材料力学教学大纲

PAGEPAGE9《材料力学》课程教学大纲一、课程基本信息课程名称材料力学课程编号课程性质必修课课程类别学科专业基础课开课单位力学教研室授课学期第三学期学分/学时4/64课内学时64理论授课58上机学时0课内实践0实验学时6课外学时64适用专业机械设计制造及其自动化、材料成型是否双语否先修课程高等数学、线性代数、大学物理、理论力学后续课程机械设计基础、机械原理、机械设计二、课程简介材料力学是机械、土木等工科专业的学科专业基础课，是变形体力学的重要基础分支之一，也是一门理论与实验相结合的课程。材料力学的基本任务是在保证构件满足安全性要求的前提下，以最经济的代价为合理设计构件的尺寸形状，选择适宜的材料提供必要的理论基础、计算方法与实验技术，从而合理地解决构件设计中的安全性与经济性的矛盾。通过本课程的学习，掌握将工程实际构件抽象为力学模型的方法；掌握杆件内力、应力、变形分布规律的分析方法；掌握杆件强度、刚度和稳定性问题的计算方法，具备熟练的理论计算能力和一定的实验操作技能，为后续相关课程的学习和科学研究奠定力学基础。建立科学正确的逻辑思维方式和辩证唯物主义世界观，身具良好的爱国情怀和追求真理、献身科学的精神，善于思考、勇于实践，具备正确分析问题和解决问题的能力。三、课程目标及对毕业要求指标点的支撑（一）课程目标通过本课程的学习，使学生达到以下目标：课程目标1.了解材料力学的任务和发展简史以及中国在材料力学发展中做出的重要贡献，激发学生工程兴国的爱国主义热情。学生了解将工程构件简化为力学简图的基本过程。掌握构件基本变形的基础理论知识，能够分析杆件基本变形形式下的内力并绘出内力图，熟练地计算相应的应力和变形量，掌握杆件的强度和刚度理论并进行校核。对构件的安全和经济性问题等进行分析和计算。具备力学逻辑思维能力、熟练的计算推演能力，掌握科学研究方法，具备工程意识和工匠精神。注重价值塑造，增强民族自信，厚植爱国主义情怀，自强不息，立志报效祖国。课程目标2.掌握应力状态分析方法，能够将基本变形和单元体的计算分析结合强度理论，运用于组合变形等复杂问题的研究，全面分析工程构件承载能力，进行强度和刚度计算。能够从材料力学的角度(既经济又安全)分析工程问题并提出解决方案，增强工程意识，具备分析问题、解决问题的能力，具备工程安全意识和严谨的科学素养。课程目标3.了解压杆稳定平衡、不稳定平衡和临界载荷的概念，熟知压杆临界应力总图，能根据压杆的类别选用合适的公式计算临界应力，掌握简单压杆的稳定计算方法，了解提高压杆稳定性的主要措施，能够应用压杆稳定的基本理论解决工程实际问题。掌握动载荷作用下应力、变形与静载荷作用下应力、变形之间的关系，分析构件作加速直线运动或匀速转动及受冲击荷载时的动应力计算方法。强化创新意识，具备一定的建模能力、计算能力。学会探讨问题的深度与广度，在学习中研究，在研究中学习，具备自主学习的能力及终身学习的意识。课程目标4.通过实验对常用材料的基本力学性质及其测试方法有初步认识。掌握力学实验的基本原理和实验方法，学会对实验数据进行分析与处理，能够利用基本原理解释实验现象，得到合理有效的结论，具备实验操作的能力、熟练的计算能力和分析问题的能力，巩固和加深材料力学的理论知识，提高实验水平，具养成理论联系实际、实事求是的作风。

