影响持久极限的原因之二:构件的尺寸.(3)影响持久极限的原因之三:构件表面质量.§11.5对称循环下构件的疲劳强度计算(1)对称循环下构件的持久极限的计算.(2)用安全系数法进行对称循环下构件的疲劳强度计算.§11.6持久极限曲线(1)持久极限曲线的绘制.(2)持久极限曲线的简化画法.§11.7不对称循环下构件的疲劳强度计算.(1)运用持久极限曲线的折线分析不对称循环下构件的持久极限.(2)用安全系数法进行不对称循环下构件的疲劳强度计算.§11.8弯扭组合交变应力的强度计算(1)用安全系数法对弯扭组合交变应力的强度计算(2)各安全系数的计算.§11.9提高构件疲劳强度的措施(1)提高构件疲劳强度的根据.(2)提高构件疲劳强度的措施.【本章重点】(1)交变应力的循环特性、应力幅和平均应力的概念.(2)材料持久极限.(3)影响构件持久极限的原因.【本章难点】用安全系数法对构件疲劳强度进行计算.【提议教学措施】在课程设计以及未来机械设计中,都要波及到这个问题,不过这个问题实质内容是比较深奥的,目前所学内容大部分都是有关试验经验和数据,因而,强调公式和数据的应用.【思索题】(1)何谓交变应力？何谓疲劳失效？(2)何谓交变应力的循环特性、应力幅和平均应力？(3)材料持久寿命和持久极限？(4)怎样用安全系数法进行对称循环下构件的疲劳强度计算？(5)怎样用安全系数法进行非称循环下构件的疲劳强度计算？(6)怎样用安全系数法对弯扭组合交变应力的强度计算？第十二章：压杆稳定（4课时）§12.1压杆稳定的概念(1)压杆稳定与压杆不稳定的概念.(2)压杆丧失稳定的概念.(3)压杆临界压力的概念.§12.2两端铰支细长压杆的临界压力(1)两端铰支细长压杆的临界压力推导.§12.3其他支承条件细长压杆的临界压力.(1)其他支承条件细长压杆的临界压力推导.(2)欧拉公式.§12.4欧拉公式的合用范围，经验公式(1)欧拉公式的合用于大柔度压杆.(2)经验公式合用于中等柔度压杆.§12.5压杆稳定性的校核用安全系数法进行压杆稳定性的校核§12.6