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材料力学课程大纲课程编码：3589 课程名称：材料力学英文名称：Mechanics of Materials总学时：56 实验：6 上机：适用专业：机械设计制造及其自动化一、课程内容及要求本课程的主要内容：主要讲授构件的强度、刚度、稳定性概念，及构件在满足该三项指标的前提下，如何选择合适的材料、合理截面、确定许可载荷提供理论依据。学习重点：(一)基本概念部分主要以强度、刚度、稳定性、内应力、位移、应变等基本概念为重点，要求阐明截面法及有关各力学量间的关系，建立明确的概念。(二)基本变形部分主要以各基本变形的概念，内力及内力图绘制、应力与变形计算及相应的强、刚度计算为重点，要求阐明各基本变形的受力与变形特点、应力、应变的分布规律及计算公式、强度及刚度条件，从力学角度满足工艺要求的有关措施。(三)应力状态强度理论部分的重点为应力状态的概念，平面应力状态分析及强度理论的主要观点与相应的强度条件。阐明平面应力状态分析的解析法与图解法结论。古典强度理论的强度条件与适用范围,准确地用于杆件组合变形强度计算。压杆稳定部分的重点是稳定性、临界力、；临界应力的概念及稳定校核计算。阐明稳定及失稳的概念及实质；导出欧拉公式，进行临界应力计算；交变应力及动荷问题的重点是建立交变应力的概念及疲劳条件；动静法及能量法计算动荷问题的基本原理。学习难点：(一)基本概念部分主要以强度、刚度、稳定性、内应力、位移、应变等基本概念为难点，要求阐明截面法及有关各力学量间的关系，建立明确的概念。(二)基本变形部分主要以内力及内力图绘制、应力计算及相应的强、刚度计算为难点。(三)应力状态强度理论部分的难点为应力状态的概念，平面应力状态分析的解析法与图解法。第一章 总论1.1材料力学及其基本任务、材料力学的主要研究对象1.2基本概念 变形固体及其基本假设、外力、内力、应力、变形、变位、应变1.3 杆件的基本变形要求：通过本章的教学，使学生了解材料力学的任务和杆件变形的基本形式，了解构件强度、刚度和稳定性的概念；理解变形固体的基本假定、条件和意义；理解内力、正应力、剪应力、剪应变及单元体的基本概念；初步掌握用截面法计算内力的方法。重点：材料力学的任务；变形固体的基本假定；杆件的基本变形形式；截面法计算内力。难点：变形固体的基本假定。 第二章 轴向拉伸与轴向压缩2.1轴向拉、压的基本概念及力学模型的简化2.2轴向拉、压杆件截面上的内力及应力（一）轴力及轴力图。（二）直杆横截面、斜截面上的应力与分析、圣文南原理2.3材料的力学机械性能（一）材料力学实验及其意义（二）轴向拉伸时材料的力学性能（三）轴向压缩时材料的力学性能 低炭钢及铸铁的轴向压缩实验、建材及其它材料的轴向压缩实验（四）常温、静荷下处于塑性状态的材料与与常温、静荷下处于脆性状态的材料力学性能（五）温度、时间对材料力学性能的影响（六）应力集中及应力集中对材料强度的影响2.4轴向拉、压强度计算 工作应力、极限应力、许用应力、轴向拉压强度条件与强度计算2.5轴向拉伸与压缩时的变形（一）轴向拉、压的变形与应变（二）轴向拉、压时的物理关系一虎克定律及其应用（三）横向变形系数2.6轴向拉、压超静定问题（一）轴向拉、压超静定问题的基本概念、求解的基本原则及基本程序（二）装配应力及变温应力要求：通过本章的教学，使学生了解横向变形系数（泊松比），材料的拉伸与压缩力学行为和性质参数，了解应力集中现象和应力集中因数的意义；理解杆件内力、轴力和应力的概念，理解抗拉（压）刚度的概念；掌握轴向拉压时的强度条件及其应用，掌握轴向拉、压时的胡克定律及其应用，掌握拉压静不定问题的解法；学会应用截面法计算轴力，画轴力图。