《力学基础》教学大纲

《力学基础》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：01150331课程性质：专业选修课学分：3学分学时：48学时（理论40学时，实验8学时）先修课程：大学物理、高等数学C、机械制图等后续课程：机械原理、机器人机械基础等适用专业：机器人工程专业开课单位：机械工程学院一、课程说明《力学基础》是机器人工程专业的一门专业选修课。本课程主要传授工程力学的基本理论和分析方法，其任务主要是研究刚体的平衡条件及变形固体强度、刚度、稳定性的基本理论和分析方法。本课程注重基本理论知识的深入学习，强调培养运用基础理论知识解决生产实际中问题的能力。通过本课程的学习，使学生学会应用工程力学的基本理论和分析方法，解决一些简单的工程实际问题，提高学生工程问题的逻辑思维和分析、计算能力，同时为学习其他有关课程及以后从事技术工作打下必要的基础。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：熟悉工程中常见各类约束的性质，掌握物体的受力分析方法，以及各类力系的简化方法和平衡条件，并能求解各种静定结构的静力学问题。课程目标2：掌握杆件在常见荷载条件下的强度、刚度及稳定性计算方法，能运用强度、刚度及稳定性理论对杆件进行校核、截面设计及载荷确定等工程设计计算任务。掌握材料的力学性能及工程力学实验的基本知识和操作技能。能够利用本课程的理论和方法解决一些工程实际问题，提高学生工程问题的逻辑思维和分析、计算能力。课程目标3：课程以“育人为本、德育为先”作为教育方针，培养学生爱国敬业、诚信友善的社会主义核心价值观。注重科学思维方法的训练和科学伦理的教育，拓展学生专业知识和工作学习能力，训练学生掌握自主学习的方法和技能，适应社会科学技术发展的能力。从专业角度培养学生遵纪守法的职业道德，专业、严谨的职业态度，求真务实、开拓创新的科学精神与职业精神。课程注重理论和实践结合，实验中要求学生体力和脑力相结合，从而培养善于思维、富于创造的应用型人才。三、课程目标与毕业要求《力学基础》课程教学目标对机器人工程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：具有从事机器人工程领域所需的数学、自然科学、工程基础和专业知识，并能够综合应用这些知识解决机器人工程领域复杂工程问题。1.1掌握机器人工程领域所需的数学、大学物理等科学知识，具备理解和表述复杂工程的计算和分析能力。课程目标1：熟悉工程中常见各类约束的性质，掌握物体的受力分析方法，以及各类力系的简化方法和平衡条件，并能求解各种静定结构的静力学问题。课程目标2：掌握杆件在常见荷载条件下的强度、刚度及稳定性计算方法，能运用强度、刚度及稳定性理论对杆件进行校核、截面设计及载荷确定等工程设计计算任务。掌握材料的力学性能及工程力学实验的基本知识和操作技能。能够利用本课程的理论和方法解决一些工程实际问题，提高学生工程问题的逻辑思维和分析、计算能力。H6.工程与社会：能够基于机器人工程相关背景知识进行合理分析，评价机器人工程专业的工程实践和复杂工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并理解应承担的责任。6.1具有机器人工程专业及其相关领域工程学习和社会实践经历。课程目标3：课程以“育人为本、德育为先”作为教育方针，培养学生爱国敬业、诚信友善的社会主义核心价值观。注重科学思维方法的训练和科学伦理的教育，拓展学生专业知识和工作学习能力，训练学生掌握自主学习的方法和技能，适应社会科学技术发展的能力。从专业角度培养学生遵纪守法的职业道德，专业、严谨的职业态度，求真务实、开拓创新的科学精神与职业精神。课程注重理论和实践结合，实验中要求学生体力和脑力相结合，从而培养善于思维、富于创造的应用型人才。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.理论部分理论部分的教学内容、基本要求与学时分配见表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.静力基础1.1静力学的基本概念1.2静力学公理1.3约束和约束反力1.4物体的受力分析和受力图教学要求：使学生了解静力学平衡、刚体和力的基本概念；掌握静力学公理；掌握各类常见约束的性质；掌握物体和物体系统受力分析并画出受力图。重点：工程中常见约束的性质，物体的受力分析和受力图。难点：工程中常见约束的性质。61、32.平面力系的平衡问题2.1平面汇交力系的合成与平衡2.2平面力偶系的平衡问题2.3力的平移定理2.4平面任意力系向的简化2.5平面任意力系简化结果分析2.6平面任意力系的平衡方程及应用2.7平面平行力系的平衡问题2.8物体系的平衡问题静定和超静定问题教学要求：使学生掌握力的投影的计算；掌握力矩、力偶的概念和性质；理解力的平移定理及其应用；熟悉平面任意力系的简化过程和简化结果分析；掌握平面力系的平衡方程及应用；熟练求解简单物体系的平衡问题。重点：力的投影、力对点之矩的计算、平面力系的平衡方程及应用。难点：物体系的平衡问题。81、33.空间力系3.1力在空间直角坐标轴上的投影3.2空间力对点之矩和力对轴之矩3.3空间任意力系的简化及平衡3.4重心教学要求：使学生掌握力在空间直角坐标轴上的投影及力对轴之矩的计算；了解空间任意力系的简化和简化结果分析；掌握空间任意力系的平衡方程及应用；了解物体重心概念及简单形体重心的求解方法。重点：力在空间直角坐标轴上的投影、空间力对轴之矩的计算、轴系零部件空间力系的平衡问题。难点：物体系的空间力系平衡问题。41、34.摩擦4.1滑动摩擦4.2摩擦角和自锁4.3考虑摩擦时物体的平衡问题4.4滚动摩阻的概念教学要求：使学生掌握滑动摩擦、摩擦角和自锁的概念；了解考虑滑动摩擦时简单物体系统平衡问题的求解方法；了解滚动摩擦的概念。重点：摩擦角和自锁的概念、考虑滑动摩擦时简单物体系统的平衡问题。难点：摩擦角和自锁的概念。21、3材料力学引言5.轴向拉伸和压缩5.1轴向拉压的概念和工程实例5.2截面法轴力与轴力图5.3轴向拉（压）杆横截面上的应力与斜截面上的应力5.4材料拉（压）时的变形和胡克定律5.5材料在轴向拉（压）时的力学性能5.6轴向拉（压）杆的强度计算5.7拉压杆的超静定问题简介5.8应力集中的概念5.9剪切和挤压的实用计算5.10剪切和挤压的实用计算教学要求：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；掌握材料力学的基本假设；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。