工程力学教案

《工程力学》教案开课单位：机电工程学院教研室：力学授课对象：非机类本科及机械类专科主讲教师：孙双双博士21课程的教学目的和要求工程力学是一门理论性较强的技术基础课，是高等院校工科专业的必修课。1.1目的通过本课程的学习，使学生掌握物体问题，初步学会分析、解决一些简单的工程实际问题培养学生解决工程计算中有关强度、刚度和稳定性问题的能力，以及计算能力和实验能力，为工程设计打下必要的基础。1.2要求1.2.1理论知识方面（1）能正确地选取分离体并画出受力图，比较完整地理解力、力矩和力偶的基本概念和性质，能熟练计算力的投影和力矩；（2）掌握运用各类平面力系的平衡方程求解单个物体及简单物系的平衡问题的知识；（3）掌握分析杆件内力并做相应内力图的基本知识；（4）掌握分析杆件的应力、应变，进行强度和刚度计算的基本知识；（5）对应力状态和强度理论有一定认识，并能进行组合变形下杆件强度计算；（6）初步学会分析简单压杆的临界载荷，并进行压杆稳定性的校核；1.2.2能力、技能方面（1）具有从简单的实际问题中提出理论力学问题并进行分析的初步能力；（2）初步具备计算强度、刚度、稳定性的计算及构件设计的能力；（3）初步具备合理选材及对常用材料基本力学性能进行测试的能力。2教材及参考书目2.1教材（1）西南交通大学应用力学与工程系编，《工程力学教程》，北京：高等教育出版社，2004。（2）范钦珊主编，《工程力学》，北京：清华大学出版社，2005。2.2参考书目（1）范钦珊主编，《工程力学》，北京：机械工业出版社，2002。（2）王振发主编，《工程力学》，北京：科学出版社，2003。（3）上海化工学院、无锡轻工业学院编，《工程力学》（上册），北京：高等教育出版社，2001。（4）周松鹤，徐烈煊编，《工程力学》，北京：机械工业出版社，2007。3习题习题是本课程的重要教学环节，通过习题巩固讲授过的基本理论知识，培养学生自学能力和分析问题解决问题的能力。本课程课后习题量较大，在讲授完每次内容后，均安排有一定数量的习题、思考题，作业每周收一次。4实验环节实验是本课程的重要的教学环节。要求学生掌握工程力学的基本实验方法，能独立进行操作，正确地处理实验结果并完成实验报告，教学内容（一）静力学部分第一章静力学的基本概念受力图第二章平面汇交力系第三章力矩、平面力偶系第四章平面一般力系第五章摩擦3第六章空间力系和重心（二）材料力学部分第一章轴向拉伸和压缩第二章剪切第三章扭转第四章弯曲内力第五章弯曲应力第六章弯曲变形第七章应力状态和强度理论第八章组合变形构件的强度第九章压杆的稳定性教学方法：1、课堂教学手段主要采用多媒体。2、采用启发式教学，鼓励学生自学，以“少而精”为原则，精讲多练；3、加强与学生的沟通，增加课堂讨论，调动学生的主观能动性。学习方法提示：1、提前预习，以提高听课效率；2、认真做好课堂笔记；3、课后认真复习，以巩固所学知识；4、独立按时地完成课后作业，以便掌握课程学习的实际情况。成绩评定方法：1、平时（包括考勤、作业、课堂提问）成绩占30%；如作业缺三次，平时成绩扣一半；如缺五次，没有平时成绩；2、期末考试成绩占70%。考核方式：闭卷。（一）静力学部分第一章静力学的基本概念受力图一、教学要求1、使学生了解本课程的研究对象、研究内容，明确学习本课程的目的；2、掌握力和刚体的概念及静力学公理；3、掌握约束及约束反力的基本知识；4、初步掌握物体及简单物系的受力分析，合理选择分离体并画出受力图。二、本章重点本章讲授的重点是“静力学公理”，“约束和约束反力”“物体的受力分析和受力图”。三、学时和教案安排本章讲授4学时，安排2个教案。【教案JA1-1】41、教学内容本讲介绍静力学的研究对象、研究内容及学习方法，重点介绍力与刚体的概念以及静力学公理。2、教学方法从本课程能解决的问题着手介绍本课程的研究对象、研究内容及如何学好本课程，然后介绍力和刚体的基本概念，重点介绍静力学公理。3、教学手段多媒体教学。