《工程力学Ⅰ》课程教学大纲

《工程力学Ⅰ》课程教学大纲课程编号：125111学分：4(4学时/周)总学时：68大纲执笔人：陈洁大纲审核人：王斌耀课程性质与目的工程力学（Ⅰ）（包括静力学、材料力学两部分）是土木工程专业的一门重要的技术基础课，它是各门后续课程的基础，并在许多工程技术领域中有着广泛的应用。本课程的目的是使学生掌握静力学中一般力系的简化与平衡问题的分析介绍方法；掌握材料力学中构件在拉、压、剪切、扭转和弯曲时的强度与刚度问题的分析计算方法，构件在组合变形时的强度与刚度问题的分析计算方法，以及构件在受压时稳定性问题的分析计算方法等；掌握材料的基本力学性能和基本的材料力学实验方法；初步学会应用基本概念、基本理论和基本分析方法去分析问题和解决问题，为学习一系列后继课程打好必要的基础。同时结合本课程的特点培养学生分析、解决工程实际问题的能力，提高学生的综合素质。课程基本要求1、掌握力的概念、力的投影和力矩的计算；2、掌握力系简化的方法和一般的简化结果；3、掌握刚体静力学的平衡条件和平衡方程；4、对材料力学的基本概念和基本的分析方法有明确的认识。5、具有将简单受力杆件简化为力学简图的初步能力，具有力学建模的初步概念与能力。6、能熟练地做出杆件在基本变形下的内力图、计算其应力和位移、并进行强度和刚度计算。7、对应力状态理论和强度理论有明确的认识，并能将其应用于组合变形下杆件的强度计算。8、理解掌握简单超静定问题的求解方法。9、对能量法的有关基本原理有明确认识，并熟练地掌握一种计算位移的能量方法。10、对压杆的稳定性概念有明确的认识，能熟练计算轴向受压杆的临界载荷与临界应力，并进行稳定性校核等计算。11、掌握质点系的质心、刚体的转动惯量、惯性积、惯性主轴和惯性积的平行移轴公式；掌握截面的静矩，形心的位置，惯性矩和惯性积及它们的平行移轴公式，转轴公式。组合截面的惯性矩、惯性积计算，截面的形心主惯性轴和形心主惯性矩的计算11、对于常用材料在常温下的基本力学性能及其测试方法有初步认识。12、对于电测实验应力分析的基本原理、方法和实验方案设计有初步认识。课程基本内容绪论刚体静力学基本概念与力系简化力学中的矢量的概念及其表示、运算方法静力学公理及其推论基本力系的简化平行分布力空间任意力系的简化与物体的受力分析空间任意力系的简化约束与约束力物体系统的受力分析力系的平衡、静定与超静定的概念平衡方程的解析形式物体系统的平衡问题静定与超静定的概念静力学应用问题桁架质量几何和面积几何第五章轴向拉压1、拉压杆横截面与斜截面上的应力圣维南原理2、拉压杆的强度条件3、材料在常温、静荷下的拉、压力学性能4、拉压杆的变形胡克定律弹性模量与泊松比桁架的节点位移5、简单拉压静不定问题。第六章剪切1、剪切名义应力挤压名义应力许用应力2．剪切与挤压的实用计算3、连接件的实用计算接头的强度计算。第七章扭转1、轴的动力传递圆轴扭转切应力薄壁圆筒扭转切应力扭转强度条件。2、切应力互等定理剪切胡克定律剪切弹性模量3、圆轴扭转变形扭转刚度条件4、简单扭转超静定问题矩形截面杆扭转第八章弯曲内力1、梁的计算简图剪力、弯矩方程和剪力、弯矩图2、剪力、弯矩与载荷集度间的微分关系及其应用刚架和曲杆的内力。第九章弯曲应力1、平面弯曲概念2、梁的弯曲正应力及强度条件3、弯曲切应力及强度条件4、剪切中心5、等强度梁、复合梁6、梁的合理强度设计第十章弯曲变形1、梁的挠度与转角挠曲线近似微分方程2、计算梁变形的积分法和迭加法3、简单超静定梁梁的刚度条件与合理刚度设计。第十一章应力、应变状态分析和强度理论1、应力状态平面应力状态下应力、应变分析2、应力圆主应力和主平面概念3、三向应力状态下的最大应力广义胡克定律4、复杂应力状态下的应变能与畸变能。