842、36.圆轴扭转6.1圆轴扭转的概念和工程实例6.2扭矩和扭矩图6.3圆轴扭转时的应力和变形6.4圆轴扭转时的强度和刚度计算教学要求：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。422、37.弯曲7.1平面弯曲的概念和工程实例7.2梁的计算简图及分类7.3剪力和弯矩剪力图和弯矩图7.4剪力、弯矩与均布载荷集度之间的微分关系7.5纯弯曲梁横截面上的正应力7.6梁弯曲时的强度计算7.7提高弯曲强度的措施教学要求：使学生掌握弯曲内力的计算方法；掌握剪力图和弯矩图的画法。理解纯弯曲的概念；掌握梁弯曲时正应力的强度计算；了解梁弯曲时切应力的强度计算；掌握提高梁弯曲强度的措施。重点：剪力和弯矩的计算、剪力图与弯矩图的绘制、梁弯曲正应力的强度计算。难点：剪力图与弯矩图的绘制、梁弯曲正应力的强度计算。622、38.压杆稳定10.1压杆稳定的概念10.2细长压杆的临界力——欧拉公式10.3压杆的临界应力10.4压杆的稳定性校核10.5提高压杆稳定性的措施施教学要求：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。22、3合计4082.实验部分实验部分的教学内容、基本要求与学时分配见表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.拉伸试验实验内容：测定铸铁材料的抗拉强度和低碳钢材料的屈服极限，观察比较材料的破坏现象，分析破坏原因。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.压缩试验实验内容：测定铸铁、低碳钢材料的压缩强度指标，观察比较材料的破坏现象，分析破坏原因。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.扭转试验实验内容：测定低碳钢、铸铁材料扭转的强度指标，观察破坏现象。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。21、2、34.弯曲试验实验内容：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，掌握电测基本原理。21、2、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《力学基础》的基本知识、基本技能和基本方法，培养学生的观察能力、分析计算能力、对工程问题的辩证思维能力以及严肃认真、实事求是的科学态度。在掌握工程力学基本知识的基础上，学生应该具备对机械领域的复杂工程中的力学问题进行科学的选择分析和计算方法的逻辑思维能力。在实验教学环节中，通过启发式教学、讨论式教学，指导学生用科学的手段来验证理论力学课程的内容，介绍常用设备和仪器的原理、构造和使用维护方法以及综合实验内容的思路和方案设计等，从而掌握理论力学的基本概念及工程中力学相关的基本知识。实验课前要求预习，课后及时完成实验报告，以加深对力学理论知识的理解，了解理论力学解决问题的基本思想，培养严谨的工作作风及对工程结构的力学计算能力，培养一定的理论分析能力和初步的机床设备操作能力，激发学生的创新思维能力。六、课程资源库1.推荐教材：张春梅、段翠芳.《工程力学》[M],北京：机械工业出版社，2022.2.参考书：（1）张秉荣.《工程力学》（第4版）[M],北京：机械工业出版社.2018.（2）纪炳炎.《工程力学》[M],北京：高等教育出版社.2016.（3）东北大学、北京科技大学.《工程力学学习指导及习题全解》（第5版）[M],北京：高等教育出版社.2020.（4）唐静静范钦珊.《工程力学习题全解》（第3版）[M],北京：高等教育出版社.2020.（5）张泰华.微/纳米力学测试技术及其应用[M],北京：机械工业出版社.2005.（6）唐静静范钦珊.《工程力学》（第3版）[M],北京：高等教育出版社.2020.（7）东北大学、北京科技大学.《工程力学》（第5版）[M],北京：高等教育出版社.2020.3.期刊：（1）中国力学学会.中国科协.固体力学学报.ISSN:0254-7805.（2）中国科学院.力学与实践.ISSN1000-0879.（3）西安交通大学.应用力学学报.ISSN1000-4939.（4）美国.Journalofappliedmechanics（应用力学）.529B0002.（5）中国力学学会.工程力学.ISSN1000-47504.网络资源：(1)大连理工大学《工程力学》.国家精品课https///course/DLUT-1002146001.(2)华中科技大学《工程力学》国家精品课./course/HUST-1001515002.(3)北京工业大学《工程力学》国家精品课./VDtI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）根据课堂出勤情况和课堂回答问题情况进行考核，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。√√√442实验10（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。√√82作业20（1）主要考核学生对各章节知识点的复习、理解和掌握程度，满分100分；（2）每次作业单独评分，包括线上作业和线下作业，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。√√√884期末考核60（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）主要考核物体的受力分析、平衡方程的应用；内力图的绘制，构件的内力、应力和变形的计算，构件的强度、刚度和稳定性校核的相关分析与计算等内容。（3）考试题型为：判断题、选择题、简答题、综合分析题、绘图题和分析计算题等。√√√252510合计：100分453718八、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60%），试题类型为填空题、选择题、判断题、简答题、计算题和分析题等类型，