《材料力學》教學大綱

《材料力學》教學大綱學分：3.5總課時：63理論課時：54試驗課時：9面向教育：農(nóng)業(yè)機械化，農(nóng)業(yè)機械化師范、交通運送大綱執(zhí)筆人：林成厚大綱審定人：李進京闡明課程的性質(zhì)、地位和任務本課程研究構(gòu)件在力的作用下，強度、剛度和穩(wěn)定性等問題，是一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，也是一門重要的基礎(chǔ)力學課，為后續(xù)課程《機械原理》《機械設計》及各專業(yè)課的預備知識。課程教學的基本規(guī)定理論知識方面：本課程安排在第四學期，是在學生學完數(shù)學、物理、理論力學之后，在學生數(shù)學力學等必備的知識基礎(chǔ)上，深入研究構(gòu)件在力的作用下，內(nèi)力、應力、變形及穩(wěn)定性等問題，為機械設計等課程提供理論及計算措施，因此，教學中立足于基本知識，基本理論和基本技能。課程教學改革由于本課程的內(nèi)容及眾多公式具有一定程序及規(guī)律，為了系統(tǒng)地學習、研究其內(nèi)在規(guī)律，對整個教材的教學設想是應用框圖思維法，即削枝強干，刪繁就簡，強調(diào)“三基”，突出重點，到達有助于培養(yǎng)學生分析問題與處理問題的能力。教學大綱的內(nèi)容(一)課程理論教學第一章：緒論（2課時）§1.1材料力學的任務(1)強度.剛度.穩(wěn)定性.(2)材料力學的任務.§1.2變形固體的基本假設(1)變形固體的概念.(2)四個基本假設§1.3外力及其分類(1)外力概念.(2)集中力.分布力的概念.(3)積極力.約束力的概念.§1.4內(nèi)力.截面法和應力的概念..(1)內(nèi)力.附加內(nèi)力的概念.(2)截面法及其環(huán)節(jié).(3)應力的概念.§1.5變形與應變(1)變形的概念.(2).應變的概念§1.6桿件變形的基本形式(1)桿件種類,直桿等(2)基本變形:軸向拉伸與壓縮.剪切.扭轉(zhuǎn)和彎曲.【本章重點】內(nèi)力.截面法的概念【提議教學措施】由材料力學的發(fā)展史及在工程實際中重要地位.激發(fā)學生學習積極性【思索題】(1)何謂強度.剛度.穩(wěn)定性？.(2)何謂內(nèi)力.附加內(nèi)力？(3)何謂截面法？第二章拉伸.壓縮與剪切§2.1軸向拉伸與壓縮的概念和實例§2.2軸向拉伸與壓縮時橫截面上的內(nèi)力和應力(1)內(nèi)力:軸力及軸力圖.(2)應力的概念及其計算措施.§2.3直桿軸向拉伸與壓縮時斜截面上的應力(1)斜截面的概念.(2)斜截面上的應力的推導.§2.4材料在拉伸時的力學性能§2.5材料在壓縮時的力學性能.(1)材料的力學性能.(2)低碳鋼.鑄鐵的拉伸時的力學性能.(3)低碳鋼.鑄鐵的壓縮時的力學性能.§2.7失效.安全系數(shù)和強度計算(1)失效.安全系數(shù)的概念.(2)許用應力的概念.(3)強度計算及其他§2.8軸向拉伸或壓縮時的變形.(1)變形.應變的概念.(2)軸向與橫向變形的計算.(3)胡克定律.§2.9軸向拉伸或壓縮時的變形能(1)變形能的概念.(2)軸向拉伸或壓縮時的變形能.§2.10軸向拉伸.壓縮靜不定問題(1)靜不定問題的概念.(2)求解靜不定問題的環(huán)節(jié).