工程力學(xué)-課程自學(xué)指導(dǎo)書(shū)

1、工程力學(xué)課程自學(xué)指導(dǎo)書(shū)一、 前言1 課程的性質(zhì)；工程力學(xué)課程是機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)必修的一門(mén)技術(shù)基礎(chǔ)課，本課程內(nèi)容在工程技術(shù)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。這門(mén)課程的主要特點(diǎn)是理論性強(qiáng)，緊密結(jié)合工程實(shí)際。本門(mén)課程研究物體的受力分析方法；力系的平衡條件及應(yīng)用。研究構(gòu)件的強(qiáng)度，剛度和穩(wěn)定性計(jì)算，從而能對(duì)簡(jiǎn)單的工程問(wèn)題進(jìn)行分析和計(jì)算。為學(xué)生進(jìn)一步獲得力學(xué)知識(shí)，學(xué)好以后的各門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課、專(zhuān)業(yè)課奠定必要的力學(xué)基礎(chǔ)。2 課程的任務(wù)與作用（含與前修和后續(xù)課程的關(guān)系）；本課程是一門(mén)重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，它是一門(mén)研究物體受力、構(gòu)件強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性計(jì)算的科學(xué)，它的任務(wù)是物體受力分析計(jì)算，在保證構(gòu)件既安全適用又經(jīng)濟(jì)的前提下，為構(gòu)件選擇合適

2、的材料，確定合理的的截面形狀和尺寸，提供必要的計(jì)算方法和實(shí)驗(yàn)技術(shù)。它也為學(xué)生學(xué)習(xí)后繼課程奠定基礎(chǔ)，把它應(yīng)用于工程，即可對(duì)桿類(lèi)構(gòu)件或零件進(jìn)行強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性設(shè)計(jì)。為學(xué)生后繼學(xué)習(xí)機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)等課程及有關(guān)的科學(xué)技術(shù)打好必要的力學(xué)基礎(chǔ)，學(xué)會(huì)應(yīng)用工程力學(xué)的基本理論和方法分析與解決一些簡(jiǎn)單的工程實(shí)際問(wèn)題。3 課程的主要內(nèi)容、難點(diǎn)與重點(diǎn)；課程主要內(nèi)容：本課程包括理論力學(xué)和材料力學(xué)兩部分。理論力學(xué)研究質(zhì)點(diǎn)系和剛體系統(tǒng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)（包括平衡）的基本規(guī)律，主要講述物體的受力分析、力系簡(jiǎn)化和物體及物體系統(tǒng)的平衡，點(diǎn)和剛體的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，質(zhì)點(diǎn)與質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)力學(xué)分析的研究方法。材料力學(xué)的主要任務(wù)是在滿足強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定

3、性的要求下，為構(gòu)件工程設(shè)計(jì)提供必要的理論基礎(chǔ)和計(jì)算方法。使學(xué)生掌握質(zhì)點(diǎn)、質(zhì)點(diǎn)系和剛體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律及其研究方法，對(duì)桿件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性問(wèn)題有明確的基本概念，必要的基礎(chǔ)知識(shí)和熟練的計(jì)算能力。課程重點(diǎn)：平面力系以及空間力系中力系的簡(jiǎn)化以及平衡的計(jì)算，材料力學(xué)中包括的五大基本變形的特征及相應(yīng)的計(jì)算等。課程難點(diǎn)：軸向拉伸與壓縮，剪切與擠壓，圓軸的扭轉(zhuǎn)，梁的平面彎曲以及組合變形的強(qiáng)度計(jì)算。4 課程學(xué)習(xí)指導(dǎo)。工程力學(xué)是一門(mén)理論性、系統(tǒng)很強(qiáng)的課程，學(xué)生應(yīng)循序漸進(jìn)、步步為營(yíng)、扎實(shí)掌握。在學(xué)習(xí)工程力學(xué)的過(guò)程中，注意理解基本概念，掌握分析問(wèn)題的思路和方法；應(yīng)當(dāng)根據(jù)情況進(jìn)行必要的復(fù)習(xí)。學(xué)習(xí)工程力學(xué)的另一個(gè)重

