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材料力学教学大纲课程性质：专业基础课 学 分：4 总学时：64理论学时：48 实践学时：16 主撰人： 主审人：一、课程教学的基本要求：材料力学是由基础课过渡到专业课的一门技术基础课。通过本课程的学习，为工程设计及后续课程建立必要的基础，培养学生有关构件的强度、刚度和稳定性方面的具有明确的基本概念、必要的基础知识、比较熟练的计算能力和初步的实验分析能力，从而使学生能对简单问题进行定量或定性分析。 1教学目的： （1）具有将一般杆状结构构件简化为力学简图的初步能力。 （2）分析、计算杆件在拉（压）、剪切、扭转、弯曲时的内力，并作出相应的内力图。 （3）熟练掌握杆件在各种基本变形形式下的应力和变形的理论计算方法。 （4）能熟练运用强度、刚度条件对杆件进行校核和截面选择，能运用稳定条件对压杆进行稳定校核。 （5）对能量法的基本原理及其应用有初步的了解。 （6）能掌握计算构件疲劳强度的方法。对动载荷应有初步的认识。 （7）了解并掌握最基本实验的试验手段和测试技术。 2基本要求 （1）熟悉掌握四种基本变形 （2）了解、掌握组合变形，压杆稳定，动载荷。 （3）通过教学使学生掌握变形计算的基本知识和方法，查阅有关文献，能独立完成强度、内力、刚度的有关计算。二、课程教学时数分配：章目教学内容学时课时分配讲课 实验 （实训）课程 设计1（一）绪论，拉伸和压缩6422（二）扭转6423（三）弯曲内力6424（四）平面图形的几何性质44 5（五）弯曲应力6426（六）弯曲变形6427（七）能量方法 6428（八）应力状态与应变状态分析449（九）强度理论4410（十）组合变形 42211（十一）压杆稳定64212（十二）动载荷2213（十三）循环应力4414小计644816三、课程单元教学目的、教学内容和要求、教学重点与难点第一章 绪论 1.教学目的 通过这一部分的教学，应使学生了解材料力学中各基本变形讨论的内用和步骤，一般是外力、内力、应力、强度条件，以及变形、刚度条件、超静定问题。 2.教学内容：（1）材料力学的主要任务和主要研究对象。（2）杆件的强度、刚度和稳定性等基本概念。（3）材料力学的基本假设及其含义。（4）杆件的四种基本变形形式 （5）拉（压）杆件截面上内力的确定，轴力图。 （6）横截面上正应力的分布及其计算，强度条件。 （7）虎克定律，拉压杆变形的计算。 （8）力、截面法、应力、线应变和位移等基本概念。 （9）典型材料（低碳钢）的应力应变图及其主要特征。 （10）脆性材料和塑性材料在机械性能上的主要差异。 （11）许用应力和安全系数的概念。 （12）超静定问题的概念及简单超静定问题（一次）的解法。 （13）（压）杆横截面上正应力公式的推导方法。 （14）斜截面上的应力。 （15）横向应变及其与纵向应变间的关系。 （16）应力集中的概念。 3.教学要求 通过这一部分的教学，应使学生了解材料力学中各基本变形讨论的内用和步骤，一般是外力、内力、应力、强度条件，以及变形、刚度条件、超静定问题。在讲授内力、截面法时，要强调截面法是材料力学求内力的普遍方法，应讲情其实质（通过以后各章节的学习达到熟练掌握的要求）。应力是这一部分的中心问题，它是衡量构件的强度指标。由拉（压）杆引出应力概念时，对于内力非均匀分况下的应力，应稍作说明。对于材料的机械性质，应着重讲清低碳钢的拉伸试验，其他内用都可与其对比讲授。对于超静定问题，应着重使学生了解综合考虑几何、物理、静力学三方面进行求解的方法。其中关键是建立变形协调条件，但不应陷于复杂的几何关系。 4.教学重点与难点 教学重点、难点：内力、截面法、应力、强度条件变形计算（包括线应变、虎克定律）、拉压超静定问题。第二章 扭转 1.教学目的 通过本章学习，应掌握转剪应力的推导，了解由几何、物理、静力学三方面推导的方法 了解横截面上的剪应力分布及其计算。 2.教学内容（1）用截面法掌握求扭矩，作扭矩图。（2）圆周扭转时横截面上的剪应力分布及其计算，圆截面的极惯性矩和抗扭截面系数。（3）圆周扭转变形的计算，相对扭转角及单位长度扭转角的概念。 （4）强度条件和刚度条件的运用。：（5）纯剪切的概念，剪切力互等定律，剪应变的概念，剪切虎克定律，剪切弹性模量。（6）圆周扭转时横截面上剪应力公式的推导。（7）圆截面极惯性矩和抗扭截面系数的推导。（8）矩形截面杆和薄壁杆件的自由扭转。 3.教学要求 扭转剪应力的推导，应着重讲清由几何、物理、静力学三方面推导的方法。横截面上应力非均匀分布是学生初次遇到的问题，故为一难点，应从物理本质上讲清圆周扭转时横截面上剪应力的线形分布规律及其原因。对于实用计算，应说明由于许用应力是根据实验结果按同样的假定计算得出，故实用计算是切实可用的。应着重讲清纯剪切的应力和变形及其规律。 4.教学重点与难点 教学重点与难点：圆周扭转时内力、应力、变形的计算及强度、刚度条件。扭转剪应 力的推导。第三章 弯曲内力 1.教学目的 通过本章学习，了解弯曲的概念，熟悉剪力图和弯矩图的绘制，掌握指定截面上的剪力、弯矩的计算，熟悉剪力方程、弯矩方程。 2.教学内容（1）求梁指定截面上的剪力、弯矩。（2）正确列出剪力方程和弯矩方程，并绘制剪力图和弯矩图。（3）面弯曲的概念。（4）弯矩、剪力和分布载荷集度间的微分关系及其应用。（5）将杆状结构构件简化为力学简图。 3.教学要求 弯曲是材料力学的重点内容，必须学好。其讨论的内容和步骤同样是外力、内力、应力、强度条件以及变形、刚度条件。作剪力图和弯矩图是材料力学的基本功，必须熟练掌握梁受典型载荷作用时的剪力图和弯矩图的绘制（不要求画梁受过分复杂载荷时的剪力图和弯矩图）。对于弯矩、剪力和分布集度之间的微分关系，要求学生能用于检查所作的弯矩图。 4.教学重点与难点 教学重点：求指定截面上的剪力、弯矩，列出剪力方程、弯矩方程，作剪力图、弯矩图 教学难点：剪力、弯矩的正、负号易于理论力学的规定混淆。第四章 平面图形的几何性质 1.教学目的 通过本章的学习，应掌握平面几何图形重心的求法，熟悉常用几何图形惯性矩的大小，了解惯性矩和惯性积德转轴公式，掌握组合截面惯性矩的计算。 2.教学内容（1）平面几何图形重心的求法。（2）常用几何图形惯性矩的大小。（3）组合截面惯性矩的计算 （4）惯性矩和积惯性矩的区别。（5）平面几何图形面积矩的求法。 （6）规则图形惯性矩的求法。（7）截面惯性矩的平行移轴公式。 （8）惯性矩和惯性积的转轴公式。 3.教学要求 计算杆在外力作用下的应力和变形时，需要用到杆的横截面的几何性质，本章所讨论的一些几何性质与截面的几何性质类同本章所学的内容将在以后的章节中用到。 4.教学重点与难点 教学重点与难点：平面几何图形重心的求法，常用几何图形惯性矩的大小，组合截面惯性矩的计算。第五章 弯曲应力 1.教学目的 通过本章的学习，应了解横截面上正应力的分布，了解面弯曲、纯弯曲、横力弯曲的概念，熟悉矩形、工字形截面梁横截面上剪应力的分布规律，掌握弯曲时梁横截面上正应力公式的推导。 2.教学内容（1）横截面上正应力的分布及其计算。（2)危险面、危险点的判别，弯曲正应力强度条件的应用。 (3)面弯曲、纯弯曲、横力弯曲的概念。 (4)弯曲时梁横截面上正应力公式的推导，该公式的适用范围。 (5)梁的合理截面。 (6)矩形、工字形截面梁横截面上剪应力的分布规律及其最大值，圆形截面梁的最大剪应力及其位置。 (7)高梁的弯曲强度的一些措施，等强度设计的概念。 3.教学要求 横截面上正应力的计算及正应力的强度条件。弯曲正应力公式的推导应着重讲清几何、物理、静力学三方面推导的方法。应从物理本质上讲清弯曲时横截面上正应力的线形分布规律及其原因。弯矩与挠曲线曲率间的关系是基本公式，不应忽视。弯曲剪应力公式可不作推导，直接给出其分布规律及最大值。对于工字形截面梁，翼缘部分的剪应力可不作讨论，腹板上的最大剪应力可近似地取其平均剪应力值。 4.教学重点与难点 教学重点与难点：横截面上正应力的计算及正应力的强度条件。弯曲正应力公式的推导。第六章 弯曲变形 1.教学目的 通过本章的学习，应了解 2.教学内容（1）挠曲线、挠度、转角的定，挠度和转角的关系。（2）用叠加原理求指定截面出的挠度和转角。（3）梁的刚度计算。（4）确列出挠曲线的近似微分方程，常用的边界条件及连续条件。