§2.11溫度應力和裝配應力(1)溫度應力和裝配應力的概念.(2)溫度應力和裝配應力屬于靜不定問題.§2.12應力集中的概念(1)應力集中.(2)導致應力集中的原因.§2.13剪切和擠壓的實用計算(1)剪切的概念.(2)擠壓的概念.(3)實用計算.(4)剪切和擠壓的實用計算.【本章重點】(1)軸向拉伸與壓縮時橫截面上的內(nèi)力和應力.(2)軸向拉伸或壓縮時的變形.(3)胡克定律.(4)剪切和擠壓的實用計算.【本章難點】靜不定問題及其求解思緒和措施.【提議教學措施】根據(jù)材料力學總框圖的思緒.對整本教材進行初步分析研究.引導學生對的地學習.用總框圖的思緒來指導學生學習材料力學,提醒學生:材料力學是比較難學的,不過在工程中是非常重要的,必須學好,也一定可以學好.由于這門課程內(nèi)容既貼近工程實際,又有內(nèi)在規(guī)律比較規(guī)律.只要按照規(guī)律學習,一定可以掌握這門知識.【思索題】(1)何謂軸向拉伸時的平面假設？(2)何謂胡克定律？(3)何謂剪切和擠壓的實用計算？(4)何謂靜不定問題？(5)求解靜不定問題的思緒及其措施.第三章扭轉(zhuǎn)（4課時）§3.1扭轉(zhuǎn)的概念和實例(1)工程中扭轉(zhuǎn)的實例.(2)扭轉(zhuǎn)的概念.§3.2外力偶矩的計算扭矩和扭矩圖(1)外力偶矩的計算.(2)扭轉(zhuǎn)的內(nèi)力:扭矩.(3)內(nèi)力圖:扭矩圖.§3.3純剪切(1)薄壁圓筒扭轉(zhuǎn).(2)純剪切的概念.(3)剪切胡克定律.§3.4圓軸扭轉(zhuǎn)時的應力(1)扭轉(zhuǎn)時平面假設.(2)圓軸扭轉(zhuǎn)時的應力的推導.(3)圓軸扭轉(zhuǎn)時的應力的計算公式及其使用范圍.§3.5圓軸扭轉(zhuǎn)時的變形(1)扭轉(zhuǎn)角和單位扭轉(zhuǎn)角的概念.(2)扭轉(zhuǎn)角和單位扭轉(zhuǎn)角的計算公式.(3)扭轉(zhuǎn)靜不定問題及其求解.§3.6圓柱形密圈螺旋彈簧的應力和變形(1)圓柱形密圈螺旋彈簧的應力的推導.(2)圓柱形密圈螺旋彈簧的變形的計算.*§3.7非圓截面桿件的扭轉(zhuǎn)的概念(1)非圓截面桿件的扭轉(zhuǎn)的概念.(2)非圓截面桿件的扭轉(zhuǎn)的應力和變形的計算.*§3.8薄壁桿件的自由扭轉(zhuǎn)(1)薄壁桿件的概念.(2)自由扭轉(zhuǎn)的概念.(3)薄壁桿件的自由扭轉(zhuǎn)的計算.【本章重點】(1)圓軸扭轉(zhuǎn)時的應力公式的推導及其應用.(2)圓軸扭轉(zhuǎn)時的扭轉(zhuǎn)角和單位扭轉(zhuǎn)角的計算.(3)圓軸扭轉(zhuǎn)時的強度與剛度的計算.【本章難點】圓軸扭轉(zhuǎn)時的靜不定問題及其求解.【提議教學措施】引進工程實際中的例子,由淺入深講扭轉(zhuǎn)概念.推導計算公式和措施,結(jié)合實際講解深奧的理論比較易懂.在推導公式過程中,強調(diào)材料力學分析問題時,必須從變形入手,綜合幾何.物理.靜力學等三方面來考慮.這思緒和措施一直貫穿這門課程.【思索題】(1)何謂扭轉(zhuǎn)時平面假設？(2)推導圓軸扭轉(zhuǎn)橫截面應力的思緒和措施.(3)怎樣進行圓軸扭轉(zhuǎn)的強度和剛度的計算？