《材料力学A》教学大纲

《材料力学A》教学大纲适用范围：202X版人才培养方案课程代码：01130171课程性质：学科基础必修课学分：4学分学时：64学时（其中：理论56学时，实验8学时）先修课程：大学物理、高等数学、理论力学等后续课程：机械原理、机械设计等适用专业：机械设计制造及其自动化开课单位：机械工程学院一、课程说明《材料力学A》是机械设计制造及其自动化专业本科学生的学科基础必修课。其任务主要是研究构件强度、刚度和稳定性问题，是学生必备的理论知识和科学素养。本课程以机械制图、高数等先修课程为基础，研究杆件在承受各种荷载时的变形等力学性能。通过学习本课程，使学生掌握将工程实际构件抽象为力学模型的方法；掌握研究杆件内力、应力、变形分布规律的基本原理和方法；掌握分析杆件强度、刚度和稳定性问题的理论与计算；具有熟练的计算能力和一定的实验能力；为后续相关课程的学习，以及进行构件设计和科学研究打好力学基础，培养构件分析、计算和实验等方面的能力。二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标：课程目标1：能够综合使用材料力学理论从工程问题中提炼出材料力学模型并数字化，求解杆件结构的应力、变形，进而能够评估其强度和刚度；能够根据强度和刚度要求，选择合适的材料，设计合理的构件截面。养成理论联系实际、科学严谨、认真细致、实事求是的科学态度和职业道德。课程目标2：能够表述、解释和判别材料力学的基本概念；能够描述出轴向拉压、剪切、扭转、弯曲等基本变形和组合变形的受力特征，并应用于工程问题的表述中；能够基于材料力学的基本假设和分析方法，判别工程设计方案的合理性。课程目标3：能够阐述材料力学性能基础实验原理和实验方法。能够针对具体的材料力学性能实验，选择合理的研究方法和技术路线，设计实验方案，构件实验系统，能正确采集分析实验数据，并通过查找资料撰写实验报告。三、课程目标与毕业要求《材料力学A》课程教学目标对机械设计制造及其自动化专业毕业要求的支撑见表1。表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度1.工程知识：掌握数学、自然科学、机械工程基础和专业知识并能将其用于解决机械工程领域的复杂工程问题。1.2掌握工程基础理论知识，能针对机械工程中的复杂问题建立合适的数学模型并进行求解；课程目标1：能够综合使用材料力学理论从工程问题中提炼出材料力学模型并数字化，求解杆件结构的应力、变形，进而能够评估其强度和刚度；能够根据强度和刚度要求，选择合适的材料，设计合理的构件截面。养成理论联系实际、科学严谨、认真细致、实事求是的科学态度和职业道德。H2.问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析机械工程领域的复杂工程问题，以获得有效结论。2.1能够应用工程科学的基本原理，识別和判断复杂机械工程问题的关键环节和参数；课程目标2：能够表述、解释和判别材料力学的基本概念；能够描述出轴向拉压、剪切、扭转、弯曲等基本变形和组合变形的受力特征，并应用于工程问题的表述中；能够基于材料力学的基本假设和分析方法，判别工程设计方案的合理性。M4.研究：能够基于科学原理并采用科学方法对机械工程领域的复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。4.1能够在对机械工程领域复杂工程问题研究的基础上，明确实验目的，掌握实验方案设计的基本原理及方法；课程目标3：能够阐述材料力学性能基础实验原理和实验方法。能够针对具体的材料力学性能实验，选择合理的研究方法和技术路线，设计实验方案，构件实验系统，能正确采集分析实验数据，并通过查找资料撰写实验报告。M注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配1.理论部分见表2表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点理论学时实验学时对应的课程目标1引言1.1材料力学的任务1.2材料力学的研究对象1.3材料力学的基本假设1.4杆件变形的基本形式教学要求：使学生掌握强度、刚度和稳定性的概念；了解材料力学的任务；掌握变形体的基本假设。重点：强度、刚度和稳定性的概念；变形体的基本假设。