（二）课程目标对毕业要求指标点的支撑课程目标支撑毕业要求指标点毕业要求课程目标1指标点1：利用自然科学的相关理论和方法解决相关工程问题；指标点2：能够应用力学的基本原理，分析与设计、制造等有关的复杂工程问题，以获得有效结论；指标点4：能够基于科学原理并采用科学方法，针对复杂工程问题，探讨分析解决方案；能够通过构建实验系统，安全科学的开展实验，能够正确采集整理实验数据，并通过信息综合，得到合理有效的结论。指标点8：具有人文社会科学素养、社会责任感，能够理解并遵守工程职业道德和规范，履行责任。1-工程知识2-问题分析4-研究8-职业规范课程目标2指标点1：利用自然科学的相关理论和方法解决相关工程问题；指标点2：能够应用力学的基本原理，分析与设计、制造等有关的复杂工程问题，以获得有效结论；指标点4：能够基于科学原理并采用科学方法，针对复杂工程问题，探讨分析解决方案。1-工程知识2-问题分析4-研究课程目标3指标点1：利用自然科学的相关理论和方法解决相关工程问题；指标点2：能够应用力学的基本原理，分析与设计、制造等有关的复杂工程问题，以获得有效结论；指标点4：能够基于科学原理并采用科学方法，针对复杂工程问题，探讨分析解决方案。指标点12：具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。1-工程知识2-问题分析4-研究12-终身学习课程目标4指标点1：利用自然科学的相关理论和方法解决相关工程问题；指标点2：能够应用力学的基本原理，分析与设计、制造等有关的复杂工程问题，以获得有效结论；指标点4：能够通过构建实验系统，安全科学的开展实验，能够正确采集整理实验数据，并通过信息综合，得到合理有效的结论。1-工程知识2-问题分析4-研究四、课程基本教学内容及对课程目标的支撑（一）课程基本教学内容第一单元绪论及基本变形（学时数：40学时）1.课程主要内容（一）绪论（1）材料力学的研究对象及材料力学在工程技术中的作用；（2）学习材料力学的目的、任务和材料力学的研究方法；（3）材料力学发展简史，为力学做出卓越贡献的我国科学家的事迹。（二）轴向拉伸与压缩（1）轴向拉伸和压缩的概念和实例；（2）直杆轴向拉压时横截面上的内力和应力；（3）直杆轴向拉伸或压缩时斜截面上的应力；（4）低碳钢与铸铁轴向拉压实验步骤与方法，各种金属材料拉伸和压缩时的力学性能；（5）失效、安全系数和强度计算；（6）轴向拉伸或压缩时的变形；（7）轴向拉伸或压缩时的应变能；（8）拉伸、压缩的超静定问题；（9）温度应力和装配应力；（10）应力集中的概念；（11）剪切和挤压的实用计算。（三）扭转（1）扭转的概念和实例；（2）外力偶矩的计算·扭矩及扭矩图；（3）纯剪切；（4）圆轴扭转时的应力；（5）圆轴扭转时的变形；（6）低碳钢与铸铁扭转实验步骤与方法及其力学性能。（四）截面的几何性质（1）静矩和形心；（2）极惯性矩•惯性矩和惯性半径；（3）惯性积；（4）平行移轴公式。（五）弯曲内力（1）弯曲的概念和实例；（2）受弯杆件的简化；（3）剪力和弯矩；（4）剪力方程和弯矩方程剪力图和弯矩图；（5）载荷集度、剪力和弯矩间的关系。（六）弯曲应力（1）梁的纯弯曲；（2）纯弯曲时的正应力；（3）横力弯曲时的正应力；（4）弯曲切应力；（5）提高弯曲强度的措施；（6）钢梁电测弯曲正应力实验步骤与方法及其力学性能。（七）弯曲变形（（1）工程问题中的弯曲变形问题；（2）挠曲线近似微分方程；（3）积分法求弯曲变形；（4）叠加法求弯曲变形；（5）简单超静定梁；（6）减小弯曲变形的一些措施。2.