工程力学-课程自学指导书.doc

工程力学课程自学指导书一、 前言1 课程的性质；工程力学课程是机械类专业必修的一门技术基础课，本课程内容在工程技术领域有着广泛的应用。这门课程的主要特点是理论性强，紧密结合工程实际。本门课程研究物体的受力分析方法；力系的平衡条件及应用。研究构件的强度，刚度和稳定性计算，从而能对简单的工程问题进行分析和计算。为学生进一步获得力学知识，学好以后的各门专业基础课、专业课奠定必要的力学基础。2 课程的任务与作用（含与前修和后续课程的关系）；本课程是一门重要的技术基础课，它是一门研究物体受力、构件强度、刚度和稳定性计算的科学，它的任务是物体受力分析计算，在保证构件既安全适用又经济的前提下，为构件选择合适的材料，确定合理的的截面形状和尺寸，提供必要的计算方法和实验技术。它也为学生学习后继课程奠定基础，把它应用于工程，即可对杆类构件或零件进行强度、刚度和稳定性设计。为学生后继学习机械原理、机械设计等课程及有关的科学技术打好必要的力学基础，学会应用工程力学的基本理论和方法分析与解决一些简单的工程实际问题。3 课程的主要内容、难点与重点；课程主要内容：本课程包括理论力学和材料力学两部分。理论力学研究质点系和刚体系统机械运动（包括平衡）的基本规律，主要讲述物体的受力分析、力系简化和物体及物体系统的平衡，点和刚体的运动学分析，质点与质点系的动力学分析的研究方法。材料力学的主要任务是在满足强度、刚度、稳定性的要求下，为构件工程设计提供必要的理论基础和计算方法。使学生掌握质点、质点系和刚体机械运动的基本规律及其研究方法，对杆件的强度、刚度和稳定性问题有明确的基本概念，必要的基础知识和熟练的计算能力。课程重点：平面力系以及空间力系中力系的简化以及平衡的计算，材料力学中包括的五大基本变形的特征及相应的计算等。课程难点：轴向拉伸与压缩，剪切与挤压，圆轴的扭转，梁的平面弯曲以及组合变形的强度计算。4 课程学习指导。工程力学是一门理论性、系统很强的课程，学生应循序渐进、步步为营、扎实掌握。在学习工程力学的过程中，注意理解基本概念，掌握分析问题的思路和方法；应当根据情况进行必要的复习。学习工程力学的另一个重要环节是做习题。在学习过程中，必须要做相当数量的习题。做习题是对原理和方法的应用，通过做习题可以加深对基本概念和方法的深入理解。做习题的过程使学生的分析能力、计算能力和综合应用能力都可以得到训练和提高，学习过程中应当充分重视做习题。主要教学参考教材：工程力学静力学（第4版） 北京科技大学，东北大学编 高等教育出版社 2008年工程力学材料力学（第4版） 北京科技大学，东北大学编 高等教育出版社 2008年工程力学（少学时） 张定华 主编 高等教育出版社 2000年工程力学 莫宵依 主编 机械工业出版社 2010年工程力学 朱品武主编 华中科技大学出版社 2012年工程力学（第2版） 张秉荣 主编 机械工业出版社 2010年二、 自学进度表日期章节内容习题3.15第1章 静力学基本概念及物体的受力分析静力学的基本概念与公理；常见约束类型和约束反力；判断二力构件，物体的受力分析和受力图。1-1,1-23.223.29第2章 平面汇交力系与平面力偶系力在直角坐标轴上的投影，平面汇交力系平衡的几何条件、平面汇交力系平衡的解析条件，汇交力系的平衡方程；力偶的性质，力偶的等效条件；力偶系的合成结果；平面力偶系的平衡条件。2-1,2-5,3-3,3-44.5第3章 平面任意力系力的平移定理；平面任意力系向一点简化的结果及其分析；平面任意力系的平衡条件及平衡方程；物质系统的平衡求解；考虑有摩擦时物体的平衡问题。4-4,4-54.12第4章 空间力系空间任意力系的简化；空间任意力系的平衡条件与平衡方程；重心位置的计算公式。6-2,6-54.19第5章 材料力学概述材料力学的任务，研究对象、变形固体的基本假设，杆件变形的基本形式。4.194.26第6章 轴向拉伸与压缩轴向拉压的概念与工程实例，截面法的应用，计算轴力、画杆件的轴力图。轴向拉压时横截面的应力分布规律及应力计算公式；许用应力与安全系数的确定；拉压时杆件的强度计算。拉压变形量的计算、虎克定律的应用；低碳钢、铸铁在拉伸时的力学性质，其他塑性材料在拉压时的力学性质。剪切面与挤压面的计算，剪切与挤压的实用计算。