材料力學(xué)課程描述

1、材料力學(xué)課程描述學(xué)時： 88學(xué)分： 5.5課程性質(zhì)：材料力學(xué)是變形固體力學(xué)入門的學(xué)科基礎(chǔ)課，用以培養(yǎng)學(xué)生在工程設(shè)計中有關(guān)力學(xué)方面的設(shè)計計算能力，本課程主要研究工程結(jié)構(gòu)中構(gòu)件的承載能力問題，通過揭示構(gòu)件的強度、 剛度和穩(wěn)定性問題的基本概念及必要的基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力；以理論分析為基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生的實驗動手能力；發(fā)揮其它課程不可替代的綜合素質(zhì)教育作用。課程任務(wù)：其主要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生：1. 樹立正確的設(shè)計思想，理論聯(lián)系實際，解決好經(jīng)濟與安全的矛盾，具備創(chuàng)新精；2. 全面系統(tǒng)地了解構(gòu)件的受力變形、破壞的規(guī)律；3. 掌握有關(guān)構(gòu)件設(shè)計計算的基本概念、基本理論、基本方法及其在工程的應(yīng)用；4. 能將

2、一般構(gòu)件抽象出力學(xué)簡圖，進行外力分析、內(nèi)力分析、應(yīng)力分析、應(yīng)變分析、應(yīng)力和應(yīng)變分析；5. 掌握材料的力學(xué)性能的原理和方法，具有進行實驗研究的初步能力；6. 在滿足強度、剛度、穩(wěn)定性的前提下，以最經(jīng)濟的代價，為構(gòu)件選擇合適的形狀設(shè)計合理的界面形狀和尺寸，為設(shè)計提供計算依據(jù)；7. 了解材料力學(xué)的新理論，新方法及發(fā)展趨向；課程目的 ：材料力學(xué)課程是高等工科院校中機械類專業(yè)一門主干課程，是機械類碩士研究生入學(xué)考試的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。在教學(xué)過程中要綜合運用先修課程中所學(xué)到的有關(guān)知識與技能，結(jié)合各種實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，進行機械工程技術(shù)人員所需的基本訓(xùn)練，為學(xué)生進一步學(xué)習(xí)有關(guān)專業(yè)課程和有目的從事機械設(shè)計工作打下基礎(chǔ)

3、， 因此材料力學(xué)課程機械類專業(yè)的教學(xué)計劃中占有重要的地位和作用。二、教學(xué)基本要求：(一 )課程的基本要求及提高要求：基本要求：1. 對材料力學(xué)的基本概念和基本分析方法有明確的認識。2. 能熟練地做出桿件在基本變形下的內(nèi)力圖， 進行應(yīng)力和位移、強度和剛度計算。3. 掌握應(yīng)力狀態(tài)理論，掌握組合變形下桿件的強度計算。4. 掌握簡單靜不定問題的求解方法。5. 了解能量法的基本原理，掌握一種計算位移的能量方法。6. 了解壓桿的穩(wěn)定性概念，會計算軸向受壓桿的臨界力與臨界應(yīng)力。7. 了解低碳鋼和灰口鐵的基本力學(xué)性能及其測試方法。8. 掌握電測實驗應(yīng)力分析的基本原理和方法。提高要求：1. 薄壁桿件扭轉(zhuǎn)，彎曲中

4、心，莫爾強度理論；2. 功互等定理、位移互等定理和虛功原理；3. 拉壓桿的彈塑性分析；4. 綜合性、設(shè)計性實驗。( 二 )實驗要求：材料力學(xué)課程是一門實踐性，設(shè)計性很強的技術(shù)基礎(chǔ)課，實驗教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實踐能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。共安排6次實驗。1. 低碳鋼和鑄鐵的拉伸實驗（2 學(xué)時）；2.低碳鋼和鑄鐵的壓縮實驗，測E實驗（2學(xué)時）；3.低碳鋼和鑄鐵的扭轉(zhuǎn)實驗，測G實驗（2學(xué)時）；4. 電測實驗 I （ 2 學(xué)時）；5. 電測實驗 II （ 2 學(xué)時）；6. 光測實驗，沖擊，疲勞，動荷實驗（2 學(xué)時）。以上實驗共計12學(xué)時，課內(nèi)占 8學(xué)時， 課外占 4學(xué)時。力學(xué)實驗中心為開放實驗室，開課后

