《工程力学》石油社教学资料 课程标准 课程标准

PAGEPAGE1《工程力学》课程标准说明【课程的性质】《工程力学》课程是土木工程专业的专业必修课，是土木工程专业的主干课程。同时又为结构力学、钢筋混凝土结构、钢结构、工程设计等专业课程提供必不可少的力学基础知识；并在许多工程技术领域中有着广泛的应用。【教学目的】通过本课程的学习，使学生掌握质点、质点系和刚体的机械运动（包括平衡）的基本规律和研究方法；使学生对工程设计中有关构件的强度、刚度、稳定性等问题具有明确的基本概念，掌握必要的基础理论同时具有一定的计算能力。培养学生应用工程力学的理论和方法，分析、解决工程实际中的力学问题的能力，从而为学习后继课程和工程设计打下坚实的基础。【教学任务】根据“以培养应用型创新人才为主”的教学目标，本大纲拟定工程力学的教学任务：以培养学生的应用能力为主，通过课堂教学和实践性教学环节相结合，强化学生对基本概念、基本理论、基本方法的理解和掌握：要求学生掌握质点、质点系和刚体的机械运动（包括平衡）的基本规律和研究方法；并对各种杆件的强度、刚度和压杆稳定性的基本问题能够熟练地分析和计算。同时结合本课程特点，培养学生的学习和创造能力。【教学内容】本课程主要包括绪论、静力学基本知识、平面力系的简化与平衡、空间力系、材料力学的基本知识、轴向拉伸与压缩、剪切与挤压、扭转、构件截面的几何性质、弯曲内力、梁的应力与强度、应力状态及强度理论、梁的变形、组合变形、压杆稳定。【教学原则和方法】教学原则：突出基本概念、基本理论和基本方法；简化数学推演，强化物理和工程概念；充分利用现代教学手段，倡导传统与现代结合的教学模式，师生互动，启发诱导，激活思维，鼓励创新。教学方法：精讲多练、讲练结合，在教学过程中，以理论讲述为主，通过大量习题巩固掌握的知识。【先修课程要求】高等数学、大学物理。学生在学习本课程之前，应掌握的数学知识有：解析几何、矢量代数的基本运算、简单函数和复合函数的导数、微分和偏导数、定积分和不定积分、线积分的概念、一元函数的极值、二阶常系数线性微分方程的求解等。【学时分配】序号内容学时安排1绪论22静力学基本知识63平面力系的简化与平衡124空间力系65材料力学的基本知识66轴向拉伸与压缩107剪切与挤压48扭转89构件截面的几何性质610弯曲内力611梁的应力与强度612应力状态及强度理论613梁的变形614组合变形615压杆稳定6小计96大纲内容绪论：理论力学的研究对象、主要任务、内容和学习方法。模块1静力学基本知识【教学目的和要求】教学目的：（1）掌握刚体、力、平衡等概念及静力学基本公理和基本定理。（2）掌握各种常见约束的性质，正确表示出其相应的约束反力。（3）了解力矩、力偶矩的基本概念，熟练掌握力矩的计算。（4）掌握力偶的基本性质及其推论的内容。教学要求：（1）能正确画出各种工程结构及其构件的受力图。（2）能正确表示出其相应的约束反力。（3）能熟练应用力矩及力偶的性质解决实际问题。【内容提要】1.1静力学的基本概念1.2静力学基本公理1.3约束及约束反力1.4物体的受力图1.5力矩与合力矩定理1.6力偶及其基本性质1.7力的平移定理【教学重点与难点问题】教学重点：物体的受力分析教学难点：约束的特性、物体的受力分析时，隔离体的选取模块2平面力系的简化与平衡【教学目的和要求】教学目的：（1）掌握平面汇交力系、平面力偶系、平面任意力系的合成（简化）方法。