难点：强度、刚度和稳定性概念的深入理解212拉伸、压缩与剪切2.1轴向拉伸与压缩的概念和实例2.2轴向拉伸或压缩时横截面上的内力和应力2.3直杆轴向拉伸或压缩时斜截面上的应力2.4材料拉伸时的力学性能2.5材料压缩时的力学性能2.7失效、安全因数和强度计算2.8轴向拉伸或压缩时的变形2.10拉伸、压缩超静定问题2.11温度应力和装配应力2.12应力集中的概念2.13剪切与挤压的实用计算教学要求：使学生掌握掌握轴向拉（压）杆的内力、应力及变形的计算；掌握拉（压）杆的强度计算；掌握材料在拉（压）时的力学性能；了解应力集中的概念；掌握杆件剪切和挤压变形时的实用计算，及剪切面和挤压面的确定方法。重点：轴力图的绘制、拉压杆的强度计算，剪切与挤压变形的实用计算。难点：内力、应力及强度计算。剪切面和挤压面的确定。1241、2、33圆轴扭转3.1扭转的概念和实例3.2外力偶矩的计算扭矩和扭矩图3.3纯剪切3.4圆轴扭转时的应力3.5圆轴扭转时的变形教学要求：使学生掌握圆轴扭转时外力作用的特点和横截面上内力、应力的计算；掌握扭矩图的绘制方法；掌握圆轴扭转时的强度和刚度计算。重点：扭矩图的绘制，圆轴扭转时强度和刚度计算。难点：圆轴扭转扭转强度和刚度计算。621、2、34弯曲变形4.1平面弯曲的概念和实例4.2梁的计算简图及分类4.3剪力和弯矩剪力图和弯矩图4.4弯矩、剪力与分布载荷集度之间的微分关系4.5纯弯曲梁横截面上的正应力4.6截面惯性矩与平行移轴公式4.7梁的切应力简介4.8梁弯曲时的强度计算4.9提高弯曲强度的措施4.10工程中的弯曲变形问题4.11梁的弯曲变形与刚度条件4.12用比较法解简单超静定4.13提高弯曲刚度的一些措施教学要求：使学生掌握弯曲内力的简易计算方法；熟练写出梁的剪力方程和弯矩方程：掌握快速绘制剪力图和弯矩图的方法。使学生了解纯弯曲的概念；掌握梁的正应力计算、正应力的强度条件；了解切应力计算、切应力强度条件；了解提高弯曲强度的措施。使学生了解梁的挠度与转角概念，以及梁的挠曲线近似微分方程。掌握用积分法和叠加法求解梁的变形；了解弯曲变形的刚度计算、叠加法求解梁的变形；重点：剪力图和弯矩图的绘制、梁弯曲正应力的强度计算。。难点：剪力和弯矩的计算、剪力图和弯矩图的绘制。梁弯曲正应力与切应力的强度计算。1821、25应力状态与强度理论5.1应力状态概述5.2二向应力状态下的应力分析——解析法、图解法5.3三向应力状态及广义胡克定律5.4强度理论概述5.5四种常用强度理论教学要求：使学生了解一点处应力状态的概念；掌握二向应力状态下应力分析的解析法和图解法；了解三向应力状态的最大应力和广义胡克定律及其应用；了解强度理论的概念及四个强度理论的应用。重点：二向应力状态下的应力分析的解析法和图解法。难点：主应力大小及方位的确定。61、26组合变形6.1拉压与弯曲的组合变形、偏心压缩6.2弯扭组合变形6.3组合变形的工程应用教学要求：使学生了解组合变形的概念；掌握组合变形工程问题的解决思路和方法；掌握直杆的拉（压）与弯曲、圆轴扭转与弯曲的组合变形的强度计算。重点：圆轴弯曲与扭转组合变形的强度计算。难点：圆轴扭转与双向弯曲组合变形的强度计算。41、27压杆稳定7.1压杆稳定的概念7.2细长压杆的临界力——欧拉公式7.3压杆的临界应力7.4压杆的稳定性校核7.5提高压杆稳定性的措施教学要求：使学生了解稳定性的概念；掌握计算压杆临界力和临界应力的方法；掌握压杆的稳定性校核。重点：压杆临界压力的计算。难点：压杆的稳定性校核。41、28动载荷与交变应力8.1动载荷的概念及惯性力问题8.2构件承受冲击载荷时的动应力8.3交变应力的概念及材料的持久极限8.4构件的持久极限及疲劳强度计算教学要求：了解动载荷与动应力的概念，了解提高构件抗冲击能力的措施，了解动荷载作用下杆件的强度设计方法及其应用；了解交变应力与疲劳破坏的概念、交变应力的循环特征、影响疲劳极限的因素。了解简单构件疲劳强度计算。重点：动荷载作用下杆件的强度设计方法，以及影响疲劳极限的因素。难点：动荷载作用下杆件的强度设计方法及其应用，以及简单构件疲劳强度计算。41、2合计5682.实验/实践或上机部分见表3表3实验项目、实验内容与学时实验项目实验内容和要求实验学时对应的课程目标1.拉伸实验实验内容：分别测定铸铁和低碳钢标准拉伸试件在轴向拉伸载荷下的材料特性。实验要求：测定铸铁和低碳钢的拉伸强度极限，观察比较材料的破坏现象，分析破坏原因。22、32.压缩实验实验内容：分别测定铸铁和低碳钢标准压缩试件在轴向压缩载荷下的材料特性。。实验要求：测定铸铁和低碳钢的压缩强度极限，观察比较材料的破坏现象，分析破坏原因。22、33.扭转实验实验内容：分别测定铸铁和低碳钢实心圆轴抵抗扭矩作用时的力学性能。实验要求：测定低碳钢、铸铁材料扭转的强度指标，观察破坏现象。22、34纯弯曲实验实验内容：测定梁在纯弯曲时横截面上正应力的大小和分布规律。