1-1，1-8,1-162-3,2-65.10第7章 扭转扭转变形的受力特点与变形特点；扭转变形的内力的计算、内力图的绘制。圆轴扭转时横截面上剪应力的分布规律及计算公式；扭转变形的强度计算；圆轴的扭转变形时的变形量。3-4,3-65.17第8章 弯曲内力梁的简化、弯曲变形时横截面上的内力，内力图，微分关系快速作梁的内力图。4-15.17第9章 弯曲应力弯曲变形时横截面上的正应力的分布规律，弯曲正应力的计算公式，弯曲强度计算，梁的合理截面以及提高梁的弯曲强度的措施。5-5,5-165.24第10章 弯曲变形弯曲变形的物理量，挠曲线近似微分方程，边界条件与连续性条件；积分法、叠加法求梁的变形；梁的刚度条件。6-3,6-5注：习题选自如下参考教材其中。工程力学静力学（第4版） 北京科技大学，东北大学编 高等教育出版社 2008年工程力学材料力学（第4版） 北京科技大学，东北大学编 高等教育出版社 2008年工程力学（少学时） 张定华 主编 高等教育出版社 2000年三、 各章节自学内容及指导第1章 静力学基本概念及物体的受力分析（一）学习目的与要求。通过本章的学习要求学生了解工程力学的基本框架。了解平衡、刚体、力和力系的基本概念。理解静力学的四个基本公理。重点掌握约束和约束反立；对物体进行受力分析的方法；受力图的画法。（二）自学内容。静力学的基本概念与公理；常见约束类型和约束反力；判断二力构件，物体的受力分析和受力图。（三）本章重点。1、常见约束与约束反力；2、物体的受力分析。（四）本章难点。1、判断二力构件；2、物体的受力分析。（五）综合练习。参考教材中习题。第2章 平面汇交力系与平面力偶系（一）学习目的与要求。通过本章的学习要求学生了解平面内各力作用线相交于一点的汇交力系；理解力多边形、合力、平衡条件、平衡方程等概念。掌握平面汇交力系的合成（简化）方法；平面汇交力系平衡条件及应用。了解平面中力矩、力偶的等概念。掌握合力矩定理，力偶的等效条件和性质；力偶合成（简化）方法；平面力偶系平衡条件及应用。（二）自学内容力在直角坐标轴上的投影，平面汇交力系平衡的几何条件、平面汇交力系平衡的解析条件，汇交力系的平衡方程；力偶的性质，力偶的等效条件；力偶系的合成结果；平面力偶系的平衡条件。（三）本章重点1、汇交力系平衡的几何、解析条件；2、汇交力系的平衡方程；3、力偶的性质；4、平面力偶系的平衡条件与平衡方程。（四）本章难点1、正确计算力在直角坐标轴上的投影；2、求解平面汇交力系；3、平面力偶系的平衡条件与平衡方程。（五）综合练习。参考教材中习题。第3章 平面任意力系（一）学习目的与要求。通过本章的学习要求学生了解力的平移定理、平面一般力系的简化方法。掌握并理解平面一般力系向一点简化后的结果。掌握平面一般力系平衡的必要与充分条件、平面一般力系的平衡方程及平面一般力系平衡方程的应用；特别是物体系统的平衡问题。（二）自学内容力的平移定理；平面任意力系向一点简化的结果及其分析；平面任意力系的平衡条件及平衡方程；物质系统的平衡求解；考虑有摩擦时物体的平衡问题。（三）本章重点1、平面任意力系向一点简化的结果；2、平面任意力系的平衡条件及平衡方程。（四）本章难点物体系统的平衡求解。（五）综合练习。参考教材中习题。第4章 空间力系（一）学习目的与要求。通过本章的学习要求学生了解空间力系的简化方法以及简化结果；掌握力在空间坐标轴上的投影，力对轴之矩力及其与对点之矩的关系；掌握空间力系的平衡条件及其应用。（二）自学内容空间任意力系的简化；空间任意力系的平衡条件与平衡方程；重心位置的计算公式。（三）本章重点1、空间任意力系向一点简化的结果；2、空间任意力系的平衡平衡方程。（四）本章难点1、空间约束类型；2、空间问题的求解；2、物体重心的位置。（五）综合练习。参考教材中习题。第5章 材料力学概述（一）学习目的与要求。通过本章的学习要求学生了解材料力学的任务、研究对象和基本概念。掌握截面法。（二）自学内容材料力学的任务，研究对象、变形固体的基本假设，杆件变形的基本形式。（三）本章重点1、内力的概念；2、用截面法求杆件内力； 3、正应力和剪应力的概念；4、小变形的概念；5、线应变和角应变的概念；6、变形固体的基本假设及其在材料力学问题中的应用。（四）本章难点1、材料力学的研究对象为变形固体，理论力学的研究对象为刚体，所以理论力学的一些基本原理引入材料力学时应慎重。