《材料力学》教学大纲

《材料力学》教学大纲大纲说明课程代码：5125001课程总学时：64课时(讲课54课时，实验10课时)总学分：4学分课程类别：必修适用专业：土木工程专业（本科）预修要求：高等数学、理论力学课程的性质、目的、任务：材料力学是一门重要的技术基础课，是其它技术课和专业课的基础。材料力学的任务就是在对构件进行力学分析的基础上，为设计构件时选择适当的材料和尺寸，以保证达到强度、刚度和稳定性的要求，为使设备构件能够满足适用、安全和经济的要求，提供基础理论知识。课程教学的基本要求：通过学习，使学生掌握构件强度、刚度和稳定性的基本概念和计算方法；培养学生对工程设计中的强度、刚度、稳定问题有明确的概念，必要的知识，能进行初步的设计及实验分析能力的具备。本课程的学习中，要密切联系实际，培养学生正确的分析问题的方法，注意正确理解掌握基本概念和基本方法。考虑到课程性质，建议采用多媒体教学手段。实验是本课程的重要组成部分，在教学中应予以充分重视。大纲的使用说明：本大纲适用于土木工程本科专业64课时的材料力学课程使用，可根据具体的课时情况作适当的增删。大纲正文第一章绪论学时：2学时（讲课2学时）本章讲授要点：《材料力学》任务、研究对象、变形固体的基本假设、内力和应力的概念、截面法、线应变和角应变。重点：变形固体基本假设、截面法、应力和应变的概念。第一节材料力学的任务一、强度、刚度和稳定性的概念二、材料力学的任务第二节变形固体的基本假设一、连续性假设二、均匀性假设三、各向同性假设四、小变形假设第三节外力及其分类一、外力的分类二、载荷的分类第四节内力、截面法和应力的概念一、内力的概念二、截面法求内力三、应力的概念及单位第五节线应变和角应变一、线应变的概念二、角应变的概念第七节杆件变形的基本形式一、轴向拉伸与压缩二、剪切三、扭转四、平面弯曲第二章轴向拉伸与压缩学时：11学时（讲课7学时，实验4学时）本章讲授要点：轴向拉伸与压缩的概念；轴力和轴力图；横截面和斜截面上的应力计算；虎克定律；轴向拉压杆的变形计算；材料的力学性质；轴向拉压杆的强度计算；应力集中的概念；简单超静定问题的基本解法。重点：轴力和轴力图；应力和应变；虎克定律；变形计算；低碳钢的力学性能；强度条件的应用难点：简单超静定问题第一节轴向拉伸与压缩的概念和实例一、轴向拉伸与压缩的概念二、工程实例第二节轴向拉压杆横截面上的内力和应力一、轴力的计算和轴力图二、应力的计算第三节轴向拉压杆斜截面上的应力一、斜截面上的应力计算二、几种特殊情况的讨论第四节金属材料的机械性质一、低碳钢在轴向拉伸与压缩时的机械性质二、其他塑性材料的机械性质三、铸铁在轴向拉伸与压缩时的机械性质第五节轴向拉压杆的强度条件一、许用应力和安全系数二、轴向拉压杆的强度条件三、强度条件的应用第六节轴向拉压杆的变形一、应变的概念二、轴向拉压杆的变形和应变、材料的泊松比三、虎克定律四、轴向拉压杆的变形计算第七节直杆轴向拉伸与压缩时的变形能一、变形（应变）能的概念二、轴向拉压杆的变形能第八节轴向拉伸与压缩超静定问题一、超静定的概念二、轴向拉伸与压缩超静定的解法第九节温度应力和装配应力一、温度应力二、装配应力第十节应力集中的概念一、应力集中和理论应力集中系数二、材料对应力集中敏感程度的讨论第三章剪切学时：2学时（讲课2学时）本章讲授要点：联接件的强度计算方法、剪力互等定理、剪切虎克定律及剪切变形能的计算。重点：剪切的实用计算、挤压实用计算、剪力互等定理、剪切虎克定律。难点：剪切面面积和计算挤压面面积的计算、剪切变形能。第一节剪切的概念及实用计算一、剪切的概念二、剪切的实用计算第二节挤压和挤压的实用计算一、挤压的概念二、挤压的实用计算第三节剪力互等定理、剪切虎克定律一、纯剪切的概念二、剪力互等定理三、剪切虎克定律第四节剪切变形能第四章扭转学时：6学时（讲课4学时，实验2学时）本章讲授要点：扭转轴的扭矩和扭矩图；圆轴扭转时的应力和变形计算；圆轴扭转时的强度和刚度条件。