《材料力学》课程教学大纲.doc

材料力学课程教学大纲一、基本信息课程代码0203116课程名称材料力学课程类型专业基础课英文名称Mechanics of Material总学时56理论学时48实践学时8学分3.5课程负责人姚文斌预修课程高等数学、理论力学适用对象机械设计制造及其自动化课程简介（200字内）材料力学是机械设计制造及其自动化专业的一门主要的专业基础必修课,学位课。本课程的教学目的是使学生对杆件的强度、刚度和稳定性问题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以及一定的分析能力和初步的实验能力。培养学生的力学素质和定性、定量分析能力，为学生学习相关专业课程及进行结构设计和科学研究奠定良好的基础。 二、教学目标了解材料力学的基本理论、基本概念和基本分析方法。使学生能科学地辨认材料力学中的各种概念、原理、专业术语，使学生知道材料力学中各种构件的分类、受力过程和变化倾向。理解材料力学中杆件和梁的几种变形形式。使学生能用自己的语言对各种理论知识加以叙述、解释和归纳，并且能够指出各部分知识之间的内在联系和相互区别。熟悉各种概念、原理和定律，掌握其计算与应用的方法。具体反映在：1. 对材料力学的基本理论、基本概念和基本分析方法有明确的认识。2. 掌握一般杆类零件和构件的受力与变形原理，具有绘出其合理的力学计算简图的初步能力。3. 能够熟练地分析与计算杆件在拉、压、剪、扭、弯时的内力，绘制相应的内力图。4. 能够熟练地分析与计算杆件在基本变形下的应力和变形，并进行相应的强度和刚度计算。5. 对应力状态理论与强度理论有明确的认识，并能够将其应用于组合变形情况下的强度计算。对应变状态有关概念有一定了解和认识。6. 熟练地掌握简单超静定问题的求解方法。7. 能够熟练地分析与计算理想中心受压杆件的临界荷载和临界应力，并对国家现行钢结构设计规范所规定工程压杆的稳定计算方法，有深入地了解和认识，并能够熟练地进行压杆的稳定性计算。8. 对杆件的应变能有关概念、基本原理和基本定理有一定认识和掌握，并能够熟练地用来计算简单梁、扭转圆轴和简单拉压杆结构的位移，进而计算简单超静定问题的内力。9.对于常用材料的基本力学性能及其测试方法有初步认识。10. 对于电测实验应力分析的基本原理和方法有初步认识。三、教学内容与教学要求1.绪论内容要求：了解材料力学的任务、变形固体的概念；理解变形固体的基本假设；熟悉杆件变形的基本形式分类。 重点：杆件的四种基本变形。 难点：理解变形固体的四个基本假设。2.轴向拉伸和压缩内容要求：了解轴向拉伸和压缩的概念、内力的概念及其分类。掌握轴向拉压内力的计算方法及内力图的绘制；理解应力的概念及其分布规律；正确计算横截面、斜截面的应力及变形计算。熟悉常见材料在拉伸和压缩时的力学性质；理解拉压变形理论、胡克定律、拉压杆的应变能。熟悉安全因素和许用应力的概念；掌握拉压杆的强度条件和强度计算。 掌握拉压杆变形及位移超静定计算、装配应力温度应力的计算方法；理解应力集中的概念及圣维南原理。重点：轴向拉压杆内力、应力、变形的计算。难点：根据小变形原理计算点的位移。3.剪切与挤压内容求要：了解实用计算的概念；掌握剪切强度和挤压强度的实用计算方法。重点：剪切和挤压强度的实用计算。难点：剪切面和挤压面的确定。4.扭转内容要求：熟悉薄壁圆筒的扭转概念和计算；理解纯剪切的概念及切应力互等定理。掌握传动轴的外力偶矩的计算，以及扭矩的概念和扭矩图的绘制。掌握圆杆扭转时的应力、变形计算及强度、刚度条件。熟悉等直圆杆扭转时的应变能，等直非圆杆自由扭转时的应力和变形；了解密圈螺旋弹簧的应力和变形的计算。重点：圆轴扭转时的应力和变形计算。难点：综合考虑圆轴扭转的强度和刚度条件设计轴的直径。5.弯曲内力内容要求：了解平面弯曲、对称弯曲的概念及梁的计算简图；掌握梁的剪力方程和弯矩方程；理解载荷集度与剪力、弯矩之间的关系；正确作出梁和平面刚架的剪力图和弯矩图及曲杆的内力图。重点：剪力方程与弯矩方程；剪力图与弯矩图。难点：平面刚架的弯矩方程与弯矩图。6.平面图形的几何性质内容要求：了解静矩、惯性矩、惯性积的概念及其特点；掌握平面图形形心的计算方法；掌握惯性矩的计算方法及平行移轴公式。重点：平面图形形心的确定及惯性矩的计算。难点：平行移轴公式。7.