4、要環(huán)節(jié)是做習(xí)題。在學(xué)習(xí)過(guò)程中，必須要做相當(dāng)數(shù)量的習(xí)題。做習(xí)題是對(duì)原理和方法的應(yīng)用，通過(guò)做習(xí)題可以加深對(duì)基本概念和方法的深入理解。做習(xí)題的過(guò)程使學(xué)生的分析能力、計(jì)算能力和綜合應(yīng)用能力都可以得到訓(xùn)練和提高，學(xué)習(xí)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)充分重視做習(xí)題。主要教學(xué)參考教材：工程力學(xué)·靜力學(xué)（第4版） 北京科技大學(xué)，東北大學(xué)編 高等教育出版社 2008年工程力學(xué)·材料力學(xué)（第4版） 北京科技大學(xué)，東北大學(xué)編 高等教育出版社 2008年工程力學(xué)（少學(xué)時(shí)） 張定華 主編 高等教育出版社 2000年工程力學(xué) 莫宵依 主編 機(jī)械工業(yè)出版社 2010年工程力學(xué) 朱品武主編 華中科技大學(xué)出版社 2012年工程力

5、學(xué)（第2版） 張秉榮 主編 機(jī)械工業(yè)出版社 2010年二、 自學(xué)進(jìn)度表日期章節(jié)內(nèi)容習(xí)題3.15第1章 靜力學(xué)基本概念及物體的受力分析靜力學(xué)的基本概念與公理；常見(jiàn)約束類(lèi)型和約束反力；判斷二力構(gòu)件，物體的受力分析和受力圖。1-1,1-23.223.29第2章 平面匯交力系與平面力偶系力在直角坐標(biāo)軸上的投影，平面匯交力系平衡的幾何條件、平面匯交力系平衡的解析條件，匯交力系的平衡方程；力偶的性質(zhì)，力偶的等效條件；力偶系的合成結(jié)果；平面力偶系的平衡條件。2-1,2-5,3-3,3-44.5第3章 平面任意力系力的平移定理；平面任意力系向一點(diǎn)簡(jiǎn)化的結(jié)果及其分析；平面任意力系的平衡條件及平衡方程；物質(zhì)系統(tǒng)的

6、平衡求解；考慮有摩擦?xí)r物體的平衡問(wèn)題。4-4,4-54.12第4章 空間力系空間任意力系的簡(jiǎn)化；空間任意力系的平衡條件與平衡方程；重心位置的計(jì)算公式。6-2,6-54.19第5章 材料力學(xué)概述材料力學(xué)的任務(wù)，研究對(duì)象、變形固體的基本假設(shè)，桿件變形的基本形式。4.194.26第6章 軸向拉伸與壓縮軸向拉壓的概念與工程實(shí)例，截面法的應(yīng)用，計(jì)算軸力、畫(huà)桿件的軸力圖。軸向拉壓時(shí)橫截面的應(yīng)力分布規(guī)律及應(yīng)力計(jì)算公式；許用應(yīng)力與安全系數(shù)的確定；拉壓時(shí)桿件的強(qiáng)度計(jì)算。拉壓變形量的計(jì)算、虎克定律的應(yīng)用；低碳鋼、鑄鐵在拉伸時(shí)的力學(xué)性質(zhì)，其他塑性材料在拉壓時(shí)的力學(xué)性質(zhì)。剪切面與擠壓面的計(jì)算，剪切與擠壓的實(shí)用計(jì)算。1

7、-1，1-8,1-162-3,2-65.10第7章 扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)變形的受力特點(diǎn)與變形特點(diǎn)；扭轉(zhuǎn)變形的內(nèi)力的計(jì)算、內(nèi)力圖的繪制。圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)橫截面上剪應(yīng)力的分布規(guī)律及計(jì)算公式；扭轉(zhuǎn)變形的強(qiáng)度計(jì)算；圓軸的扭轉(zhuǎn)變形時(shí)的變形量。3-4,3-65.17第8章 彎曲內(nèi)力梁的簡(jiǎn)化、彎曲變形時(shí)橫截面上的內(nèi)力，內(nèi)力圖，微分關(guān)系快速作梁的內(nèi)力圖。4-15.17第9章 彎曲應(yīng)力彎曲變形時(shí)橫截面上的正應(yīng)力的分布規(guī)律，彎曲正應(yīng)力的計(jì)算公式，彎曲強(qiáng)度計(jì)算，梁的合理截面以及提高梁的彎曲強(qiáng)度的措施。5-5,5-165.24第10章 彎曲變形彎曲變形的物理量，撓曲線近似微分方程，邊界條件與連續(xù)性條件；積分法、疊加法求梁的變形；梁的剛