2、应力是一点的应力，应力与横截面之间的方位关系。3、小变形概念在解决材料力学问题时的应用（1）研究杆件受力时，可不考虑杆件的变形，根据变形前的位置建立力的平衡方程；（2）利用小变形条件，可使杆件的变形计算得到简化；（3）小变形的条件下将所研究的问题线性处理在计算节点的位移时可以以切代弧，使计算简化。4、材料力学处理问题的方法（1）用截面法确定横截面内力的大小；（2）各种基本变形的平面假设； （3）计算杆件横截面上的应力和杆件的变形。第6章 轴向拉伸与压缩（一）学习目的与要求。通过本章的学习要求学生了解材料力学的任务、基本假设、基本变形。掌握材料在拉（压）时的力学性质、拉（压）内力、应力、变形、强度计算和超静定问题。了解剪切与挤压的基本概念；掌握剪切与挤压的实用计算方法。（二）自学内容轴向拉压的概念与工程实例，截面法的应用，计算轴力、画杆件的轴力图。轴向拉压时横截面的应力分布规律及应力计算公式；许用应力与安全系数的确定；拉压时杆件的强度计算。拉压变形量的计算、虎克定律的应用；低碳钢、铸铁在拉伸时的力学性质，其他塑性材料在拉压时的力学性质。剪切面与挤压面的计算，剪切与挤压的实用计算。（三）本章重点1、轴力图的绘制；2、轴向拉压时横截面上的正应力分布规律，正应力计算公式；3、拉压时杆件的强度计算；4、拉压变形量的计算、虎克定律的应用；5、低碳钢、铸铁在拉伸时的力学性质。（四）本章难点1、横截面上正应力的分布规律；2、强度计算的三个方面；3、杆件变形量的计算；4、剪切面与挤压面的计算。（五）综合练习。参考教材中习题。第7章 扭转（一）学习目的与要求。通过本章的学习，要求学生了解扭转变形的基本概念，剪应力互等定理，掌握扭转变形横截面上剪应力的计算方法及强度条件、扭转的变形、刚度条件及静不定问题。（二）自学内容扭转变形的受力特点与变形特点；扭转变形的内力的计算、内力图的绘制。圆轴扭转时横截面上剪应力的分布规律及计算公式；扭转变形的强度计算；圆轴的扭转变形时的变形量。 （三）本章重点1、圆轴扭转的受力特点及变形特点；2、学会计算外力偶矩和扭矩、会画扭矩图；3、圆轴扭转时横截面上剪应力的分布规律及计算公式；4、扭转变形的强度条件；5、扭转剪应力计算公式的适用条件；6、纯剪切的概念；7、圆轴扭转变形的变形量和扭转刚度条件。（四）本章难点1、圆轴扭转时横截面上剪应力的分布规律及计算公式；2、杆件在扭转变形时的强度计算和刚度计算；3、剪应力互等定理的应用。（五）综合练习。参考教材中习题。第8章 弯曲内力（一）学习目的与要求。通过本章的学习，要求学生了解弯曲变形的基本概念，掌握剪力和弯矩的计算及剪力图和弯矩图的画法。（二）自学内容梁的简化、弯曲变形时横截面上的内力，内力图，微分关系快速作梁的内力图。（三）本章重点1、梁的受力特点和变形特点；2、平面弯曲的概念；3、梁的三种形式；4、剪力和弯矩的符号规定；5、内力方程、剪力图和弯矩图。6、均布载荷、剪力、弯矩之间的微分关系；7、利用微分关系快速作内力图。（四）本章难点1、弯曲内力的符号规定；2、力偶对弯矩的影响；3、利用微分关系快速作梁的内力图。（五）综合练习。参考教材中习题。第9章 弯曲应力（一）学习目的与要求。通过本章的学习，要求学生了解构件弯曲变形，横截面上正应力、剪应力的分布规律。掌握构件弯曲变形时横截面上正应力与剪应力的计算方法及强度条件。（二）自学内容弯曲变形时横截面上的正应力的分布规律，弯曲正应力的计算公式，弯曲强度计算，梁的合理截面以及提高梁的弯曲强度的措施。（三）本章重点1、纯弯和横力弯曲的概念；2、中性层和中性轴的概念；3、弯曲正应力的分布规律和计算公式，以及公式的适用条件；4、弯曲剪应力的分布规律和计算公式；5、塑性材料、脆性材料梁的弯曲强度校核；6、提高梁的弯曲强度的措施。（四）本章难点1、危险截面的确定：对于等直梁，危险面就在Mmax处，而对于变截面梁，要分别计算Mmax处和截面最弱处的应力，这些截面都可能是危险面；对于抗拉压强度不等的脆性材料其危险面可能发生在Mmax或Mmax处或截面最弱处；2、塑性材料、脆性材料的强度校核。（五）综合练习。参考教材中习题。第10章 弯曲变形（一）学习目的与要求。通过本章的学习，要求学生了解弯曲变形，横截面的挠度、转角及挠