实验要求：测定梁纯弯曲时横截面上正应力规律，验证公式与实践的符合性，测定材料的泊松比，掌握电测基本原理。22、3合计8五、教学方法及手段本课程以课堂讲授为主，结合讨论、案例、视频资源共享、实验等教学手段完成课程教学任务和相关能力的培养。学生比较全面地理解杆件为主的结构安全性校核、截面设计及安全许可载荷确定等工程设计计算任务，解决各类工程结构与设备中材料、构件、结构设计中的安全问题的能力。在实验教学环节中，以学习材料力学的基本试验方法和训练实验研究能力为主，验证理论为辅。通过实验要使学生认识低碳钢和灰口铸铁的基本力学行为，掌握符合国标规定的力学性能测试方法；并掌握电测实验应力分析的基本原理与方法，并使相关课程理论得到验证。培养学生自主学习能力、实际动手能力，激发学生的创新思维。六、课程资源库1.推荐教材张春梅、段翠芳主编，《工程力学》机械工业出版社，20222.参考书（1）范钦珊.殷雅俊.材料力学（第3版）.清华大学出版社.2019.（2）纪炳炎.工程力学（.材料力学）.高等教育出版社.2016.（3）孙训方等.材料力学.高等教育出版社.2019.（3）张少实等.材料力学.机械工业出版社.2017.（5）魏媛等..材料力学.机械工业出版社.2019..3.期刊（1）工程力学.ISSN:11-2595/03.（2）应用力学学报.ISSN:1000-4939（3）力学与实践.ISSN:1000-0879.（4）力学学报.ISSN:0459-1879.（5）InternationalJournalofmechanicalSciences.ISSN:0020-7403.（5）AppliedMechanicsReviews.ISSN:0003-6900.4.网络资源（1）河南工学院《材料力学》河南省职业教育精品在线课程./mooc-ans/mycourse/teachercourse?moocId=224251000&clazzid=74490587&edit=true&v=0&cpi=163596669&pageHeader=0（2）大连理工大学《材料力学》国家精品课./course/DLUT-1001962032.（3）西南交通大学《材料力学》国家精品课./course/SWJTU-305001.七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末考核成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表4。表4课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标123过程性考核课堂表现10（1）根据学习通课程视频线上学习时长和课堂讨论回答情况进行考核，满分100分。（2）以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√55实验22（1）根据每个实验的实验操作完成情况和实验报告质量单独评分，满分100分；（2）每次实验单独评分，取各次实验成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以实验成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√220作业18（1）主要考核学生对各章节知识点的复习、理解和掌握程度，包括线上作业（客观题为主）、线下作业（主观题为主）两类，满分100分；（2）每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√108期末考核50（1）卷面成绩100分，以卷面成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。（2）主要考核掌握杆件内力、应力、变形分布规律的基本原理和方法;掌握分析构件的强度、刚度和稳定性等问题的理论与计算,以及对对常用材料的基本力学性能及其测定方法有初步认识。（3）考试题型为：判断题、选择题、作图题、计算分析题。√√√3020合计：100分453520八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以课堂表现、实验、作业、期末考试等方式对学生进行考核评价。考核基本要求：（加强过程考核）考核总成绩由期末试卷成绩和过程性考核成绩组成。其中：期末试卷成绩为100分（权重50%），试题类型为判断题、选择题、作图题、计算分析题等类型，试卷中基本知识、基本理论、基本技能的试题分值不超过50%，综合应用题