附錄Ⅰ平面圖形的幾何性質(zhì)（2課時）§Ⅰ.1靜矩和形心(1)靜矩的概念(2)靜矩和形心的關(guān)系§Ⅰ.2慣性矩和慣性半徑(1)慣性矩的概念(2)慣性半徑的概念§Ⅰ.3慣性積(1)慣性積的定義.(2)慣性積的特點§Ⅰ.4平行移軸公式(1)慣性矩的平行移軸公式(2)慣性積的平行移軸公式§Ⅰ.5轉(zhuǎn)軸公式主慣性軸(1)慣性矩和慣性積的轉(zhuǎn)軸公式.(2)主慣性軸與形心主慣性軸的概念.(3)主慣性矩與形心主慣性矩的計算.【本章重點】(1)平行移軸公式.(2)轉(zhuǎn)軸公式(3)主慣性軸與形心主慣性軸的概念(4)主慣性矩與形心主慣性矩的計算.【提議教學措施】本章內(nèi)容與數(shù)學知識連在一起,與力學知識無關(guān),只波及高數(shù),因此只分析研究數(shù)學的簡樸知識.【思索題】(1)何謂靜矩.慣性矩及慣性積？(2)平行移軸和轉(zhuǎn)軸公式是怎樣推導？(3)怎樣確定主慣性軸的位置？(4)怎樣確定形心主慣性軸的位置？(5)怎樣計算主慣性矩與形心主慣性矩？第四章：彎曲內(nèi)力（4課時）§4.1平面彎曲的概念和實例(1)彎曲的概念.(2)平面彎曲的概念§4.2受彎桿件的簡化(1)梁的概念.(2)靜定梁的概念.§4.3剪力和彎矩(1)彎曲的內(nèi)力:剪力和彎矩.(2)剪力和彎矩的計算.§4.4剪力方程和彎矩方程剪力圖和彎矩圖(1)剪力方程和彎矩方程的建立.(2)剪力和彎矩正負號的鑒別.(3)梁和剛架的剪力圖和彎矩圖的繪制.§4.5載荷集度、剪力和彎矩間的關(guān)系(1)推導載荷集度、剪力和彎矩間的微分關(guān)系.(2)載荷集度、剪力和彎矩間的微分關(guān)系的幾何意義.(3)運用載荷集度、剪力和彎矩間的微分關(guān)系的幾何意義直接繪制剪力圖和彎矩圖.§4.6平面曲桿的彎曲內(nèi)力(1)平面曲桿的概念.(2)平面曲桿的彎曲內(nèi)力的計算.【本章重點】(1)彎曲的內(nèi)力:剪力和彎矩.(2)梁和剛架的剪力圖和彎矩圖的繪制.(3)運用載荷集度、剪力和彎矩間的微分關(guān)系的幾何意義直接繪制剪力圖和彎矩圖.【本章難點】運用載荷集度、剪力和彎矩間的微分關(guān)系的幾何意義直接繪制剪力圖和彎矩圖【提議教學措施】對梁的彎曲內(nèi)力的分析和研究必須從剪力方程和彎矩方程的建立開始,因此講解過程用最簡樸的措施描述,使學生們輕易掌握,這也是工程設計中的必備技能.繪制剪力圖和彎矩圖是基本功,必須從難從嚴規(guī)定.【思索題】(1)何謂彎曲？平面彎曲？(2)怎樣鑒別剪力和彎矩正負號的.？(3)怎樣建立剪力和彎矩方程的.？(4)怎樣運用載荷集度、剪力和彎矩間的微分關(guān)系直接繪制剪力圖和彎矩圖.第五章：彎曲應力（4課時）§5.1純彎曲(1)純彎曲的概念.(2)純彎曲和橫力彎曲的概念.§5.2純彎曲時的正應力(1)彎曲時平面假設.(2)純彎曲時的正應力計算公式(3)純彎曲時的正應力使用闡明§5.3橫力彎曲時的正應力(1)純彎曲時的正應力計算公式的推廣.(2)彎曲時的正應力強度條件.§5.4彎曲剪應力(1)彎曲剪應力計算公式的推導.(2)幾種常見彎曲剪應力計算公式.(3)彎曲剪應力強度條件.§5.6提高彎曲強度的措施(1)提高彎曲強度的根據(jù).(2)幾種常見提高彎曲強度的措施.【本章重點】(1)純彎曲時的正應力計算公式.(2)彎曲時的正應力強度條件.(3)幾種常見提高彎曲強度的措施.