重点：扭矩和扭矩图；圆轴扭转的强度和刚度条件。第一节扭转的概念及实例一、扭转变形二、轴第二节扭矩、扭矩图一、外力偶矩的计算二、扭矩的计算和扭矩图第三节圆轴扭转时的应力和强度条件一、圆轴扭转时横截面上的应力二、极惯性矩三、抗扭截面系数四、圆轴扭转的强度条件第四节圆轴扭转时的变形和刚度条件一、圆轴扭转时的变形计算二、圆轴扭转时的刚度条件第五节非圆截面杆扭转的概念一、几个概念二、非圆截面扭转轴的应力和变形计算第五章弯曲内力学时：6学时(讲课4学时，习题2学时)本章讲授要点：平面弯曲的概念；梁的剪力方程和弯矩方程；剪力和弯矩的计算方法；剪力图和弯矩图的作法及运用M、Q、q间的微分关系作内力图。重点：剪力图和弯矩图难点：剪力图和弯矩图的作法第一节平面弯曲的概念及实例一、平面弯曲的概念二、静定梁的基本形式第二节梁的剪力和弯矩一、剪力和弯矩二、剪力方程和弯矩方程第三节剪力图和弯矩图一、剪力图和弯矩图二、根据剪力方程和弯矩方程作梁的内力图三、基本梁在简单载荷作用下的内力图第四节剪力、弯矩和载荷集度之间的关系一、微分关系二、根据微分关系作内力图第五节平面曲杆和刚架的内力简介第六章截面的几何性质学时：4学时（讲课4学时）本章讲授要点：静矩和形心；惯性矩和惯性积、惯性半径；简单图形的惯性矩和惯性积；平行移轴公式和转轴公式；组合图形的惯性矩和惯性积；形心主轴和形心主惯性矩。重点：截面的静矩、形心、惯性矩的计算；平行移轴公式；形心主轴和形心主惯性矩的概念。难点：组合图形的惯性矩计算第一节静矩和形心一、静矩的概念和计算二、组合图形的静矩第二节惯性矩和惯性半径一、惯性矩和惯性半径的概念和计算公式二、简单图形的惯性矩三、组合图形的惯性矩第三节惯性积一、惯性积的概念和计算公式第四节平行移轴公式一、公式及证明二、公式的应用第五节转轴公式主惯性轴一、转轴公式二、主惯性轴和主惯性矩的计算第七章平面弯曲梁的强度学时：6学时（讲课4学时，实验2学时）本章讲授要点：平面弯曲梁横截面的正应力和剪应力计算及其强度条件；提高梁强度的措施。重点：弯曲正应力公式和强度计算。难点：弯曲剪应力的计算、弯曲中心第一节概述第二节纯弯时梁横截面上的正应力一、横力弯曲和纯弯曲的概念二、纯弯梁横截面上的正应力第三节横力弯曲时的正应力弯曲正应力强度条件一、横力弯曲时的正应力二、梁的正应力强度条件三、举例第四节弯曲时的剪应力一、矩形截面梁的剪应力二、工字形截面梁的剪应力第五节梁的剪应力强度条件一、剪应力强度条件二、强度条件的应用三、弯曲中心的概念第六节提高梁抗弯强度的措施一、减小最大弯矩值二、提高抗弯截面系数三、等强度梁的概念第八章弯曲变形学时：4学时（讲课4学时）本章讲授要点：梁的挠度和转角；梁的弹性曲线及近似微分方程；积分法、叠加法求梁的变形；梁的刚度条件和提高梁弯曲刚度的措施。重点：梁挠曲线的近似微分方程；梁变形的求解方法和梁的刚度条件。难点：梁变形的求解第一节弯曲变形的工程实例第二节挠曲线的微分方程刚度条件一、挠度和转角二、挠曲线的近似微分方程三、梁的刚度条件第三节用积分法求梁的变形一、积分方程二、积分常数的确定第四节用叠加法求弯曲变形一、叠加法的基本思路二、叠加法应用举例第五节提高梁弯曲刚度的措施一、改善结构形式，减小弯矩数值二、选择合理的截面形状第九章应力状态和强度理论学时：6学时（讲课6学时）本章讲授要点：一点处应力状态的概念；平面应力状态下的应力公式；主应力、主平面；三向应力状态；平面应变状态分析；广义虎克定律；四个强度理论及相当应力。