8、度條件。6-3,6-5注：習(xí)題選自如下參考教材其中。工程力學(xué)·靜力學(xué)（第4版） 北京科技大學(xué)，東北大學(xué)編 高等教育出版社 2008年工程力學(xué)·材料力學(xué)（第4版） 北京科技大學(xué)，東北大學(xué)編 高等教育出版社 2008年工程力學(xué)（少學(xué)時(shí)） 張定華 主編 高等教育出版社 2000年三、 各章節(jié)自學(xué)內(nèi)容及指導(dǎo)第1章 靜力學(xué)基本概念及物體的受力分析（一）學(xué)習(xí)目的與要求。通過(guò)本章的學(xué)習(xí)要求學(xué)生了解工程力學(xué)的基本框架。了解平衡、剛體、力和力系的基本概念。理解靜力學(xué)的四個(gè)基本公理。重點(diǎn)掌握約束和約束反立；對(duì)物體進(jìn)行受力分析的方法；受力圖的畫(huà)法。（二）自學(xué)內(nèi)容。靜力學(xué)的基本概念與公理；常見(jiàn)約束

9、類(lèi)型和約束反力；判斷二力構(gòu)件，物體的受力分析和受力圖。（三）本章重點(diǎn)。1、常見(jiàn)約束與約束反力；2、物體的受力分析。（四）本章難點(diǎn)。1、判斷二力構(gòu)件；2、物體的受力分析。（五）綜合練習(xí)。參考教材中習(xí)題。第2章 平面匯交力系與平面力偶系（一）學(xué)習(xí)目的與要求。通過(guò)本章的學(xué)習(xí)要求學(xué)生了解平面內(nèi)各力作用線相交于一點(diǎn)的匯交力系；理解力多邊形、合力、平衡條件、平衡方程等概念。掌握平面匯交力系的合成（簡(jiǎn)化）方法；平面匯交力系平衡條件及應(yīng)用。了解平面中力矩、力偶的等概念。掌握合力矩定理，力偶的等效條件和性質(zhì)；力偶合成（簡(jiǎn)化）方法；平面力偶系平衡條件及應(yīng)用。（二）自學(xué)內(nèi)容力在直角坐標(biāo)軸上的投影，平面匯交力系平衡的

10、幾何條件、平面匯交力系平衡的解析條件，匯交力系的平衡方程；力偶的性質(zhì)，力偶的等效條件；力偶系的合成結(jié)果；平面力偶系的平衡條件。（三）本章重點(diǎn)1、匯交力系平衡的幾何、解析條件；2、匯交力系的平衡方程；3、力偶的性質(zhì)；4、平面力偶系的平衡條件與平衡方程。（四）本章難點(diǎn)1、正確計(jì)算力在直角坐標(biāo)軸上的投影；2、求解平面匯交力系；3、平面力偶系的平衡條件與平衡方程。（五）綜合練習(xí)。參考教材中習(xí)題。第3章 平面任意力系（一）學(xué)習(xí)目的與要求。通過(guò)本章的學(xué)習(xí)要求學(xué)生了解力的平移定理、平面一般力系的簡(jiǎn)化方法。掌握并理解平面一般力系向一點(diǎn)簡(jiǎn)化后的結(jié)果。掌握平面一般力系平衡的必要與充分條件、平面一般力系的平衡方程及

11、平面一般力系平衡方程的應(yīng)用；特別是物體系統(tǒng)的平衡問(wèn)題。（二）自學(xué)內(nèi)容力的平移定理；平面任意力系向一點(diǎn)簡(jiǎn)化的結(jié)果及其分析；平面任意力系的平衡條件及平衡方程；物質(zhì)系統(tǒng)的平衡求解；考慮有摩擦?xí)r物體的平衡問(wèn)題。（三）本章重點(diǎn)1、平面任意力系向一點(diǎn)簡(jiǎn)化的結(jié)果；2、平面任意力系的平衡條件及平衡方程。（四）本章難點(diǎn)物體系統(tǒng)的平衡求解。（五）綜合練習(xí)。參考教材中習(xí)題。第4章 空間力系（一）學(xué)習(xí)目的與要求。通過(guò)本章的學(xué)習(xí)要求學(xué)生了解空間力系的簡(jiǎn)化方法以及簡(jiǎn)化結(jié)果；掌握力在空間坐標(biāo)軸上的投影，力對(duì)軸之矩力及其與對(duì)點(diǎn)之矩的關(guān)系；掌握空間力系的平衡條件及其應(yīng)用。（二）自學(xué)內(nèi)容空間任意力系的簡(jiǎn)化；空間任意力系的平衡條件