重点和难点教学重点：材料力学的研究对象、研究内容；轴向拉压、扭转、弯曲各基本变形求解方法，内力、应力、变形、应变的特点及计算。教学难点：材料力学的任务及目的；各基本变形内力图的绘制，应力应变求解，强度条件及刚度条件计算。3.教学方法（1）通过多媒体课件和图文视频，采用讲授法，展示材料力学发展简史，使学生了解材料力学课程的研究对象、研究内容、课程定位等，激发学生产生学习兴趣、明确学习目的和任务；通过讲述中国力学家的故事和卓越的工程案例，激发学生的爱国主义情怀和民族自豪感，学习科学家勇于探索、严谨求真的精神，培养学生甘于奉献的社会责任感。（2）通过多媒体课件和传统教学相结合，阐明课程与教学基本原理，明确基本变形主要概念与分析思路，丰富教学内容，培养学生严谨治学的态度；（3）线下预习与课堂教学相结合，提高课堂效率，培养学生的自主学习能力；（4）利用学习通中的笔记签到、投票、主题讨论等互动功能，提高学生的课堂参与度，提升学习质量；（5）通过工程案例分析，强调理论与实践相结合，培养学生的力学建模能力和工程意识；（6）通过重点习题练习与讲解，强化知识应用意识，培养学生解决问题的能力和反思能力。（7）通过实验教学，掌握基本变形塑性材料与脆性材料的力学性能。4.学生学习预期成果通过本单元的学习，对材料力学课程的研究对象和内容、研究方法以及学习材料力学的目的有全面的认知。能够根据工程实际建立力学模型，分析基本变形的特点，掌握各基本变形杆件的强度刚度分析方法，掌握轴向拉压、扭转、剪切、弯曲基本变形的外力特点，熟练求解内力、应力及变形等。5.支撑课程目标课程目标1、4第二单元应力状态分析与组合变形（学时数：16学时）1.课程主要内容（一）应力和应变分析、强度理论（1）应力状态概述；（2）二向和三向应力状态的实例；（3）二向应力状态分析—解析法； （4）二向应力状态分析—图解法；（5）三向应力状态简介；（6）广义Hookle定律； （7）复杂应力状态下的应变能密度；（8）强度理论概述；（9）四种常用强度理论。 （二）组合变形（1）组合变形和叠加原理；（2）拉伸或压缩与弯曲的组合； （3）偏心压缩和截面核心；（4）扭转与弯曲的组合。2.重点和难点教学重点：求解应力状态的解析法及应力圆法，广义胡克定律，强度理论。教学难点：组合变形及应用强度理论求解复杂应力状态。3.教学方法（1）通过多媒体课件和传统教学相结合，阐明课程与教学基本原理，明确组合变形基本方法和基本概念，丰富教学内容，培养学生严谨治学的态度；（2）线下预习与课堂教学相结合，提高课堂效率，培养学生的自主学习能力；（3）利用学习通中的笔记签到、投票、主题讨论等互动功能，提高学生的课堂参与度，提升学习质量；（4）通过工程案例分析，强调理论与实践相结合，培养学生的力学建模能力和工程意识；（5）通过重点习题练习与讲解，强化知识应用意识，培养学生解决问题的能力和反思能力。4.学生学习预期成果通过本单元学习，由单向应力状态拓展到平面及空间应力状态，掌握平面应力状态应力分析的解析法和应力圆法，理解空间应力状态的概念，掌握应力与应变的关系—广义胡克定律，会计算空间应力状态下的应变能密度，掌握四个强度理论及其相当应力的计算，了解各种强度理论的适用范围及其应用，理解拉伸（压缩）与弯曲组合时的正应力强度计算，掌握圆截面直杆在扭转与弯曲组合时的强度计算。5.支撑课程目标课程目标2第三单元压杆稳定与动载荷（学时数：8学时）1.