重点：轴力、轴力图与截面法；应力；材料的力学性质；拉压杆的强度条件；轴向拉压时变形的计算；拉压静不定问题。难点：轴向拉压时变形的计算；拉压静不定问题第三章 剪切与挤压3.1剪切的基本概念及其力学模型简化3.2剪切假定（实用）计算3.3挤压的基本概念及挤压假定（实用）计算3.4剪切、挤压假定计算在工程上的应用。铆接计算：焊接计算；冲剪力计算要求：通过本章的教学，使学生了解剪切和挤压的概念；理解剪切变形的力学模型、受力特征和变形特征；掌握剪切和挤压实用计算的强度条件；学会工程中剪切和挤压问题的实用计算方法。重点：剪切的概念；剪切和挤压的实用计算。难点：剪切和挤压面积的确定。第四章 平面图形的几何性质4.1静矩、轴惯矩、极惯矩及惯性积的定义、定义式、性质及计算方法4.2平行移轴定理、转抽定理及其应用4.3主轴、主矩、中心主轴及中心主矩的计算要求：通过本章的教学，使学生了解转轴公式，惯性主轴、形心惯性主轴和形心主惯性矩等概念；理解静矩和形心的定义和概念，理解惯性矩、惯性积和惯性半径的定义和方法；熟练掌握计算平面组合图形静矩和形心的方法，掌握应用平行移轴公式计算平面组合图形惯性矩、惯性积和惯性半径的方法；学会应用转轴公式、惯性主轴、主惯性矩概念分析和判断图形对过同一点不同方向轴的惯性矩相对大小的方法。重点：计算平面组合图形静矩和形心的方法；应用平行移轴公式计算平面组合图形惯性矩、惯性积和惯性半径的方法；应用转轴公式、惯性主轴、主惯性矩概念分析和判断图形对过同一点不同方向轴的惯性矩相对大小的方法。难点：计算平面组合图形静矩和形心的方法；应用转轴公式、惯性主轴、主惯性矩概念分析和判断图形对过同一点不同方向轴的惯性矩相对大小的方法。第五章 扭转5.1扭转的基本概念及力学模型的简化5.2扭转内力（一）扭转外力矩与轴所传递功率、转速间的关系（二）扭矩及其计算规则、左手定则（三）扭矩图5.3纯剪切（一）薄壁圆筒的扭转（二）剪切虎克定律（三）剪应力互等定律5.4圆轴扭转及其强、刚度计算（一）圆轴扭转时剪应力的分布规律及计算公式（二）圆轴扭转时扭转角的计算公式（三）圆轴的扭转强度及刚度计算要求：通过本章的教学，使学生了解纯剪切的应力状态，剪切胡克定律及其应用，剪应力互等定理，非圆截面杆扭转；理解剪应力互等定理的含义，圆截面杆受扭时剪应力的分析思想；掌握受扭杆件外力偶矩和横截面扭矩的计算方法，掌握最大剪应力、极惯性矩、截面抗扭系数的计算方法，掌握计算杆件扭转变形的方法；学会应用剪应力强度条件进行圆截面杆的强度校核、合理的极限载荷估算和截面尺寸设计的方法，学会应用剪应力刚度条件进行圆截面杆的刚度校核以及应用刚度条件进行合理的极限载荷估算和截面尺寸设计的方法。重点：扭转特点；外力偶矩的计算；扭矩和扭矩图；圆轴扭转时的应力；圆轴扭转时的变形；圆轴扭转时的强度条件和刚度条件。难点：扭矩符号规定及扭矩图。 