（2）理解主矢和主矩的概念。（3）熟练掌握平面汇交力系、平面力偶系、平面任意力系的平衡方程及其应用。教学要求：能用平面汇交力系、平面力偶系、平面任意力系的平衡方程解决实际工程中的基本力学问题，培养工程实践能力。【内容提要】2.1平面汇交力系2.2平面力偶系2.3平面任意力系2.4考虑摩擦时的平衡问题【教学重点与难点问题】：教学重点：汇交力系合成的几何法和解析法及两种情况下的平衡条件；平面力偶的概念。教学难点：平面力偶的概念模块3空间力系【教学目的和要求】教学目的：（1）熟悉力在空间直角坐标上的投影。（2）掌握计算力对轴所产生矩的方法。（3）掌握空间力系的平衡方程。（4）掌握重心的坐标公式。教学要求：（1）能运用空间任意力系的平衡方程解决较简单的空间力系的平衡问题。（2）能将空间力系的平衡问题转化为平面力系的平衡问题进行解决。（3）会计算组合图形重心的位置。【内容提要】3.1力在空间直角坐标轴上的投影3.2力对轴之矩与合力矩定理3.3空间力系的平衡方程3.4物体的重心【教学重点与难点问题】教学重点：力对点的矩和对通过该点的轴之矩之间的关系。教学难点：空间力对点、对轴的矩模块4材料力学的基本知识【教学目的和要求】教学目的：（1）理解构件强度、刚度和稳定性的基本概念。（2）明确材料力学的任务和基本假设。（3）掌握应力与应变的概念。（4）掌握杆件变形的基本形式。教学要求：（1）能牢固掌握构件的强度、刚度、稳定性。（2）牢固掌握内力、应力、应变等基本概念。（3）能熟练运用截面法求杆件截面内力。【内容提要】4.1材料力学的基本概念与基本内容4.2材料的基本假设与杆件的基本变形4.3构件的内力及截面法4.4应力与应变【教学重点与难点问题】教学重点：强度、刚度、稳定性的概念；变形固体的基本假设；弹性变形和塑性变形的概念；内力、截面法、应力、应变的概念。教学难点：本模块无难点。模块5轴向拉伸与压缩【教学目的和要求】教学目的：（1）了解轴向拉伸与压缩的概念。（2）熟悉内力、应力、变形、应变的概念。（3）熟练掌握轴向拉（压）正应力公式、胡克定律。（4）掌握材料受拉或受压时的力学性能。（5）牢固掌握拉（压）杆件的强度计算公式。教学要求：（1）能熟练运用截面法求内力。（2）能熟练掌握轴力图的绘制方法。（3）能运用胡克定律进行刚度计算。（4）能熟练掌握轴向拉（压）杆的强度计算方法。【内容提要】5.1轴向拉伸与压缩概述5.2轴向拉（压）杆的轴力与轴力图5.3轴向拉（压）杆截面上的应力5.4轴向拉（压）杆的变形计算5.5材料在拉伸和压缩时的力学性能5.6轴向拉（压）杆的强度5.7应力集中【教学重点与难点问题】教学重点：拉（压）杆的内力、内力图和应力的概念及计算；材料在拉伸和压缩时的力学性质；许用应力的概念和强度条件，强度方面的三类问题；拉压杆的变形和位移计算。教学难点：变截面杆拉（压）变形及位移的计算；材料力学性质的实验测量及工程应用。变形能的计算；简单桁架结构结点位移的计算。模块6剪切与挤压【教学目的和要求】教学目的：（1）了解剪切与挤压的概念。（2）掌握连接件的强度计算。（3）熟悉剪切胡克定律和剪应力互等定理。教学要求：（1）能对工程中各种常用连接件和连接方式进行受力和变形分析。（2）能计算连接件的应力分布。（3）能对常见连接件和连接方式的强度校核。（4）培养应用实用计算的基础知识解决简单力学问题的能力。