12、與平衡方程；重心位置的計(jì)算公式。（三）本章重點(diǎn)1、空間任意力系向一點(diǎn)簡(jiǎn)化的結(jié)果；2、空間任意力系的平衡平衡方程。（四）本章難點(diǎn)1、空間約束類(lèi)型；2、空間問(wèn)題的求解；2、物體重心的位置。（五）綜合練習(xí)。參考教材中習(xí)題。第5章 材料力學(xué)概述（一）學(xué)習(xí)目的與要求。通過(guò)本章的學(xué)習(xí)要求學(xué)生了解材料力學(xué)的任務(wù)、研究對(duì)象和基本概念。掌握截面法。（二）自學(xué)內(nèi)容材料力學(xué)的任務(wù)，研究對(duì)象、變形固體的基本假設(shè)，桿件變形的基本形式。（三）本章重點(diǎn)1、內(nèi)力的概念；2、用截面法求桿件內(nèi)力； 3、正應(yīng)力和剪應(yīng)力的概念；4、小變形的概念；5、線應(yīng)變和角應(yīng)變的概念；6、變形固體的基本假設(shè)及其在材料力學(xué)問(wèn)題中的應(yīng)用。（四）本章難

13、點(diǎn)1、材料力學(xué)的研究對(duì)象為變形固體，理論力學(xué)的研究對(duì)象為剛體，所以理論力學(xué)的一些基本原理引入材料力學(xué)時(shí)應(yīng)慎重。2、應(yīng)力是一點(diǎn)的應(yīng)力，應(yīng)力與橫截面之間的方位關(guān)系。3、小變形概念在解決材料力學(xué)問(wèn)題時(shí)的應(yīng)用（1）研究桿件受力時(shí)，可不考慮桿件的變形，根據(jù)變形前的位置建立力的平衡方程；（2）利用小變形條件，可使桿件的變形計(jì)算得到簡(jiǎn)化；（3）小變形的條件下將所研究的問(wèn)題線性處理在計(jì)算節(jié)點(diǎn)的位移時(shí)可以以切代弧，使計(jì)算簡(jiǎn)化。4、材料力學(xué)處理問(wèn)題的方法（1）用截面法確定橫截面內(nèi)力的大小；（2）各種基本變形的平面假設(shè)； （3）計(jì)算桿件橫截面上的應(yīng)力和桿件的變形。第6章 軸向拉伸與壓縮（一）學(xué)習(xí)目的與要求。通過(guò)本章

14、的學(xué)習(xí)要求學(xué)生了解材料力學(xué)的任務(wù)、基本假設(shè)、基本變形。掌握材料在拉（壓）時(shí)的力學(xué)性質(zhì)、拉（壓）內(nèi)力、應(yīng)力、變形、強(qiáng)度計(jì)算和超靜定問(wèn)題。了解剪切與擠壓的基本概念；掌握剪切與擠壓的實(shí)用計(jì)算方法。（二）自學(xué)內(nèi)容軸向拉壓的概念與工程實(shí)例，截面法的應(yīng)用，計(jì)算軸力、畫(huà)桿件的軸力圖。軸向拉壓時(shí)橫截面的應(yīng)力分布規(guī)律及應(yīng)力計(jì)算公式；許用應(yīng)力與安全系數(shù)的確定；拉壓時(shí)桿件的強(qiáng)度計(jì)算。拉壓變形量的計(jì)算、虎克定律的應(yīng)用；低碳鋼、鑄鐵在拉伸時(shí)的力學(xué)性質(zhì)，其他塑性材料在拉壓時(shí)的力學(xué)性質(zhì)。剪切面與擠壓面的計(jì)算，剪切與擠壓的實(shí)用計(jì)算。（三）本章重點(diǎn)1、軸力圖的繪制；2、軸向拉壓時(shí)橫截面上的正應(yīng)力分布規(guī)律，正應(yīng)力計(jì)算公式；3、拉

15、壓時(shí)桿件的強(qiáng)度計(jì)算；4、拉壓變形量的計(jì)算、虎克定律的應(yīng)用；5、低碳鋼、鑄鐵在拉伸時(shí)的力學(xué)性質(zhì)。（四）本章難點(diǎn)1、橫截面上正應(yīng)力的分布規(guī)律；2、強(qiáng)度計(jì)算的三個(gè)方面；3、桿件變形量的計(jì)算；4、剪切面與擠壓面的計(jì)算。（五）綜合練習(xí)。參考教材中習(xí)題。第7章 扭轉(zhuǎn)（一）學(xué)習(xí)目的與要求。通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生了解扭轉(zhuǎn)變形的基本概念，剪應(yīng)力互等定理，掌握扭轉(zhuǎn)變形橫截面上剪應(yīng)力的計(jì)算方法及強(qiáng)度條件、扭轉(zhuǎn)的變形、剛度條件及靜不定問(wèn)題。（二）自學(xué)內(nèi)容扭轉(zhuǎn)變形的受力特點(diǎn)與變形特點(diǎn)；扭轉(zhuǎn)變形的內(nèi)力的計(jì)算、內(nèi)力圖的繪制。圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)橫截面上剪應(yīng)力的分布規(guī)律及計(jì)算公式；扭轉(zhuǎn)變形的強(qiáng)度計(jì)算；圓軸的扭轉(zhuǎn)變形時(shí)的變形量。 （三