第六章 弯曲内力 6.1弯曲变形的基本概念（一）平面弯曲与空间弯曲（二）梁及其力学模型的简化6.2弯曲内力分析 （一）粱横截面上的内力一剪力及弯矩 （二）剪力、弯矩的计算规则 （三）剪力方程及弯矩方程6.3剪力图及弯矩图的绘制 （一）剪力图、弯矩图及其在工程设计中的意义 （二）利用剪力、弯矩方程绘制剪力图及弯矩图6 （三）剪力、弯矩、载荷集度的微分关系及其在绘制剪力、弯矩图时的应用 （四）平面曲杆、简单刚架剪力图及弯矩图的绘制要求：通过本章的教学，使学生了解平面弯曲的概念；理解平面弯曲的概念，；掌握截面上剪力和弯矩的计算方法，会列剪力、弯矩方程，熟练掌握分布载荷、剪力和弯矩间的微分关系；学会应用分布载荷、剪力和弯矩间的微分关系进行较核及绘制内力图。重点：弯曲的一些相关概念；弯曲内力及其符号；剪力方程与弯矩方程；剪力图与弯矩图；分布载荷、剪力和弯矩间的微分关系及其应用。难点：内力正负号；应用分布载荷、剪力和弯矩间的微分关系进行较核及绘制内力图。第七章 弯曲应力及梁的强度计算7.1弯曲正应力 （一）纯弯曲时弯曲正应力的分布规律及计算公式 （二）纯弯曲正应力计算公式的推广7.2弯曲剪应力 （一）矩形截面梁弯曲剪应力的计算儒拉夫斯基公式 （二）圆形、工字形截面梁弯曲剪应的分布规律与计算公式7.3梁的强度计算7.4提高梁强度的原则及具体措施7.5弯曲中心的概念要求：通过本章的教学，使学生了解几种常见截面的弯曲剪应力分布规律，建立弯曲中心的概念，了解一般薄壁杆间弯曲剪应力、剪力流的分布规律，了解提高梁强度的一些主要措施；理解纯弯曲、横力弯曲、中性层、中性轴的概念，；掌握弯曲正应力的计算、弯曲正应力强度条件及其应用，掌握常见截面梁横截面上最大剪应力的计算和弯曲剪应力强度的校核方法；学会应用正应力强度条件进行强度计算。重点：弯曲正应力的计算、弯曲正应力强度条件及其应用；常见截面梁横截面上最大剪应力的计算和弯曲剪应力强度的校核方法。难点：弯曲正应力的计算；常见截面梁横截面上最大剪应力的计算。第八章 弯曲变形8.1梁的变形及其度量指标一挠度、转角 8.2弹性挠曲轴的近似微分方程8.3挠度及转角的计算 重积分法、叠加法、挠度、转角计算的其它方法8.4梁的刚度计算8.5弯曲超静定问题8.6提高梁刚度的原则及具休措施要求：通过本章的教学，使学生了解平面弯曲梁变形的概念及工程上用于度量梁的变形的物理量（挠度和转角）以及它们之间的关系，了解建立梁的挠曲线的近似微分方程的数学和力学的依据，了解提高梁刚度的主要措施；理解弯曲静定梁与弯曲静不定梁的区别；掌握积分法计算单跨静定梁在简单载荷作用下的转角和挠度方程，熟练掌握叠加法计算梁某截面的挠度和转角，掌握梁的刚度校核，掌握简单静不定梁的求解方法；学会使用位移边界条件和分段处的连续光滑条件定积分常数。重点：梁的挠曲线的近似微分方程；用积分法计算单跨静定梁在简单载荷作用下的转角和挠度方程；叠加法计算梁某截面的挠度和转角；梁的刚度条件；变形比较法求解简单静不定梁。难点：积分常数的确定；叠加法计算梁某截面的挠度和转角；简单静不定梁的求解。第九章 应力状态理论及强度理论9.1应力状态的基本概念9.2平面应力状态分析 (一)平面应力状态分析的解析法 (二)平面应力状态分析的图解法9.3空间应力状态分析及其主要结论9.4平面应力状态下的应变分析9.5复杂应力状态下的物理关系 (一)广义虎克定律 (二)材料三个弹性常数问的关系 (三)体积应变、球形应力张量及歪斜应力张量9.6复杂应状下的弹性能 (一)基本变形时的弹性能及比能 (二)复杂应力状态下的弹性能 (三)体积改变比能及变形比能9.7强度理论 (一)强度理论问题的提出及强度理论的概念 (二古典强度理论 (三)四种常用的古典强度理论 莫尔强度理论 (四)断裂准则简介要求：通过本章的教学，使学生了解平面应变状态的分析方法和有关结论，了解材料常见的两种破坏方式，了解关于复杂应力状态下应变比能、形状改变比能和体积改变比能的一些主要结论和公式；理解一点的应力状态、主应力和主平面、单元体等基本概念，理解各强度理论的物理含义和适用范围；掌握用解析法和图解法计算平面应力状态下任意斜截面上的应力、主应力和主平面方位，掌握三向应力状态下单元体最大剪应力的计算方法，掌握用第一和第二强度理论进行强度计算的方法；学会用广义胡克定律求解三维均匀变形问题，学会用第三和第四强度理论进行强度计算的方法。重点：一点的应力状态；主应力、主平面；应力状态分析解析法；应力状态分析图解法；三向应力状态下的最大剪应力；广义胡克定律；强度理论。难点：一点的应力状态；应力状态分析解析法。第十章 组合变形10.1组合变形的基本概念 (一)组合变形 (二)组合变形问题的处理原则与程序10.2拉（压）与弯曲组合变形时的应力及强度计算10.3斜弯曲时的应力及强度计算10.4偏心压缩时的应力及强度计算；断面核心10.5弯曲与扭转组合变形时的应力及强度计算要求：通过本章的教学，使学生了解组合变形的常见形式，了解偏心压缩的应力状态分析和截面核心的概念；理解叠加原理的应用条件和方法；掌握拉伸或压缩与弯曲的组合变形杆的应力和强度计算，掌握偏心压缩杆件的强度分析方法，掌握弯扭组合变形杆的强度和应力计算；学会应用第三、第四强度理论对弯扭组合圆截面杆件进行强度分析的方法。重点：组合变形和叠加原理；拉伸或压缩与弯曲的组合；偏心压缩；扭转与弯曲的组合。难点：叠加原理；危险截面的判定。第十一章 能量法11.1能量法原理 (一)功能原理 (二)变形能的普通表达式，克拉贝依隆原理 (三)功的互等定理与位移互等定理11.2卡氏定理及其应用11.3虚功原理及其应用要求：通过本章的教学，使学生了解功的互等定理和位移互等定理及其应用；理解功能原理；掌握杆件变形能的计算方法，熟练掌握利用莫尔定理计算简单结构位移的解析法和图解法，掌握用卡式定理求结构位移的方法。重点：杆件变形能的计算方法；利用莫尔定理计算简单结构位移的解析法和图解法；用卡式定理求结构位移的方法。难点：利用莫尔定理计算简单结构位移的解析法和图解法；用卡式定理求结构位移的方法。 第十二章 超静定结构12.1超静定结构的一般概念12.2力法、正则方程 (一)力法 (二)正则方程 (三)结构与载荷对称性的利用12.3连续梁及三弯矩方程要求：通过本章的教学，使学生充分理解静不定系统的概念，理解力法正则方程的力学意义和建立过程；掌握简单结构的静不定次数的判别方法，熟练掌握解一次静不定梁的变形比较法，掌握利用对称性解静不定的结构的方法，利用对称条件降低高次静不定问题的次数；学会用力法求解静不定问题。重点：简单结构的静不定次数的判别方法；解一次静不定梁的变形比较法；利用对称性解静不定的结构的方法；用力法求解静不定问题。难点：结构的静不定次数的判别方法；解一次静不定梁的变形比较法；利用对称性解静不定的结构的方法。第十三章 动荷问题13.1动荷问题的一般概念 (一)动荷问题的一般概念 (二)解决动荷问题的方法动静法能量法13.2动静法的应用 (一)构件匀加速直线运动时的应力计算 (二)构件匀速转动时的应力计算13.3能量法的应用 (一)杆件受冲击时的应力及变形计算 (二)冲击韧性及提高构件抗冲击能力的措施13.4振动应力计算简介要求：通过本章的教学，使学生了解提高构件抗冲击能力的主要措施；理解自由落体冲击应力和变形公式的推导过程和假设条件，熟练掌握受该冲击作用时简单结构的动应力和动变形的计算方法；掌握匀加速直线运动杆件和匀速转动圆环的应力和强度计算方法；学会用能量法推导其他形式冲击时的动应力和动变形公式。