（5）积分法求梁的挠曲线方程，挠度和转角。（6）曲线近似微分方程的建立及其使用条件。（7）梁的挠曲线的大致形状的判定。（8）提高梁弯曲刚度的一些措施。 3.教学要求 应着重讲清梁的挠曲线近似微分方程及其积分，边界条件，叠加法原理及其使用条件。 4.教学重点与难点 教学重点与难点：梁的挠曲线近似微分方程、叠加法原理及其使用。第七章 能量方法 1.教学目的 通过本章的学习，应了解用单位载荷法简单静定桁架的位移及功能原理，了解弹性变形能的概念，熟悉杆件弹性变形能的计算，掌握用单位载荷法解一次超静定梁和刚架（外力超静定）。 2.教学内容（1）杆件弹性变形能的计算。（2）用单位载荷法（莫尔定理）及卡氏定理求梁及简单平面刚架的位移。（3）用单位载荷法解一次超静定梁和刚架（外力超静定）（4）位载荷法简单静定桁架的位移。 （5）功能原理 3.教学要求 本章应熟练掌握杆件弹性变形能的计算；用单位载荷法（莫尔定理）及卡氏定理求梁 及简单平面刚架的位移。应掌握用单位载荷法解一次超静定梁和刚架（外力超静定）。应 了解用单位载荷法简单静定桁架的位移及功能原理。 4.教学重点与难点 教学重点与难点：弹性变形能的概念，能量法的基本概念及其应用。第八章 应力状态与应变状态分析理 1.教学目的 通过本章的学习，应了解一点处应力状态的概念，了解主平面、主应力的概念，熟悉 求二向应力状态的主应力，掌握义虎克定律的建立，了解弹性比能、体积改变比能、形状 改变比能的概念。 2.教学内容： （1）一点处应力状态的概念，主平面、主应力的概念。 （2）确定二向应力状态下一点处的主应力。 （3）义虎克定律的建立 （4）弹性比能、体积改变比能、形状改变比能的概念及其表达式。 3.教学要求 本章应着重讲授一点处应力状态的概念；主平面、主应力的概念；确定二向应力状态 下一点处的主应力。应了解广义虎克定律的建立；弹性比能、体积改变比能、形状改变比 能的概念及其表达式。 4.教学重点与难点 教学重点：一点处的应力状态的概念，求二向应力状态的主应力，一点处的最大剪应 力和广义虎克定律。 教学难点：一点处的广义状态的概念。第九章 强度理论 1.教学目的 通过本章的学习，应了解强度理论的概念，熟悉四个强度理论的基本观点，掌握四个 强度理论的相当应力及其应用。 2.教学内容（1）强度理论的概念。（2）四个强度理论的基本观点。 （3）第一、第二强度理论的相当应力及其应用。 （4）第三、第四强度理论的相当应力及其应用。 3.教学要求 应着重讲授第三、第四强度理论的相当应力及其应用 、强度理论的概念；四个强度 理论的基本观点；第一、第二强度理论的相当应力及其应用。 4.教学重点与难点 教学重点：四个强度理论的相当应力。 教学难点：四个强度理论的应用。第十章 组合变形 1.教学目的 通过本章的学习，应了解组合变形的概念，熟悉计算危险点处的应力，掌握圆周弯 扭组合时的强度条件及其应用，熟悉弯拉（压）组合时的强度计算。 2.教学内容：（1）组合变形的概念及其基本分析方法。（2）判别危险面，计算危险点处的应力，正确选用强度理论进行校核。（3）圆周弯扭组合时的强度条件及其应用。（4）弯拉（压）组合时的强度计算。 3.教学要求 应使学生熟练掌握组合变形的概念及其基本分析方法；判别危险面；计算危险点处的 应力；正确选用强度理论进行校核；圆周弯扭组合时的强度条件及其应用；弯拉（压） 组合时的强度计算。 4.教学重点与难点 教学重点：圆轴弯扭组合时的强度计算及其应用。 教学难点：弯拉（压）组合时的强度计算第十一章 压杆稳定 1.教学目的 通过本章的学习，应了解柔度的概念，了解提高压杆稳定性的措施，了解弹性平衡稳 定性的概念，了解欧拉公式的推导及适用范围，熟悉杆端不同约束对临界载荷的影响，掌 握用稳定安全系数对压杆稳定作稳定校核，掌握欧拉临界载荷及其计算。 2.教学内容：（1）欧拉临界载荷及其计算。（2）杆端不同约束对临界载荷的影响。（3）柔度的概念，临界应力总图。（4）用稳定安全系数对压杆稳定作稳定校核。（5）欧拉公式的推导。（6）提高压杆稳定性的措施。 3.