【本章難點】(1)彎曲剪應力計算公式(2)彎曲剪應力強度條件.【提議教學措施】在工程實際中迂到梁的彎曲問題更多,由實際中的梁的彎曲中引出彎曲的概念,再從理論上去研究分析.由表及里地進行分析歸納總結(jié),推導出梁彎曲時橫截面上內(nèi)力.應力的分布規(guī)律及其變形特點.為了工程上的安全,必須進行強度計算.【思索題】(1)何謂純彎曲.橫力彎曲？(2)何謂彎曲時平面假設？(3)怎樣推導純彎曲時的正應力計算公式？(4)怎樣推導橫力彎曲時的剪應力計算公式？(5)怎樣提高梁的彎曲強度？(6)在什么狀況下要進行提高彎曲剪應力強度計算？第六章：彎曲變形（5課時）§6.1工程中彎曲變形問題(1)彎曲變形的概念.(2)撓曲線的概念.(3)撓度和轉(zhuǎn)角的概念.§6.2撓曲線的微分方程(1)撓曲線方程.(2)撓曲線的微分方程的建立.§6.3用積分法求彎曲變形(1)對撓曲線的微分方程進行積分.(2)對幾種常見靜定梁的撓曲線的微分方程進行積分.(3)幾種常見積分時的邊界條件.§6.4用疊加法求彎曲變形(1)疊加原理.(2)疊加法的環(huán)節(jié).§6.5簡樸靜不定梁(1)靜不定梁的概念.(2)靜不定梁求解的思緒和措施.§6.6提高彎曲剛度的某些措施(1)提高彎曲剛度的根據(jù).(2)提高彎曲剛度的某些措施.【本章重點】(1)撓曲線的微分方程的建立.(2)對撓曲線的微分方程進行積分.【本章難點】簡樸靜不定梁求解的思緒和措施.【提議教學措施】上一章已經(jīng)講到梁的彎曲變形,根據(jù)工程實際的規(guī)定必須限制其變形在一定的范圍內(nèi),因此在工程中必須進行剛度條件計算.在講解怎樣求解梁的彎曲變形時,積分法是基本措施.在此尤其強調(diào)建立彎矩方程這基本功.根據(jù)靜定構(gòu)造與靜不定構(gòu)造之間的關(guān)系,分析它們之間的互相轉(zhuǎn)化的條件,用簡樸的措施來分析研究求解靜不定構(gòu)造.,既用已知的知識來學習和處理未知問題,解除了學生的畏難情緒,調(diào)動了他們的學習積極性.【思索題】何謂彎曲變形的撓度和轉(zhuǎn)角？怎樣對的建立彎矩方程才能簡化積分常數(shù)？(3)撓曲線的微分方程是怎樣建立？(4)怎樣用積分法求彎曲變形？(5)何謂疊加原理及其疊加法的環(huán)節(jié)？第八章：應力和應變分析、強度理論（8課時）§8.1應力狀態(tài)概述(1)一點處的應力狀態(tài).(2)主應力.主平面的概念.(3)一點處的應力狀態(tài)的分類:單向.二向,三向應力狀態(tài).§8.2二向和三向應力狀態(tài)的實例§8.3二向應力狀態(tài)分析——解析法(1)任意斜截面上的應力的計算公式的推導.(2)確定主應力大小的計算公式(3)確定主平面位置的公式.§8.4二向應力狀態(tài)分析——圖解法(1)二向應力狀態(tài)分析的圖解法的推導.(2)二向應力狀態(tài)分析的圖解法的莫爾圓.(3)莫爾圓的繪制及其應用.§8.5三向應力狀態(tài)(1)三向應力狀態(tài)的簡介.(2)三向應力狀態(tài)的莫爾圓.(3)三向應力狀態(tài)中的最大應力.§8.8廣義胡克定律(1)廣義胡克定律的推導.(2)廣義胡克定律的應用.§8.9復雜應力狀態(tài)的變形比能(1)變形比能(2)變形比能的計算公式.