课程主要内容（1）压杆稳定性的概念；（2）细长中心受压直杆的临界力的欧拉公式；（3）不同杆端约束下细长中心受压直杆的临界力的欧拉公式，压杆的长度因数；（4）欧拉公式的适用范围，压杆临界应力的经验公式、临界应力总图、压杆的分类；（5）安全因数法校核压杆的稳定性；（6）提高压杆稳定性的措施；（7）构件作加速直线运动或匀速转动时的动应力计算；（8）构件受冲击荷载时的动应力计算。2.重点和难点教学重点：不同杆端约束下细长中心受压直杆的临界力的欧拉公式，欧拉公式的适用范围，超过比例极限时压杆临界应力的经验公式、临界应力总图、压杆的分类；掌握动载荷下动荷系数的求解，分析动载荷下内力、应力、变形等。教学难点：安全因数法校核压杆的稳定性；掌握构件作加速直线运动或匀速转动时的动应力计算以及构件受冲击荷载时的动应力计算。3.教学方法（1）通过多媒体课件和传统教学相结合，阐明课程与教学基本原理，明确压杆稳定基本方法和基本概念，掌握动载荷基本概念，丰富教学内容，培养学生严谨治学的态度；（2）线下预习与课堂教学相结合，提高课堂效率，培养学生的自主学习能力；（3）利用学习通中的笔记签到、投票、主题讨论等互动功能，提高学生的课堂参与度，提升学习质量；（4）通过工程案例分析，强调理论与实践相结合，培养学生的力学建模能力和工程意识；（5）通过重点习题练习与讲解，强化知识应用意识，培养学生解决问题的能力和反思能力。4.学生学习预期成果通过本单元学习，根据工程实际建立力学模型，掌握不同杆端约束下压杆临界力、临界应力的计算分析方法，了解欧拉公式的适用范围，掌握超过比例极限时压杆临界应力的经验公式、临界应力总图、压杆的分类，掌握安全因数法校核压杆的稳定性，了解提高压杆稳定性的措施。认识静力作用与动载荷作用对构件的不同影响，学会用动静法及能量法分析动荷载的作用，掌握构件作加速直线运动或匀速转动时的动应力计算及构件受冲击荷载时的动应力计算，解决工程实际问题。5.支撑课程目标课程目标3（二）课程基本教学内容对课程目标的支撑课程教学内容教学方法支撑的课程目标学时安排课内课外学时比例第一单元绪论及基本变形讲授法、案例法、线上与线下、理论与实验结合课程目标1401：1第二单元应力状态分析组合变形讲授法、案例法、线上与线下教学结合课程目标2161：1第三单元压杆稳定与动载荷讲授法、案例法、线上与线下教学结合课程目标381：1合计641：1五、课程考核及对课程目标的支撑（一）课程考核本门课程依据全程监控的理念进行考核，以课程目标的达成为主要目的，以检查学生对各知识点的掌握程度和应用能力为重要内容。总评成绩由平时成绩和期末考试成绩构成，其中平时成绩包括作业、单元测验、课堂表现和实验等环节。平时成绩中的各项成绩均为10分制，期末考试成绩和总评成绩均为百分制。平时成绩占总评成绩的40%，期末考试成绩占总评成绩的60%，具体考核环节和成绩占比由任课老师自行确定。总评成绩100%=平时成绩+期末考试成绩。课程成绩构成（百分制）课程成绩构成比例考核环节考核/评价细则平时成绩40%作业、测验、实验等平时成绩可由作业（十分制）（不少于8次）、测验（十分制）（不少于2次）、课堂表现及线上学习（十分制）、实验（十分制）等环节按比例构成，具体选择环节和构成比例由任课教师自行确定。评价细则：1.作业：单次作业满分10分，取平均值。2.测验：按评分标准打分，满分10分，取平均值。3.课堂表现及线上学习：由课上互动、主题讨论、笔记签到等环节获得积分，最高者折合10分，其余按比例折合。4.实验：实