5、强度理论概念常用的四个强度理论莫尔强度理论强度理论的应用6、平面应变状态应变测量第十二章组合变形1、组合变形问题的分析方法2、斜弯曲拉（压）与弯曲的组合3、偏心拉压截面核心4、弯曲与扭转的组合。5、薄壁压力容器第十三章能量法外力功与应变能的一般表达式功的互等定理位移互等定理3、单位载荷法。4、卡氏第一、第二定理及应用第十四章压杆稳定问题1、压杆稳定性概念两端较支细长压杆临界载荷的欧拉公式两端非铰支细长压杆的临界载荷长度系数与柔度2、欧拉公式的应用范围中柔度杆临界应力的经验公式临界应力总图3、压杆稳定性计算提高压杆稳定性的措施。实验或上机内容（单独设课）低碳钢与铸铁的拉伸与压缩实验低碳钢与铸铁的扭转实验梁的弯曲正应力测定弯扭组合变形实验压杆稳定实验前修课程要求先修课程：高等数学学时分配序号内容学时安排小计理论课时实验课时习题课时上机课时1绪论112静力学基本概念223空间力系简化与物体受力分析444力系平衡4265静力学应用问题226轴向拉伸与压缩6287剪切228扭转4159弯曲内力422810期中考试2211弯曲应力4412弯曲变形42613应力状态与强度理论4414组合变形41515能量法2216压杆稳定41517机动22总计557668注：实验单独设课。七、教材与主要参考书教材：《材料力学》（第2版）同济大学航空航天与力学学院基础力学教研部编，同济大学出版社2010.《材料力学教学实验》同济大学基础力学教研室编同济大学出版社2002.《理论力学》同济大学航空航天与力学学院基础力学教学研究部编，同济大学出版社出版。2005年2月主要参考书：1.《材料力学》（宋子康、蔡文安编），同济大学出版社出版，1998；2.《材料力学》（第3版）（单辉祖），高等教育出版社出版，2010；3.《工程力学教程》（范钦珊等编），高等教育出版社，1998；4.《理论力学》（第3版）刘延柱、朱本华、杨海兴，高等教育出版社，2009。5.《理论力学》（第2版）武清玺徐鉴主编，高等教育出版社，2010.注：2.、3.、5.为国家十一五规划教材。

《工程力学Ⅱ》课程教学大纲课程编号：12511200学分：3（3学时/周）总学时：51大纲执笔人：温建明大纲审核人：王斌耀一、课程性质与目的本课程适用土木工程类专业，以及工程力学等相关专业。《工程力学Ⅱ》是工科相关专业的一门技术基础课。通过教学，学生应具有《工程力学Ⅱ》的基础知识，能求解多物体运动机构的分析和多自由度系统的动力学问题；并具有从身边的力学问题中，建立初步的力学模型进行定性分析和研究的能力。同时还应为结构力学、结构动力学等课程提供必要的基础知识。二、课程基本要求静力学应用问题掌握滑动摩擦的概念，会计算含有摩擦的平衡问题；了解滚动摩阻的概念。（二）运动学1、掌握从各种坐标系直接描述点的运动；2、掌握刚体的基本运动中的移动（平动）和定轴转动的运动描述，以及体上一点的运动描述；3、掌握平面运动刚体的运动描述，以及体上一点的运动描述；4、熟悉自由度、广义坐标的概念，掌握广义坐标的取法。（三）动力学1、掌握动力学基本定理的微分形式和积分形式，以及动力学中的已知运动求力和已知力求运动的问题求解方法；2、掌握惯性力系的简化方法和结果，以及将动力学问题从形式上转变成静力学问题的表达方法；3、熟悉虚位移的概念，掌握用虚位移方法求解静定系统的平衡问题；4、掌握动力学普遍方程的两种表达形式，掌握第一类拉格朗日方程、哈密顿原理5、理解动载荷中的动荷系数和交变应力中的疲劳破坏、持久极限等基本概念，会计算杆件承受冲击载荷时的应力和变形。三、课程基本内容（一）静力学应用问题（摩擦）（1）静滑动摩擦和动滑动摩擦，库仑定律，计算含有摩擦的平衡问题；（2）了解滚动摩阻的概念。（二）运动学1.序言（1）了解从不同的坐标来描述运动的方法；（2）理解运动的相对性。