重点：自由落体冲击时构件的强度和刚度计算；匀加速直线运动杆件和匀速转动圆环的应力和强度计算。难点：自由落体冲击时构件的强度和刚度计算；匀加速直线运动杆件和匀速转动圆环的应力和强度计算。第十四章 交变应力14.1交变应力的基本概念 (一)交变载荷与交变应力 (二)疲劳破坏及其基本特征 14.2交变应力的特性指标 (一)平均应力及应力幅度 (二)循环特征及动荷量14.3材料的持久极限及其测定14.4构件的持久极限 (一)影响持久极限的因素 (二)构件持久极限计算14.5对称循环下的疲劳计算14.6实际构件疲劳强度计算要求：通过本章的教学，使学生了解对称循环下构件的无限寿命疲劳强度设计思想，了解持久极限曲线的意义和用途 ，了解非对称循环下构件的无限寿命疲劳强度设计思想；理解疲劳的概念和机理，熟悉交变应力的循环特征、最小值、最大值、均值和幅值等参数，理解在相同的材质和循环特征条件下，应力集中、尺寸效应和表面质量3个主要因素对持久极限的影响。重点：理解疲劳的概念和机理难点：理解疲劳的概念和机理 第十五章 压杆稳定的基本概念15.1压杆稳定的基本概念 (一)稳定性及失稳 (二)失稳的实质分析15.2临界应力 (一)细长杆临界力及临界应力的计算 (二)中长杆临界力及临界应力的计算15.3稳定计算15.4提高压杆稳定性的原则及措施要求：通过本章的教学，使学生了解两端铰支压杆临界载荷的计算方法，了解提高压杆稳定性的主要措施；理解失稳现象、临界载荷、临界应力等概念，理解欧拉公式的适用范围；掌握四种常见约束下细长压杆临界载荷的计算；学会通过柔度的计算，判断该压杆属于大柔度、中等柔度还是小柔度压杆的方法，并能熟练其临界载荷的计算和稳定性的校核方法。重点：弹性体稳定性的概念；细长压杆中心受压时的临界载荷与临界应力；压杆的稳定计算；提高稳定性的措施。难点：几种柔度压杆的判别方法以及相应的临界载荷的计算和稳定性的校核；柔度和长度系数概念的理解。二、课程各教学环节要求（1）课堂讲授：通过启发式教学，揭示知识发生过程；通过讨论课和习题课，进一步掌握和巩固重点；多媒体和传统手段相结合，多使用教学模型；重要概念术语给出英文表达。 （2）实验教学：铸铁、低碳钢拉伸、压缩试验，撰写实验报告；材料弹性模量E和泊松比的测定，撰写实验报告；扭转实验（演示）；叠梁实验，撰写实验报告；光弹、冲击、高频疲劳演示试验。 （3）作业：课外习题不少于150题，包括概念题、证明题、计算题和综合分析题。 （4）考试：一张A4纸开卷；涵盖所学内容90以上；分为概念题（理论题）和计算题两部分。三、学时分配章节主要内容各教学环节学时分配 作业题量备注讲授实验上机讨论习题其它小计第一章总论2第二章轴向拉伸与轴向压缩6510第三章剪切与挤压25第四章平面图形的几何性质2第五章扭 转625第六章弯曲内力42第七章弯曲应力及梁的强度计算432第八章弯曲变形412第九章应力状态理论及强度理论625第十章组合变形425第十一章能量法6第十二章 超静定结构42第十三章动荷问题5第十四章交变应力5第十五章压杆稳定的基本概念45合 计6412884材料力学课程大纲说明一、课程的性质、目的和任务材料力学是机械工程专业的专业技术基础课，也是要获得学位的必修课。主要讲授构件的强度、刚度、稳定性概念，及