弯曲应力内容要求：了解纯弯曲的概念，纯弯曲时横截面的应力的分布规律；掌握弯曲时截面的正应力及切应力的计算；熟悉弯曲强度计算；理解提高弯曲强度的措施。重点：弯曲正应力及切应力的计算。难点：根据弯曲正应力与切应力强度条件进行截面设计。8.弯曲变形内容要求：了解挠度和转角的概念；理解梁的挠曲线近似微分方程；掌握用积分法和叠加法计算梁的转角和挠度，并熟练应用梁的弯曲刚度条件进行刚度校核；熟悉简单超静定梁的计算；理解提高弯曲刚度的措施。重点：叠加法求梁的转角和挠度。难点：积分法求梁的转角和挠度。9.应力和应变分析及强度理论内容要求：了解应力状态的的概念及其分类；掌握二向应力状态的解析法和图解法；了解三向应力状态的应力圆及单元体的表示法，复杂应力状态下的应变能密度；熟悉广义胡克定律及四种常用的强度理论。重点：二向应力状态的解析法和图解法；强度理论。难点：应力状态分析的解析法与图解法。 10.组合变形内容要求：了解组合变形的概念，理解叠加原理；掌握拉伸（压缩）与弯曲组合变形及弯曲与扭转的组合变形的计算方法；了解偏心压缩的计算方法和截面核心的概念。重点：拉伸（压缩）与弯扭组合变形；扭转与弯曲的组合变形。难点：扭转与弯曲的组合变形。11.压杆稳定内容要求：了解压杆稳定性的概念；掌握各种约束条件下临界力的欧拉公式，经验公式的适用条件及临界力的计算；熟悉提高压杆稳定性计算；理解提高压杆稳定性的措施。重点： 稳定性计算。难点： 正确选择欧拉公式或经验公式。12.动荷载和交变应力内容要求：熟悉动静法；掌握构件作等加速直线运动时、等速转动时及构件受冲击载荷作用时的动应力计算；了解冲击韧性、交变应力及疲劳破坏的概念；熟悉交变应力的循环特征、应力幅和平均应力的概念及确定方法；了解冲击韧性、疲劳强度的测试方法。重点：动应力计算；疲劳破坏的特点。难点：动应力计算。四、实践内容1.实验教学目的与要求材料力学实验是材料力学教学的一个重要的实践性环节。学生通过实验这一教学环节，培养他们的动手能力，用所学知识解决实际问题的能力。掌握电子万能试验机、扭转试验机、电阻应变仪、弯扭组合实验装置等实验设备的操作方法和注意事项。了解电阻应变片测量应变的原理，掌握应变片在测量电桥中的各种接线方法。2.实验项目的设置与要求序号实验名称实验内容实验要求学时1拉伸实验 了解实验设备、观察低碳钢及铸铁受拉伸直至破坏的过程、测定各项机械性能指标 （ss 、sb 、d 、y） 、比较低碳钢（塑性材料）与铸铁（脆性材料）拉伸时的机械性质。必做22压缩实验 测定低碳钢压缩时的屈服极限ss和铸铁强度极限sb、观察低碳钢和铸铁压缩时的变形破坏现象。选做23扭转实验 测定低碳钢的切切屈服极限ts、切切强度极限tb及单位扭转角Q，同时测定铸铁的切切强度极限tb及单位扭转角 观察比较低碳钢（塑性材料）和铸铁（脆性材料）在受扭转力过程中的变形情况和破坏特征，分析其原因。必做24弯曲实验 测定钢梁纯弯曲时横截面上的正应力分布，并与理论值比较，以验证弯曲正应力公式。 了解电测的基本原理，初步学会静态电阻应变仪的使用。选做2弯扭组合实验学习用电测法测定平面应力状态下一点处应力大小、方向的原理和方法。 测定薄壁圆管在弯曲与扭转组合变形下表面一点处的主应力大小和方向。必做26冲击实验 测定低碳钢、铸铁的冲击韧度aku，了解金属在常温下冲击韧性指标的测定方法。 观察塑性材料与脆性材料承受冲击破坏时的断口情况，并进行比较。必做2五、学时分配本课程计划56学时，其中讲课48学时。课程主要内容和学时分配见课程学时分配表。 课程学时分配表教学内容讲课习题课讨论课实验其他合计绪论 22轴向拉伸和压缩 628剪切与挤压22扭转426弯曲内力66平面图形的几何性质22弯曲应力44弯曲变形44应力和应变分析 强度理论68组合变形628压杆稳定44动荷载224合计48856六、教学方法与手段本课程教学内容的选取应注意三个方面，一是精选内容以减少与己学课程理论力学的重叠现象；二是采用分层次和模块式的课程结构，授课内容安排由广而深，由易到难；三是新增目前工程上常用的新型材料的力学性能分析，与时代保持同步。 改革原有考试制度，使一成不变的闭卷式考试多样化。充分利用学校先进教学设备，开展形式多样化、生动、趣味化的教学方法。研制或引进课程的多媒体教学软件，采用多媒体课程教学。七、考核方式与要求课程考核内容为本大纲规定内容，期末考试方式为闭卷考试。课程总评成绩=3