5、要預(yù)約實驗。材料力學(xué)實驗有材料力學(xué)實驗指導(dǎo)書，要求學(xué)生上實驗課之前要預(yù)習(xí)材料力學(xué)實驗指導(dǎo)書，并寫出預(yù)習(xí)報告。實驗時每組人數(shù)2 3 人，每位任課教師要指導(dǎo)一個實驗教學(xué)班的實驗。實驗報告要用學(xué)校統(tǒng)一印制的實驗報告用紙，教師要認真批閱每份實驗報告，評出成績并做好記錄。三、各章節(jié)內(nèi)容及學(xué)時分配：第一章緒論教學(xué)目的與要求1. 了解構(gòu)件的強度、剛度和穩(wěn)定性的概念。2. 明確材料力學(xué)的課程的地位和任務(wù)。3. 理解變形固體的基本假設(shè)、條件及其意義。4. 明確內(nèi)力的概念初步掌握用截面法計算內(nèi)力的方法。5. 建立正應(yīng)力、切應(yīng)力、線應(yīng)變、切應(yīng)變的基本概念。6. 了解桿件四種基本變形的受力的特點和變形特點。教學(xué)內(nèi)容材

6、料力學(xué)的任務(wù)、同相關(guān)學(xué)科的關(guān)系，變形固體的基本假設(shè)、主要研究對象、研究方法、截面法、內(nèi)力、應(yīng)力、和應(yīng)變的概念，基本變形。第二章軸向拉伸和壓縮教學(xué)目的與要求1. 了解軸向拉、壓的受力特點和變形特點。2. 熟練掌握軸力計算和軸力圖的繪制方法。3. 了解軸向拉、壓時橫截面上正應(yīng)力公式的推倒過程和應(yīng)用條件。4. 了解軸向拉、 壓時斜截面上應(yīng)力變化規(guī)律 , 特別是最大正應(yīng)力和最大切應(yīng)變的大小和作用面5. 掌握軸向拉、壓時 , 塑性和脆性材料的力學(xué)性質(zhì), 并能分析解釋其破壞原因。6. 掌握工作應(yīng)力、極限應(yīng)力許用應(yīng)力與安全系數(shù)的概念。7. 熟練掌握軸向拉壓桿的強度條件和三種強度問題的計算方法。8. 明確彈性

7、模量 E 波松比 和抗拉 、 壓剛度 EA 的物理意義 , 熟練運用胡克定律計算拉壓桿變形。9. 建立軸向拉、壓時彈性變形能的概念和計算方法。10. 熟練掌握一次拉、壓靜不定的解法( 包括溫度應(yīng)變和裝配應(yīng)力 ) 。11. 了解應(yīng)力集中的概念。教學(xué)內(nèi)容軸力與軸力圖， 直桿橫截面及斜截面的應(yīng)力，圣維南原理，應(yīng)力集中的概念。材料拉伸及壓縮時的力學(xué)性能，應(yīng)力-應(yīng)變曲線。拉壓桿強度條件，安全因數(shù)及許用應(yīng)力的確定。第三章扭轉(zhuǎn)和剪切教學(xué)目的與要求1. 了解圓軸扭轉(zhuǎn)時的受力特點和變形特點。2. 能夠根據(jù)軸的傳遞功率和轉(zhuǎn)速計算外力偶矩。3. 熟練掌握扭矩的符號規(guī)定和扭矩圖的繪制。4. 掌握切應(yīng)力互等定理和剪切胡