【内容提要】6.1剪切与挤压概述6.2剪切的实用计算6.3挤压的实用计算【教学重点与难点问题】教学重点：剪切与挤压的概念；剪切的实用计算；挤压的实用计算。教学难点：剪切的实用计算；挤压的实用计算。模块7扭转【教学目的和要求】教学目的：（1）理解切应力互等定理及剪切胡克定律。（2）掌握扭矩的计算及扭矩图的画法。（3）掌握圆轴扭转时的应力和强度计算，以及变形和刚度计算。（4）掌握矩形截面杆自由扭转时的应力和强度计算，以及变形和刚度计算。教学要求：（1）能根据传动轴所传递的功率、转速计算外力偶矩。（2）能够熟练运用截面法计算圆轴横截面上的扭矩并绘制扭矩图。（3）能够运用扭转强度条件进行强度计算。【内容提要】7.1扭转概述7.2扭矩及扭矩图7.3剪应力互等定理与剪切胡克定律7.4圆轴扭转时的应力及强度计算7.5圆轴扭转时的变形及刚度计算7.6矩形截面杆扭转时的应力【教学重点与难点问题】教学重点：扭矩计算及扭矩图的绘制；等直圆杆扭转时横截面上切应力的分布规律及任一点切应力的计算，扭转变形的计算；危险截面和危险点的判断，扭转强度、刚度方面三类问题的求解教学难点：受多个外力偶作用的变截面轴的任意两横截面间相对扭转角的计算。并注意扭转变形计算与刚度条件的区别和危险截面的判断。模块8构件截面的几何性质【教学目的和要求】教学目的：（1）理解截面形心、静矩、惯性积、惯性矩、惯性半径等几个基本概念。（2）掌握计算形心位置坐标的公式。（3）掌握计算圆、矩形简单图形对形心轴惯性矩的公式。教学要求：（1）能正确计算组合图形的形心坐标。（2）能够熟练应用平行移轴定理计算组合图形的惯性矩。【内容提要】8.1构件截面的静矩8.2惯性矩、惯性半径、惯性积和极惯性矩8.3平行移轴公式及其计算【教学重点与难点问题】教学重点：截面几何性质各量的定义式，静矩与形心的关系，惯性半径，惯性矩和惯性积的平移轴定理。教学难点：转轴公式，组合截面的形心主惯性轴和形心主惯性矩的计算。模块9弯曲内力【教学目的和要求】教学目的：（1）了解弯曲变形和平面弯曲的基本概念。（2）牢固掌握剪力、弯矩的概念及其符号规定。（3）理解应用剪力方程与弯矩方程作内力图的方法。（4）掌握弯矩、剪力、荷载集度间的关系，以及由此得出的剪力图和弯矩图的一些规律。（5）牢固掌握简便法画梁的剪力图和弯矩图方法；理解用叠加原理绘制单跨梁弯矩图的方法。教学要求：（1）能熟练应用截面法直接求出梁任意横截面的剪力和弯矩。（2）能够应用剪力方程与弯矩方程作内力图。（3）能熟练应用简便法绘制梁的剪力图和弯矩图。（4）会应用叠加法绘制单跨梁弯矩图。【内容提要】9.1弯曲内力概述9.2剪力和弯矩9.3梁的剪力方程、剪力图和弯矩方程、弯矩图9.4用简捷法绘制梁的剪力图和弯矩图【教学重点与难点问题】教学重点：绘制梁的剪力图和弯矩图，确定最大值出现的位置和数值，q、Fs、M间的微（积）分关系，绘制弯矩图的叠加法，这些也是本章的难点；另一个重点为平面弯曲正应力的分布和计算，矩形截面弯曲剪应力的分布和计算，平面弯曲梁危险截面和危险点的判断，弯曲正应力强度方面的三类问题教学难点：用微分关系和叠加原理作内力图；梁的正应力和剪应力计算，梁的危险截面和危险点的判断也是本章的难点。模块10梁的应力与强度【教学目的和要求】教学目的：（1）掌握纯弯曲、横力弯曲、中性轴、正应力、剪应力、抗弯截面系数、抗弯刚度等基本概念。（2）牢固掌握梁弯曲时的正应力公式。（3）熟悉梁横截面上正应力和剪应力的分布规律。