4、注意事项强调本课程的特点，着重强调学好本课程必须完成大量的课后作业，同时说明只要努力一定能学好本课程。【教案JA1-2】1、教学内容本讲介绍常见的约束类型与约束反力特性，对物体和简单物系进行受力分析，画受力图。2、教学方法举例说明柔索、光滑面、铰链、固定铰支、活动铰支、固定端约束，并按照选定研究对象、画分离体、画受力图的过程依次介绍，这是整个工程力学的基础知识。需要讲解大量的例题。3、教学手段采用多媒体，介绍约束类型和受力图时结合常见的例子，可利用图片予以形象地说明。4、注意事项必须向学生强调画分离体和受力图是进行力学分析的起始和关键，非常重要。另外，需要强调二力杆的判断一定准确，物系内力在画整体受力图时不需要画。第二章平面汇交力系一、教学要求1、掌握平面汇交力系合成的几何方法和解析方法；2、掌握平面汇交力系平衡方程求解及应用。二、本章重点本章重点介绍平面汇交力系合成的解析法以及平面汇交力系平衡方程的求解。三、学时和教案安排本章讲授2学时，安排1个教案。【教案JA2-1】1、教学内容本讲介绍工程中的平面汇交力系问题，包括其合成的几何法及几何条件，解析法及平衡方程的求解。2、教学方法从简单的工程实际中的平面汇交问题介绍平面汇交力系的概念，平面汇交力系的几何法及几何条件，重点介绍解析法。3、教学手段多媒体教学，对比几何法和解析法。4、注意事项需要理解平面汇交力系平衡的几何条件和解析条件。5第三章力矩平面力偶系一、教学要求1、理解力矩、力偶的概念、力偶的三要素及力偶的等效定理；2、掌握平面力偶系的合成与平衡方程求解。二、本章重点本章重点介绍平面力偶系的合成与平衡方程求解。三、学时和教案安排本章讲授2学时，安排1个教案。【教案JA3-1】1、教学内容本讲介绍力矩、力偶的概念、力偶的三要素及力偶的等效定理，重点介绍平面力偶系的合成与平衡方程求解。2、教学方法从扳手转动螺母开始介绍力矩，从拧水龙头介绍力偶的概念及力偶的性质，然后根据力偶的性质说明平面力偶系如何合成，从而引入平面力偶系的平衡问题。3、教学手段多媒体教学，举例说明。4、注意事项力偶不能与一个力等效，也不能用一个力与之平衡。第四章平面一般力系一、教学要求1、理解力线的平移定理，掌握平面任意力系向其作用面内任一点的简化方法；2、理解平面力系的主矢与主矩的概念；3、了解平面任意力系的平衡条件及平衡方程的各种形式；4、了解静定与静不定问题的概念；5、初步掌握简单物系的平衡问题。二、本章重点本章重点介绍平面汇交力系合成的解析法以及平面汇交力系平衡方程的求解。三、学时和教案安排本章讲授5学时，安排3个教案。【教案JA4-1】1、教学内容本讲介绍力线平移定理、平面一般力系向一点简化及简化结果分析、合力矩定理。2、教学方法先介绍工程实际中的平面一般力系问题，然后提出如何解决，引入力线平移定理进而介绍平面一般力系向一点简化的方法并就简化结果进行分析，同时介绍合力矩定理。3、教学手段多媒体教学。4、注意事项力线平移定理是力系简化的理论基础，一定要把握，对力系的简化结果一定要清楚。【教案JA4-2】1、教学内容本讲介绍平面一般力系的平衡条件与平衡方程及平面平行力系的平衡方程。62、教学方法从平面一般力系的平衡条件入手介绍其平衡方程的基本形式及二力矩式和三力矩式，然后介绍一种特例，平面平行力系。本讲是本章的重点内容。3、教学手段多媒体教学，举例说明。4、注意事项需要注意平面一般力系二力矩和三力矩方程的三个方程独立的条件。【教案JA4-3】1、教学内容本讲介绍静定与静不定问题的概念及物体系统的平衡问题。2、教学方法从独立平衡方程的数目及待求解的未知数个数入手介绍静定问题及静不定问题的概念。然后介绍静定的物体系统及物体系统的平衡问题。3、教学手段多媒体教学，举例说明。4、注意事项要学会判断问题的性质，了解简单物系平衡问题的解法。第五章摩擦一、教学要求1、初步掌握滑动摩擦的基本知识；2、初步掌握考虑摩擦时的平衡问题求解；3、理解摩擦角的概念及自锁现象。