(3)形狀變化比能和體積變化比能.§8.10強度理論概述§8.11四種常用強度理論(1)強度理論概述.(2)四種常用強度理論的推導.(3)四種常用強度理論的使用范圍.【本章重點】(1)二向應力狀態(tài)分析——解析法.(2)莫爾圓的繪制及其應用.(3)廣義胡克定律.(4)四種常用強度理論.【本章難點】莫爾圓的繪制及其應用.【提議教學措施】本章內(nèi)容偏難,不過怎樣將復雜而較難的問題轉(zhuǎn)化為簡樸的而又通俗的道理講給學生聽？怎樣將抽象思維與形象思維結(jié)合起來？因此在講課過程中,應用實物與掛圖相結(jié)合,把復雜和深奧的理論簡樸化,學生比較輕易掌握.【思索題】(1)何謂一點處的應力狀態(tài)？(2)何謂主應力.主平面？(3)受力構(gòu)件內(nèi)任何一點處均有三個主平面和三個主應力嗎？(4)怎樣推導任意斜截面上的應力的計算公式？(5)怎樣計算主應力的大小和主平面位置？(6)莫爾圓怎樣繪制及其應用？(7)一種單元體怎樣與莫爾圓相對應？(8)廣義胡克定律的推導的根據(jù)是什么？(9)怎樣應用廣義胡克定律？第九章：組合變形（5課時）§9.1組合變形和疊加原理(1)組合變形的種類.(2)疊加原理求解組合變形的措施.§9.2拉伸或壓縮與彎曲的組合(1)拉伸或壓縮與彎曲的組合的實例.(2)求解拉伸或壓縮與彎曲的組合的原理和措施.*§9.3偏心壓縮和截面關(guān)鍵(1)偏心壓縮的實例.(2)求解偏心壓縮的原理和措施.*(3)截面關(guān)鍵概念及其確定的措施.§9.4扭轉(zhuǎn)與彎曲的組合(1)扭轉(zhuǎn)與彎曲的組合實例.(2)求解扭轉(zhuǎn)與彎曲的組合的原理和措施.【本章重點】(1)求解拉伸或壓縮與彎曲的組合的原理和措施.(2)求解扭轉(zhuǎn)與彎曲的組合的原理和措施.【本章難點】求解扭轉(zhuǎn)與彎曲的組合的原理和措施.【提議教學措施】這一章內(nèi)容是上幾章內(nèi)容的組合,正如這一章題目所表明的哪樣.因此在講解過程中,反復回憶基本變形以及疊加原理.在這基礎(chǔ)之上,反復練習強化已知知識,從而學到新的知識和措施.【思索題】(1)求解組合變形的原理和措施？(2)求解拉伸或壓縮與彎曲的組合的原理和措施？(3)求解扭轉(zhuǎn)與彎曲的組合的原理和措施？第十章：動載荷（2課時）§10.1概述(1)動載荷實例.(2)導致動載荷的原因(3)研究動載荷的措施.§10.2動靜法的應用 (1)求直線勻速運動的構(gòu)件動應力.(2)求勻速轉(zhuǎn)動的構(gòu)件的動應力.§10.4桿件受沖擊時應力和變形(1)用能量法研究沖擊載荷的動應力和變形.(2)研究自由落體沖擊載荷下的動應力和變形.(3)研究有水平初速度沖擊載荷下的動應力和變形.§10.5沖擊韌性(1)沖擊韌性的概念.(2)做沖擊試驗的條件.【本章重點】(1)動靜法的應用.(2)研究自由落體沖擊載荷下的動應力和變形.【本章難點】研究自由落體沖擊載荷下的動應力和變形【提議教學措施】動載荷在工程中常常迂到的,不過研究動載荷的思緒是非常熟悉的,就是應用理論力學的知識動靜法及材料力學中的能量法.將動載荷的形式轉(zhuǎn)化為靜載荷的形式來研究,和外力做得功等于桿內(nèi)所儲存的變形能.在講課過程中一邊復習過去的知識,一邊增長新的內(nèi)容.