材料力学教学大纲

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，本课程重要研究工程构造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：其重要任务是培养学生：1.树立对的的设计思想，理论联系实际，解决好经济与安全的矛盾，含有创新精；2.全方面系统地理解构件的受力变形、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、基本办法及其在工程的应用；4.能将普通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办法，含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，为构件选择适宜的形状设计合理的界面形状和尺寸，为设计提供计算根据；7.理解材料力学的新理论，新办法及发展趋向；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，是机械类硕士硕士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，结合多个实践教学环节，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、教学基本规定：(一)课程的基本规定及提高规定：基本规定：1.对材料力学的基本概念和基本分析办法有明确的认识。2.能纯熟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.掌握简朴静不定问题的求解办法。5.理解能量法的基本原理，掌握一种计算位移的能量办法。6.理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.理解低碳钢和灰口铁的基本力学性能及其测试办法。8.掌握电测实验应力分析的基本原理和办法。提高规定：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)实验规定：

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）。

以上实验累计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》，规定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种实验教学班的实验。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，评出成绩并做好统计。三、各章节内容及学时分派：第一章绪论（2学时）教学目的与规定1.理解构件的强度、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办法。5.建立正应力、切应力、线应变、切应变的基本概念。6.理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、同有关学科的关系，变形固体的基本假设、重要研究对象、研究办法、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）

教学目的与规定1.理解轴向拉、压的受力特点和变形特点。2.纯熟掌握轴力计算和轴力图的绘制办法。3.理解轴向拉、压时横截面上正应力公式的推倒过程和应用条件。4.理解轴向拉、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因素。6.掌握工作应力、极限应力许用应力与安全系数的概念。7.纯熟掌握轴向拉压杆的强度条件和三种强度问题的计算办法。8.明确弹性模量E波松比μ和抗拉、压刚度EA的物理意义,纯熟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办法。10.纯熟掌握一次拉、压静不定的解法(涉及温度应变和装配应力)。11.理解应力集中的概念。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拟定。第三章扭转和剪切（5学时）

教学目的与规定1.理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.纯熟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.理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.理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.理解塑性和脆性材料的扭转实验。8.纯熟掌握圆轴扭转时变形和刚度条件。9.纯熟掌握建立轴向拉、压时弹性变形能的概念和计算办法。10.掌握剪切和挤压的实用计算。11.理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介绍，剪切及挤压的概念和实用计算。第四章弯曲内力（6学时）

教学目的与规定1.明确平面弯曲的概念。2.纯熟掌握建立剪力方程、弯曲方程和绘制剪力图、弯矩图的办法。3.掌握平面刚架的内力计算和内力图的绘制办法。4.纯熟运用载荷集中、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办法。5.掌握带梁间铰静定梁的内力图的绘制。6.理解用叠加原理作弯矩图的基本办法。7.理解平面曲杆的弯曲内力计算和内力方程的建立办法。教学内容

平面弯曲的内力，剪力、弯矩方程，剪力、弯矩图，运用微分关系画梁的剪力、弯矩图。第五章弯曲强度（8学时）教学目的与规定1.明确纯弯曲和横力弯曲的概念。2.理解梁纯弯曲时横截面上的正应力公式的推导办法和正应力分布规律。3.纯熟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.理解提高粱弯曲强度的重要方法。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，提高弯曲强度的方法。第六章弯曲变形（4学时）教学目的与规定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拟定积分常数的边界条件和持续条件。4.掌握用叠加法求弯曲变形。5.理解提高粱弯曲刚度的重要方法。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，提高梁弯曲刚度的方法。

第七章应力及应变分析强的计算（8学时）教学目的与规定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.纯熟掌握多个组合变形的危险点(或指定点)处原始单元体的截取及各面上的正应力。4.纯熟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.理解三向应力圆的画法,纯熟掌握单元体内的最大切应力的计算。6.理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.理解复杂应力状态下的比能、体积变化比能和形状变化比能。9.理解什么是强度理论?为什么要建立强度理论?建立强的理论的根据是什么?10.纯熟掌握四种惯用强度理论进行强度计算的办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，三向应力状态的介绍，广义胡克定律，体积应变，三向应力状态下应变能、体积变化能、畸变能的概念。第八章组合变形构件的强度计算（4学时）教学目的与规定1.理解组合变形机构的强度计算的基本办法和环节。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.纯熟掌握圆轴扭转与其它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，四个典型强度理论。组合变形的类型，解决的办法和环节，组合变形下杆件的强度计算，截面核心的介绍（土建类）。

第九章实验应力分析（2学时）教学目的与规定1.明确实验应力的分析的目的和电测法的基本原理。为什么要进行温度赔偿?2.纯熟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.理解二向应力的状态主方向未知时的应力测定。5.理解电测法的重要优缺点。教学内容

电测实验应力分析的基本原理和办法，应力测定，光测法的基本原理。第十章能量法（8学时）教学目的与规定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,理解变

形能的特点。2.掌握计算位移的莫尔积分法。3.纯熟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.理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。第十一章静不定构造（6学时）教学目的与规定1.明确静不定机构的概念,掌握鉴定静不定次数的办法。2.掌握用力法解静不定的基本环节。3.纯熟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构造。5.掌握运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办法。教学内容

用力法解简朴静不定的基本环节，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）教学目的与规定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Kd公式的推导过程及动荷系

数的物理意义。3.纯熟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.理解冲击实验和提高构件抗冲击能力的方法。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）

教学目的与规定1.理解疲劳破坏的特点和因素。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.理解影响构件持久极限的重要因素。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.理解非对称循环时,构件的持久极限简化折线及其构件的疲劳强度计算。8.理解在弯扭组合交变应力下构件的疲劳强度计算。9.理解提高构件疲劳强度的重要方法。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重要因素，有限寿命介绍，提高构件疲劳强度的方法，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）教学目的与规定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.理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合用范畴。掌握临界应力总图5.掌握压杆的稳定校核。6.理解提高压杆稳定的方法。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），提高稳定性的方法。附录A平面图形的几何性质（2学时）教学目的与规定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.理解转轴公式,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》有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、分析和动手实践达成实验的目