8、克定律。5. 了解圓軸扭轉(zhuǎn)時橫截面上的切應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)變形公式的推導(dǎo)過程和應(yīng)力分部規(guī)律。6. 了解圓軸扭轉(zhuǎn)時斜截面上的應(yīng)力變化規(guī)律 , 特別是最大正應(yīng)力和最大切應(yīng)力的大小和作用面。7. 了解塑性和脆性材料的扭轉(zhuǎn)實驗。8. 熟練掌握圓軸扭轉(zhuǎn)時變形和剛度條件。9. 熟練掌握建立軸向拉、壓時彈性變形能的概念和計算方法。10. 掌握剪切和擠壓的實用計算。11. 了解非圓截面桿和薄壁桿件的扭轉(zhuǎn)。教學(xué)內(nèi)容扭矩及扭矩圖，切應(yīng)力互等定理，剪切胡克定律， 圓軸扭轉(zhuǎn)的應(yīng)力與變形，扭轉(zhuǎn)強度及剛度條件， 非圓截面桿扭轉(zhuǎn)的概念， 密圈圓柱螺旋彈簧的應(yīng)力和變形簡介， 剪切及擠壓的概念和實用計算。第四章彎曲內(nèi)力教學(xué)目的與要求1

9、. 明確平面彎曲的概念。2. 熟練掌握建立剪力方程、彎曲方程和繪制剪力圖、彎矩圖的方法。3. 掌握平面剛架的內(nèi)力計算和內(nèi)力圖的繪制方法。4. 熟練運用載荷集中、剪力和彎矩之間的微分關(guān)系繪制或校核剪力圖和彎矩圖的方法。5. 掌握帶梁間鉸靜定梁的內(nèi)力圖的繪制。6. 了解用疊加原理作彎矩圖的基本方法。7. 了解平面曲桿的彎曲內(nèi)力計算和內(nèi)力方程的建立方法。教學(xué)內(nèi)容平面彎曲的內(nèi)力，剪力、彎矩方程，剪力、彎矩圖，利用微分關(guān)系畫梁的剪力、彎矩圖。第五章彎曲強度教學(xué)目的與要求1. 明確純彎曲和橫力彎曲的概念。2. 了解梁純彎曲時橫截面上的正應(yīng)力公式的推導(dǎo)方法和正應(yīng)力分布規(guī)律。3. 熟練掌握彎曲正應(yīng)力的計算和彎

10、曲正應(yīng)力的強度條件及其應(yīng)用。4. 理解矩形截面梁衡截面上彎曲切應(yīng)力公式的推導(dǎo)過程及切應(yīng)力的分部規(guī)律。5. 掌握常見截面梁衡截面上切應(yīng)力的計算和彎曲切應(yīng)力強度條件。6. 建立彎曲中心的概念 , 橫力彎曲時 , 產(chǎn)生平面彎曲的條件。7. 了解提高粱彎曲強度的主要措施。教學(xué)內(nèi)容彎曲正應(yīng)力公式，彎曲切應(yīng)力， 彎曲強度條件， 薄壁截面梁的彎曲切應(yīng)力，彎曲中心的概念，提高彎曲強度的措施。第六章彎曲變形教學(xué)目的與要求1. 明確撓曲線、撓度和轉(zhuǎn)角的概念。2. 理解求解彎曲變形的撓曲線近似非分方程的建立過程及剛度條件。3. 掌握用積分法求彎曲變形及確定積分常數(shù)的邊界條件和連續(xù)條件。4. 掌握用疊加法求彎曲變形。

11、5. 了解提高粱彎曲剛度的主要措施。教學(xué)內(nèi)容撓曲線及其近似微分方程， 積分法和疊加法求梁的位移， 梁的剛度校核， 提高梁彎曲剛度的措施。第七章應(yīng)力及應(yīng)變分析強的計算教學(xué)目的與要求1.明確什么叫一點處的應(yīng)力狀態(tài)?為什么要研究一點處的應(yīng)力狀態(tài)?2. 明確主平面、主應(yīng)力和應(yīng)力狀態(tài)分析。3. 熟練掌握各種組合變形的危險點 ( 或指定點 ) 處原始單元體的截取及各面上的正應(yīng)力。4. 熟練掌握二向應(yīng)力狀態(tài)分析的解析罰和圖解法及單元體與應(yīng)力圓之間的一一對應(yīng)關(guān)系。5. 了解三向應(yīng)力圓的畫法 , 熟練掌握單元體內(nèi)的最大切應(yīng)力的計算。6. 了解平面英里狀態(tài)下的應(yīng)便分析。7. 掌握廣義胡克定律及應(yīng)用。8. 了解復(fù)雜