在新的內(nèi)容里必需強調(diào)已知的知識這一章中的新的物理意義,防止出現(xiàn)生搬硬套的現(xiàn)象.【思索題】(1)何謂動靜法？(2)何謂能量法？(3)在求沖擊載荷作用下,靜位移指得是什么意思？第十一章：交變應力（4課時）§11.1交變應力與疲勞失效(1)交變應力的概念.(2)疲勞失效的概念.(3)疲勞失效的特性及其原因.§11.2交變應力的循環(huán)特性、應力幅和平均應力.(1)交變應力的循環(huán)特性、應力幅和平均應力的概念.(2)交變應力的分類.§11.3持久極限(1)材料持久壽命.(2)材料持久極限.§11.4影響持久極限的原因(1)影響持久極限的原因之一:構(gòu)件的外形.(2)影響持久極限的原因之二:構(gòu)件的尺寸.(3)影響持久極限的原因之三:構(gòu)件表面質(zhì)量.§11.5對稱循環(huán)下構(gòu)件的疲勞強度計算(1)對稱循環(huán)下構(gòu)件的持久極限的計算.(2)用安全系數(shù)法進行對稱循環(huán)下構(gòu)件的疲勞強度計算.§11.6持久極限曲線(1)持久極限曲線的繪制.(2)持久極限曲線的簡化畫法.§11.7不對稱循環(huán)下構(gòu)件的疲勞強度計算.(1)運用持久極限曲線的折線分析不對稱循環(huán)下構(gòu)件的持久極限.(2)用安全系數(shù)法進行不對稱循環(huán)下構(gòu)件的疲勞強度計算.§11.8彎扭組合交變應力的強度計算(1)用安全系數(shù)法對彎扭組合交變應力的強度計算(2)各安全系數(shù)的計算.§11.9提高構(gòu)件疲勞強度的措施(1)提高構(gòu)件疲勞強度的根據(jù).(2)提高構(gòu)件疲勞強度的措施.【本章重點】(1)交變應力的循環(huán)特性、應力幅和平均應力的概念.(2)材料持久極限.(3)影響構(gòu)件持久極限的原因.【本章難點】用安全系數(shù)法對構(gòu)件疲勞強度進行計算.【提議教學措施】在課程設計以及未來機械設計中,都要波及到這個問題,不過這個問題實質(zhì)內(nèi)容是比較深奧的,目前所學內(nèi)容大部分都是有關(guān)試驗經(jīng)驗和數(shù)據(jù),因而,強調(diào)公式和數(shù)據(jù)的應用.【思索題】(1)何謂交變應力？何謂疲勞失效？(2)何謂交變應力的循環(huán)特性、應力幅和平均應力？(3)材料持久壽命和持久極限？(4)怎樣用安全系數(shù)法進行對稱循環(huán)下構(gòu)件的疲勞強度計算？(5)怎樣用安全系數(shù)法進行非稱循環(huán)下構(gòu)件的疲勞強度計算？(6)怎樣用安全系數(shù)法對彎扭組合交變應力的強度計算？第十二章：壓桿穩(wěn)定（4課時）§12.1壓桿穩(wěn)定的概念(1)壓桿穩(wěn)定與壓桿不穩(wěn)定的概念.(2)壓桿喪失穩(wěn)定的概念.(3)壓桿臨界壓力的概念.§12.2兩端鉸支細長壓桿的臨界壓力(1)兩端鉸支細長壓桿的臨界壓力推導.§12.3其他支承條件細長壓桿的臨界壓力.(1)其他支承條件細長壓桿的臨界壓力推導.(2)歐拉公式.§12.4歐拉公式的合用范圍，經(jīng)驗公式(1)歐拉公式的合用于大柔度壓桿.(2)經(jīng)驗公式合用于中等柔度壓桿.§12.5壓桿穩(wěn)定性的校核用安全系數(shù)法進行壓桿穩(wěn)定性的校核§12.6