16、）本章重點(diǎn)1、圓軸扭轉(zhuǎn)的受力特點(diǎn)及變形特點(diǎn)；2、學(xué)會(huì)計(jì)算外力偶矩和扭矩、會(huì)畫(huà)扭矩圖；3、圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)橫截面上剪應(yīng)力的分布規(guī)律及計(jì)算公式；4、扭轉(zhuǎn)變形的強(qiáng)度條件；5、扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力計(jì)算公式的適用條件；6、純剪切的概念；7、圓軸扭轉(zhuǎn)變形的變形量和扭轉(zhuǎn)剛度條件。（四）本章難點(diǎn)1、圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)橫截面上剪應(yīng)力的分布規(guī)律及計(jì)算公式；2、桿件在扭轉(zhuǎn)變形時(shí)的強(qiáng)度計(jì)算和剛度計(jì)算；3、剪應(yīng)力互等定理的應(yīng)用。（五）綜合練習(xí)。參考教材中習(xí)題。第8章 彎曲內(nèi)力（一）學(xué)習(xí)目的與要求。通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生了解彎曲變形的基本概念，掌握剪力和彎矩的計(jì)算及剪力圖和彎矩圖的畫(huà)法。（二）自學(xué)內(nèi)容梁的簡(jiǎn)化、彎曲變形時(shí)橫截面上的內(nèi)力，內(nèi)力圖

17、，微分關(guān)系快速作梁的內(nèi)力圖。（三）本章重點(diǎn)1、梁的受力特點(diǎn)和變形特點(diǎn)；2、平面彎曲的概念；3、梁的三種形式；4、剪力和彎矩的符號(hào)規(guī)定；5、內(nèi)力方程、剪力圖和彎矩圖。6、均布載荷、剪力、彎矩之間的微分關(guān)系；7、利用微分關(guān)系快速作內(nèi)力圖。（四）本章難點(diǎn)1、彎曲內(nèi)力的符號(hào)規(guī)定；2、力偶對(duì)彎矩的影響；3、利用微分關(guān)系快速作梁的內(nèi)力圖。（五）綜合練習(xí)。參考教材中習(xí)題。第9章 彎曲應(yīng)力（一）學(xué)習(xí)目的與要求。通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生了解構(gòu)件彎曲變形，橫截面上正應(yīng)力、剪應(yīng)力的分布規(guī)律。掌握構(gòu)件彎曲變形時(shí)橫截面上正應(yīng)力與剪應(yīng)力的計(jì)算方法及強(qiáng)度條件。（二）自學(xué)內(nèi)容彎曲變形時(shí)橫截面上的正應(yīng)力的分布規(guī)律，彎曲正應(yīng)力的

18、計(jì)算公式，彎曲強(qiáng)度計(jì)算，梁的合理截面以及提高梁的彎曲強(qiáng)度的措施。（三）本章重點(diǎn)1、純彎和橫力彎曲的概念；2、中性層和中性軸的概念；3、彎曲正應(yīng)力的分布規(guī)律和計(jì)算公式，以及公式的適用條件；4、彎曲剪應(yīng)力的分布規(guī)律和計(jì)算公式；5、塑性材料、脆性材料梁的彎曲強(qiáng)度校核；6、提高梁的彎曲強(qiáng)度的措施。（四）本章難點(diǎn)1、危險(xiǎn)截面的確定：對(duì)于等直梁，危險(xiǎn)面就在Mmax處，而對(duì)于變截面梁，要分別計(jì)算Mmax處和截面最弱處的應(yīng)力，這些截面都可能是危險(xiǎn)面；對(duì)于抗拉壓強(qiáng)度不等的脆性材料其危險(xiǎn)面可能發(fā)生在Mmax或Mmax處或截面最弱處；2、塑性材料、脆性材料的強(qiáng)度校核。（五）綜合練習(xí)。參考教材中習(xí)題。第10章 彎曲變形（一）學(xué)習(xí)目的與要求。通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生了解彎曲變形，橫截面的撓度、轉(zhuǎn)角及