教学要求 应使学生掌握欧拉临界载荷及其计算；杆端不同约束对临界载荷的影响；柔度和判别 柔度的概念；用稳定安全系数对压杆稳定作稳定校核； 弹性平衡稳定性的概念；了解欧 拉公式的推导及适用范围；提高压杆稳定性的措施。 4.教学重点与难点 教学重点：不同柔度范围的压杆的临界载荷（应力）的计算 ，压杆的稳定平衡与不 稳定平衡。 教学难点：欧拉临界载荷及其计算。第十二章 动载荷 1.教学目的 通过本章的学习，应了解动荷系数的概念，熟悉提高杆件抗冲击能力的措施，掌握动 静法计算匀加速运动构件的应力和变形，了解能量概念计算受冲击构件的应力和变形。 2.教学内容 （1）动静法计算匀加速运动构件的应力和变形。 （2）能量概念计算受冲击构件的应力和变形。动荷系数的概念。 （3）提高杆件抗冲击能力的措施。 3.教学要求 应使学生掌握用动静法计算匀加速运动构件的应力和变形；用能量概念计算受冲击构 件的应力和变形；动荷系数的概念；了解提高杆件抗冲击能力的措施。 4.教学重点与难点 教学重点：冲击荷载作用下构件的应力和变形、动荷系数的求法 教学难点：能量概念计算受冲击构件的应力和变形第十三章 循环应力 1.教学目的 通过本章的学习，应了解交变应力、循环特性、疲劳破坏及持久极限等概念，熟悉影 响构件持久极限的主要因素，掌握对称循环下构件的疲劳强度计算。 2.教学内容（1）交变应力、循环特性、疲劳破坏及持久极限等概念。（2）影响构件持久极限的主要因素。（3）对称循环和不对称循环下构件的疲劳强度的计算。 （4）组合变形下疲劳强度的计算。（5）杆件疲劳强度的主要措施。 3.教学要求 应使学生掌握交变应力、循环特性、疲劳破坏及持久极限等概念；影响构件持久极限 的主要因素对称循环和不对称循环下构件的疲劳强度的计算；了解弯扭组合变形下疲劳强 度的计算及提高构件疲劳强度的主要措施。 4.教学重点与难点 教学重点：交变应力、疲劳强度和持久极限的概念，影响构件持久极限的主要因素。 教学难点：对称循环下构件的疲劳强度计算。四、教学建议1.对于材料力学的重点内容，老师应该讲授得更加详实，同时提醒同学在教材中标注出来，以便日后有针对性的复习，如是重要典型的案例，应该进行仔细分析。难点问题往往学生不感兴趣，教师应深入浅出，尽量能化繁为简，多举实际例子激发学生积极性，结合理论进行讲解2.课堂讲授可适当采用多媒体教学，这样可减少课程理论化太强带来的缺点。能开拓学生眼界，配合主教材帮助学生更加形象地了解和掌握本课程的基本原理，特别是图形多部分的内容。3.教学过程中应该尽量结合实践生活，多采用案例进行例证；教学中多让学生展开讨论，对国家、地区或学生生活周边的各类建筑材料进行深入的剖析，充分发挥学生的积极性和主动性。4.作业数量最好一章一练，作业或课外思考题型应充分考虑题型的全面性和科学性，同时还应考虑学生基本知识的掌握和能力的提高，作业更重视理论的掌握，应以课本习题为主，思考与讨论题应更侧重能力提高，以案例分析和现实问题为主。五、考核方法本课程采用平时成绩和期末考试相结合的方式。平时成绩占学期总成绩的40%，期末考试占学期总成绩的60%。六、教材及主要教学参考书1.材料力学 张如三、王天明主编， 中国建筑工业出版社。2.材料力学第三版，刘鸿文主编，高等教育出版社。3.材料力学第二版，孙训方 方孝淑 关来泰编，高等教育出版社材料力学实训教学大纲 主撰人： 主审人：一、实训性质：教学实训二、实训方式：集中实训三、课时分配：16学时（1周）四、学 分：五、适用专业：土木工程技术六、实训目的：材料力学实训是材料力学课程的重要组成部分，是土木工程技术专业基础课的基本实训教学环节。通过该实训教学环节，加深对材料力学基本理论的认识，巩固所学知识，增强力学分析意识与分析能力，提高力学检测、诊断和设计水平。通过材料力学实训，学生要达到以下要求：（1） 对低碳钢和铸铁等材料的拉伸、压缩、扭转力学性质有基本了解（2） 了解材料力学性质的常规检测设备和基本操作方法（3） 增强对桁架、刚架、压杆、组合变形及超静定结构力学特征的认识（4） 对光测力学，疲劳破坏，冲击韧性测量等有初步了解。七、实训内容：1、拉伸、压缩实训（1）测定低碳钢拉伸时的屈服极限、强度极限、延伸率和截面收缩率；（2）观察拉伸过程中的各种实验现象（3）观察压缩时脆