（4）正确的判断梁的危险截面，牢固掌握梁的正应力强度条件及其应用。（5）了解几种常见截面剪应力情况及剪应力强度条件公式。（6）熟悉提高梁的弯曲强度的措施。教学要求：（1）学会计算矩形截面、工字形截面和圆形截面上梁上各点的弯曲应力。（2）能熟练应用平面弯曲时梁正应力强度条件解决工程中的三大类问题.（3）会进行剪应力强度计算。（4）能够采取相应的措施提高梁的弯曲强度。【内容提要】10.1弯曲梁横截面上的正应力10.2梁的正应力强度计算10.3等值梁横截面上的剪应力计算公式10.4提高梁弯曲强度的途径【教学重点与难点问题】教学重点：本章的重点是梁的正应力强度计算、等值梁横截面上的剪应力计算公式。教学难点：梁的正应力强度计算。模块11应力状态及强度理论【教学目的和要求】教学目的：（1）掌握应力状态的概念及其研究方法.（2）掌握平面应力状态下的主应力、主平面方位的计算公式。（3）了解空间应力状态的概念和空间应力状态下三个主应力。（4）了解主应力迹线的概念、材料的两种破坏形式、常用的四个强度理论的观点。（5）掌握广义胡克定律。（6）掌握平面应力状态分析的两种方法：解析法和图解法。（7）熟悉用强度理论对一些简单杆件进行强度计算。教学要求：（1）会从具体受力杆件中截取单元体并标明单元体上的应力情况。（2）会计算平面应力状态下斜截面上的应力及主应力。（3）会计算复杂应力状态下的线应变或正应力。（4）会应用强度理论对杆件进行强度校核。【内容提要】11.1应力状态及强度理论概述11.2应力状态的分析11.3梁的主应力迹线11.4广义胡克定律11.5强度理论【教学重点与难点问题】教学重点：拉压、扭转、弯曲超静定问题次数的判定及求解方法。教学难点：变形协调方程模块12梁的变形【教学目的和要求】教学目的：（1）了解挠度与转角间的关系和梁的挠曲线近似微分方程。（2）理解求解梁变形的两种方法——积分法和叠加法，明确叠加原理的使用条件。（3）掌握梁的刚度条件和相应的计算。（4）熟悉提高粱弯曲刚度的措施。教学要求：（1）能用叠加法求梁的某些特定截面的转角和挠度。（2）会对刚度条件进行校核。（3）会采取相应的措施提高梁的弯曲刚度。【内容提要】12.1梁的变形概述12.2梁的变形计算12.3梁的刚度计算【教学重点与难点问题】教学重点：截取一点的原始单元体；计算平面应力状态下任一斜截面上的应力、主平面和主应力、最大切应力平面和最大切应力；广义虎克定律及其应用；复杂应力状态下应变能密度、形状改变能密度、体积改变能密度的概念和计算；四个常用古典强度理论的理论观点及选用。教学难点：广义虎克定律的应用和强度理论的选用。模块13组合变形【教学目的和要求】教学目的：（1）了解组合变形的概念。（2）掌握确定组合变形时危险点、危险截面的叠加方法。（3）掌握计算斜弯曲梁时的内力、应力和强度计算的方法。（4）掌握计算单（双）向偏心压缩（拉伸）杆件时的应力分析和强度条件方法。（5）理解截面核心的概念及常见截面的截面核心区域。教学要求：（1）会将组合变形问题分解为基本变形的组合。（2）会分析斜弯曲、拉（压弯、偏心拉伸（压缩）等组合变形杆件的内力、应力和对杆件进行强度计算。【内容提要】13.1组合变形概述13.2斜弯曲梁的正应力和强度计算13.3偏心压缩（拉伸）杆件的正应力和强度计算【教学重点与难点问题】教学重点：组合变形类型的判断，斜弯曲、拉伸（压缩）与弯曲、弯曲与扭转三种组合变