二、本章重点本章重点介绍考虑摩擦时的平衡问题求解及自锁现象。三、学时和教案安排本章讲授4学时，安排2个教案。【教案JA5-1】1、教学内容本讲介绍滑动摩擦的基本知识及考虑摩擦时的平衡问题求解。2、教学方法从工程实际中的摩擦问题入手介绍静滑动摩擦和动滑动摩擦的概念。然后介绍考虑摩擦时的平衡问题求解。3、教学手段多媒体教学，举例说明。4、注意事项在求解考虑摩擦的平衡问题时必须正确地判断摩擦的性质及摩擦力的方向。【教案JA5-2】1、教学内容本讲介绍摩擦角的概念与自锁现象。2、教学方法首先引入摩擦角的概念，然后介绍一种自锁现象，分析自锁条件。并结合例题分析如何利用自锁和防止自锁的发生。3、教学手段7多媒体教学，举例说明。4、注意事项对自锁发生的条件要有一定的认识，并在工程设计的过程中学会运用或避免。第六章空间力系重心一、教学要求1、初步掌握力在空间坐标轴上投影的基本知识；2、理解力对轴之矩的概念；3、了解空间力系平衡方程的求解；4、了解重心的概念和重心的求法。二、本章重点本章重点介绍力在空间坐标轴上投影、合力投影定理、力对轴之矩的概念。三、学时和教案安排本章讲授3学时，安排2个教案。【教案JA6-1】1、教学内容本讲介绍力在空间坐标轴上投影、合力投影定理、力对轴之矩的概念。2、教学方法从工程实际中的空间问题入手，介绍力在空间坐标轴上投影、合力投影定理、力对轴之矩的概念。3、教学手段多媒体教学，举例说明。4、注意事项力在空间直角坐标轴上的投影选用一次投影法还是两次投影法需要根据已知条件来定。力与轴共面时力对轴之矩为零。【教案JA6-2】1、教学内容本讲介绍空间力系的平衡问题及重心的概念。2、教学方法从力作用的外效应入手，介绍空间力系平衡的条件，引入平衡方程，然后举例说明求解过程。简单介绍重心的概念及求法。3、教学手段多媒体教学。4、注意事项重点是了解基本结论。在工程实际中，多采用将空间力系平衡问题转化为在三个坐标平面内的平面力系问题来求解。（二）材料力学部分第一章轴向拉伸和压缩一、教学要求1、掌握轴向拉伸和压缩时内力的分析方法及横截面上应力分析方法；2、初步掌握杆件在拉压时变形的基本知识；3、了解常见材料在拉压时的力学性能；84、掌握杆件在轴向拉压时的强度计算。二、本章重点本章讲授的重点是杆件在轴向拉压时的内力及应力分析方法、变形及强度计算。三、学时和教案安排本章讲授8学时，安排4个教案。【教案JA1-1】1、教学内容本讲介绍材料力学研究的基本内容、基本概念和理想模型，然后介绍杆件轴向拉压时的内力分析方法。2、教学方法比较静力学研究内容介绍材料力学的研究内容，然后介绍最简单的轴向拉压问题及其内力的分析方法。3、教学手段多媒体教学。4、注意事项材料力学中认为材料是可变形固体，内力是物体内部某一部分与另一部分间相互作用的力，而理论力学中认为材料是刚体，物系的内力是指物系中各构件之间的相互作用力。【教案JA1-2】1、教学内容本讲介绍等直杆轴向拉压时横截面及斜截面上的应力，介绍低碳钢和铸铁在拉压时的力学性能，并介绍实验测定方法。2、教学方法利用纤维模型说明等直杆横截面上的应力分布规律，并进一步介绍斜截面上的应力分布规律，然后介绍材料在轴向拉压时的变形实验及基本概念。3、教学手段多媒体教学，简单绘制低碳钢的抗拉曲线。4、注意事项为低碳钢、铸铁拉压实验做理论准备。【教案JA1-3】1、教学内容低碳钢及铸铁拉伸和压缩实验。2、教学方法分组进行实验，完成实验报告。3、教学手段由实验指导教师负责完成。4、注意事项强调对数据和图形的分析。【教案JA1-4】1、教学内容介绍轴向拉伸和压缩时的强度计算和应力集中的。2、教学方法回顾低碳钢和铸铁的拉压实验，引入许用应力和安全系数的概念，然后介绍安全系数的选取方法，进而介绍轴向拉压时的强度条件，并举例说明可解决的三类问题，即强度校核、选择截面、确定许用载荷。最后简单介绍应力集中的概念、危害及利用。93、教学手段多媒体教学。4、注意事项强度计算的基本步骤：外力分析、内力分