重点：一点处应力状态的概念、主应力和主平面、主应变、最大剪应力广义虎克定律和强度理论难点：主平面的确定；三向应力状态分析和平面应变状态分析第一节应力状态的基本概念一、一点外的应力状态二、单元体三、应力状态的分类第二节二向应力状态分析一、单元体斜截面上的应力二、应力图三、主应力和主平面第三节三向应力状态一、三向应力圆二、最大正应力和最大剪应力第四节平面应变状态分析一、平面应变状态的概念二、主应变和主应变的方向三、应变圆四、应变实测第五节广义虎克定律一、广义虎克定律的表述二、应用举例第六节复杂应力状态下的变形比能一、变形比能的组成二、三向应力状态的变形比能第七节强度理论一、强度理论的基本概念二、四个常用的强度理论三、强度理论的应用第十章组合变形学时：7学时（讲课5学时，实验2学时）本章讲授要点：外力的简化方法；弯扭组合变形和拉（压）--弯组合变形的强度计算。重点：斜弯曲的强度计算难点：两个正交面内弯扭组合变形的强度计算第一节组合变形的概念和实例一、组合变形的概念二、组合变形的分析方法第二节斜弯曲一、概念二、斜弯曲的强度计算三、中性轴位置四、变形计算第三节拉（压）与弯曲的组合一、偏心拉压构件二、构件同时受轴向力和横向力作用第四节弯曲与扭转的组合一、一个平面内的弯扭组合二、两个正交平面内的弯扭组合第十一章动载荷学时：3学时（讲课3学时）本章讲授要点：动载荷和动应力的概念；构件作匀加速直线运动或匀速转动时的应力；冲击应力和冲击变形计算；了解提高构件抗冲击能力的措施；冲击韧度的概念。重点：动载荷和动应力的概念，动荷系数的计算；冲击应力的计算难点：冲击应力计算第一节概述一、动载荷的概念二、动应力的概念第二节构件作匀加速直线运动或匀速转动时的应力计算一、用达朗伯原理计算作匀加速直线运动构件的动应力，动荷系数二、匀速转动构件的动应力第三节冲击应力一、用能量法求冲击应力，冲击动荷系数二、冲击载荷和冲击变形第四节提高构件抗冲击能力的措施第五节冲击韧度一、冲击韧度的概念二、冲击韧度的测试方法第十二章交变应力学时：3学时（讲课3学时）本章讲授要点：交变应力及疲劳破坏的概念；持久极限及其影响因素；构件的疲劳强度计算。重点：交变应力、疲劳破坏和持久极限的概念；疲劳强度的计算难点：疲劳强度的计算。第一节交变应力和疲劳破坏一、交变应力的概念二、疲劳破坏及断口特征第二节交变应力的循环特性、应力幅值和平均应力一、循环特性二、应力幅值三、平均应力第三节材料的持久极限及测定一、材料持久极限的概念二、疲劳试验第四节影响构件持久极限的因素一、构件外形的影响二、构件尺寸的影响三、构件表面质量的影响第五节对称循环下构件的疲劳强度计算一、强度条件二、强度计算第六节提高构件疲劳强度的措施一、减缓应力集中二、提高表面光洁度三、提高表层强度第十三章压杆稳定学时：4学时（讲课4学时）本章讲授要点：压杆稳定的概念；临界力；欧拉公式、直线公式及适用范围；临界应力总图；压杆稳定的校核。重点：压杆稳定的概念；临界力和临界应力的概念及计算；压杆稳定的校核。难点：欧拉公式的推导第一节压杆稳定的概念一、理想压杆二、压杆平衡的三种形式第二节细长压杆的临界力一、两端铰支细长压杆的临界力二、其他约束细长压杆的临界力第三节压杆的临界应力一、临界应力二、欧拉公式的适用范围三、超过比例极限时的临界应力经验公式四、临界应力总图第四节压杆的稳定校核一、压杆的稳定条件二、稳定条件的应用第五节提高压杆稳定性的措施一、减小压杆的的支承长度二、加固杆端约束三、合理选择截面形状本课程对学生自学的要求：由于本课程理论性很强、课时偏紧，每次课的信息量较大，因而要求学生加强自学，建议自学时间与讲课时间1：1课时分配表：序号内容学时讲课习题实验小计1第一章绪论222第二章轴向拉伸和压缩614113第三章剪切224第四章扭转4265第五章平面弯曲内力4266第六章截面几何性质447第七章弯曲强度4268第八章弯曲变形449第九章应力状态和强度理论6610第十章组合变形412711第十一章动载荷3312第十二章交变应力3313第十三章压杆稳定44合计5041064本课程对学生自学的要求：由于课时过分偏少，每次课的信息量很大，因而要求学生做好预习和复习，建议自学时间与课堂教学时间之比为2：1考核与成绩：该课程二学期结束，每学期期末进行闭卷考核，成绩评定采用期末成绩及平时成绩（包括作业）实验成绩相结合的办法，比例大约为6：2：2。