12、應(yīng)力狀態(tài)下的比能、體積改變比能和形狀改變比能。9. 了解什么是強度理論 ? 為什么要建立強度理論 ? 建立強的理論的依據(jù)是什么?10. 熟練掌握四種常用強度理論進行強度計算的方法及強度理論的選擇。教學(xué)內(nèi)容應(yīng)力狀態(tài)的概念， 平面應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)力分析和應(yīng)變分析的解析法及圖解法，三向應(yīng)力狀態(tài)的簡介，廣義胡克定律，體積應(yīng)變，三向應(yīng)力狀態(tài)下應(yīng)變能、體積改變能、畸變能的概念。第八章組合變形構(gòu)件的強度計算教學(xué)目的與要求1. 了解組合變形機構(gòu)的強度計算的基本方法和步驟。2. 掌握斜彎曲和拉彎曲組合變形構(gòu)件的應(yīng)力和強度計算。3. 熟練掌握圓軸扭轉(zhuǎn)與其他變形的組合時的應(yīng)力和強度計算。教學(xué)內(nèi)容強度理論的概念，破壞形

13、式的分析，脆性斷裂和塑性屈服，四個經(jīng)典強度理論。組合變形的類型， 解決的方法和步驟， 組合變形下桿件的強度計算，截面核心的簡介 （土建類）。第九章 實驗應(yīng)力分析教學(xué)目的與要求1.明確實驗應(yīng)力的分析的目的和電測法的基本原理。為什么要進行溫度補償?2.熟練掌握測量電橋的接法及其應(yīng)用。3.掌握二向應(yīng)力的狀態(tài)主方向已知時的應(yīng)力測定。4.了解二向應(yīng)力的狀態(tài)主方向未知時的應(yīng)力測定。5.了解電測法的主要優(yōu)缺點。教學(xué)內(nèi)容電測試驗應(yīng)力分析的基本原理和方法，應(yīng)力測定，光測法的基本原理。第十章能量法教學(xué)目的與要求1.掌握軸向拉壓、圓軸扭轉(zhuǎn)、平面彎曲和組合變形時的桿件變形能的計算,了解變形能的特點。2. 掌握計算位移

14、的莫爾積分法。3. 熟練掌握一種計算位移地能量法。如計算莫爾積分的圖形互乘法4. 了解虛功和虛位移互等定理及其應(yīng)用。教學(xué)內(nèi)容桿件應(yīng)變能計算，卡氏定理，莫爾定理，用能量法計算位移。第十一章靜不定結(jié)構(gòu)教學(xué)目的與要求1. 明確靜不定機構(gòu)的概念 , 掌握判定靜不定次數(shù)的方法。2. 掌握用力法解靜不定的基本步驟。3. 熟練掌握解一次靜不定機構(gòu)的變形比較法。4.理解力法正則方程的力學(xué)意義和建立過程, 并用力法正則方程解靜不定結(jié)構(gòu)。5.掌握利用機構(gòu)在幾何物理和載荷方面的對稱性和反對稱性, 來簡化靜不定次數(shù)的方法。教學(xué)內(nèi)容用力法解簡單靜不定的基本步驟，正則方程，對稱性在解靜不定問題中的應(yīng)用。第十二章動載荷教學(xué)

15、目的與要求1. 掌握勻加速直線運動桿件和勻速轉(zhuǎn)動圓環(huán)的動應(yīng)力計算。2.理解用能量法求解自由落體和水平?jīng)_擊動載荷系數(shù)K d公式的推導(dǎo)過程及動荷系數(shù)的物理意義。3. 熟練掌握自由落體和水平?jīng)_擊時的動載荷、動應(yīng)力和動變形的計算。4. 了解沖擊實驗和提高構(gòu)件抗沖擊能力的措施。教學(xué)內(nèi)容構(gòu)件作等加速運動和勻速轉(zhuǎn)動的應(yīng)力計算， 沖擊時的應(yīng)力和變形計算， 動、靜異同動應(yīng)力，動變形的計算。第十三章交變應(yīng)力教學(xué)目的與要求1. 了解疲勞破壞的特點和原因。2. 掌握描述交變應(yīng)力的參數(shù)計算。3. 明確材料的持久極限及其測定。4. 了解影響構(gòu)件持久極限的主要原因。5. 掌握對稱循環(huán)下構(gòu)件的疲勞強度計算。6. 理解非對稱循