2.点的运动学（1）掌握在各种坐标坐标系中列写点的运动方程的方法；（2）掌握运动方程与速度、加速度之间的关系；（3）了解极坐标、柱坐标和球坐标研究点的运动的方法。3.刚体的基本运动（1）掌握移动刚体的特征；（2）掌握移动刚体上各点的速度之间的关系、加速度之间的关系；（3）掌握定轴转动刚体的运动方程、角速度方程和角加速度的方程；（4）掌握定轴转动刚体上一点的速度和加速度的计算；（5）了解定轴转动刚体上一点的速度和加速度的矢量表示。4.刚体的平面运动（1）掌握平面运动刚体的运动方程；（2）掌握平面运动刚体上二点之间的速度关系、二点之间的加速度的关系；（3）掌握求解速度的三种方法；（4）掌握求解加速度的基点法。5.熟悉自由度、广义坐标的概念，掌握广义坐标的取法。（三）动力学1.序言（1）掌握惯性参照系的概念；（2）理解古典力学适用的范围。2.动量定理（1）掌握质点动量的微分形式，能列写质点运动的微分方程；（2）掌握质心运动定理（质点系运动微分方程）；（3）理解稳定流情况的动约束力公式。3.动量矩定理（1）掌握质点系对固定点动量矩定理的微分形式；（2）了解对任意动点的动量矩定理的微分形式，掌握质点系对质心点动量矩定理的微分形式；（3）掌握刚体平面运动微分方程。4.动能定理（1）掌握变力的元功和变力功的定义式；（2）熟悉几种常见力的功的表达式；（3）掌握质点系动能的表达形式——柯尼希定理，熟悉移动刚体、定轴转动刚体和平面运动刚体的动能表达形式；（4）掌握质点系动能定理的积分形式，了解质点系动能定理的微分形式；（5）理解有势力的势能与功的关系，掌握几种常见有势力的势能的列写；（6）掌握动力学基本定理的综合应用。5.达朗贝尔原理（1）掌握质点的达朗贝尔原理和质点系的达朗贝尔原理；（2）掌握质点系的惯性力系的简化，能列写移动刚体、定轴转动刚体和平面运动刚体的惯性力系的表达式；（3）能用达朗贝尔原理求解被约束物体的运动和力。6.虚位移原理（1）理解虚位移的定义，会计算虚位移；（2）熟悉虚位移原理的两种表达形式和其适用性；（3）能用虚位移原理求静力学的平衡问题。7.第一类拉格朗日方程、哈密顿原理（1）熟悉动力学普遍方程的表达形式；（2）掌握第一类格朗日方程；（3）掌握哈密顿原理。8.动载荷（1）掌握构件作等加速运动或等速转动时的动应力计算（2）熟悉构件受冲击时的应力和变形计算动荷系数（3）了解提高构件抗冲击能力的措施四、实验或上机内容综合实验：转动惯量的测定，根据实验装置推导转动惯量的计算公式，测试公式中所需要的参数，撰写实验报告。五、能力培养与人格养成教育通过本课程阶段的学习，使学生掌握正确的学习方法、建立和掌握一定的力学知识，提高学生逻辑思维能力，建立学生分析和解决实际工程中力学问题的能力；六、前修课程要求高等数学、微分方程、线性代数、工程力学Ⅰ评价与考核根据所掌握本课程的专业知识通过课程期中、期末考试、平时作业成绩、实验报告、课程论文和多种实践成果等进行综合评价。

学时分配序号内容学时安排小计理论课时实验课时习题课时上机课时1摩擦224运动学概述，点的运动学222刚体的基本运动223刚体平面运动4264约束、自由度与广义坐标115动力学基本方程226动量定理227动量矩定理448动能定理2249动力学实验2210分析力学基础、质系达氏原理4411虚位移原理4412动力学普遍方程和拉格朗日方程（第1类）、哈密顿原理4413动荷载3314期中考试2215机动（长假冲课）22总计424450教材与主要参考书1.《理论力学》同济大学航空航天与力学学院基础力学教学研究部编，同济大学出版社，2005.2.《理论力学》（第3版）刘延柱杨海兴朱本华编，高等教育出版社,2009.3.《理论力学》（第2