16、環(huán)時的材料持久極限曲線及其簡化折線。7. 了解非對稱循環(huán)時 , 構(gòu)件的持久極限簡化折線及其構(gòu)件的疲勞強度計算。8. 了解在彎扭組合交變應(yīng)力下構(gòu)件的疲勞強度計算。9. 了解提高構(gòu)件疲勞強度的主要措施。教學(xué)內(nèi)容疲勞破壞的概念， S-N 曲線及材料的疲勞極限，影響構(gòu)件疲勞極限的主要因素，有限壽命簡介，提高構(gòu)件疲勞強度的措施，交變應(yīng)力與疲勞破壞，持久極限及其影響因素。第十四章壓桿穩(wěn)定教學(xué)目的與要求1. 明確壓桿穩(wěn)定和臨界力的概念。2. 理解兩端鉸支細長壓桿臨界力計算公式推導(dǎo)過程。3. 了解長度系數(shù)的力學(xué)意義 , 掌握四種常見約束下細長壓桿臨界力的計算。4.明確壓桿的柔度和歐拉公式的適用范圍。掌握臨界應(yīng)

17、力總圖5.掌握壓桿的穩(wěn)定校核。6. 了解提高壓桿穩(wěn)定的措施。教學(xué)內(nèi)容壓桿穩(wěn)定的概念，細長壓桿臨界載荷的歐拉公式，臨界應(yīng)力、經(jīng)驗公式、 臨界應(yīng)力總圖，壓桿的穩(wěn)定校核，安全因數(shù)法，折減系數(shù)法（土木建筑類），提高穩(wěn)定性的措施。附錄 A平面圖形的幾何性質(zhì)教學(xué)目的與要求1.掌握靜矩和形心的概念、性質(zhì)和計算。2. 掌握慣性矩、慣性半徑、極慣性矩和慣性積的概念、性質(zhì)和計算。3. 掌握平行移軸公式及組合圖形慣性矩的計算。4. 了解轉(zhuǎn)軸公式 , 主慣性軸、主慣性矩、形心主軸和形心主慣性矩的概念、性質(zhì)和計算。教學(xué)內(nèi)容靜矩、形心、慣性矩、慣性積、慣性半徑、積慣性矩、主軸、形心主慣矩、截面二次矩、平行移軸公式、轉(zhuǎn)軸公

18、式。四、實驗：1. 實驗?zāi)康呐c任務(wù)大量與材料力學(xué) 相關(guān)的產(chǎn)品和科研成果作為材料力學(xué)實驗實踐教學(xué)的內(nèi)容，通過參觀圖片實物、 實驗擴展以及學(xué)生自己觀察、 分析和動手實踐達到實驗的目的。 實驗課采用開放實驗教學(xué)方式， 實驗前學(xué)生必須提前到實驗室預(yù)約本課程 12 學(xué)時實驗要求學(xué)生自己動手做， 2 學(xué)時實驗為擴展性實驗。要求學(xué)生在實驗前預(yù)習(xí)指導(dǎo)書，指導(dǎo)教師概述實驗的原理和方法及儀器的使用等，并具體操作，由學(xué)生獨立完成 5 次實驗報告。2. 實驗教學(xué)基本要求（ 1）材料的機械性能測試：材料的各項強項指標，如屈服強度、強度極限、持久極限等。測量材料的彈性性能，如彈性極限、彈性模量等，認識低碳鋼和鑄鐵的基本力學(xué)性能，了解其測試方法，對于常用材料的基本力學(xué)性能及測試方法有初步認識；（ 2）驗證性實驗：材料力學(xué)的一些理論是以假設(shè)為基礎(chǔ)而導(dǎo)出的，例如桿件彎曲理論就以平面假設(shè)為基礎(chǔ)。 用實驗驗證這些理論的正確性使用范圍，更可加深對理論的