材料力学课程大纲

中国海洋大学本科生课程大纲课程名称材料力学(MechanicsofMaterials)课程代码082902101307课程属性学科基础课时/学分68/4课程性质必修实践学时8责任教师王许洁课外学时128、课程介绍课程描述（中英文）：材料力学为船舶与海洋工程专业的学科基础必修课程。通过本课程的学习，使学生对工程设计中结构构件的强度、刚度和稳定性问题具有明确的基本概念，必要的基本知识及一定的计算能力和分析能力。能将常见的结构构件简化为力学模型，较熟练地确定杆件的内力并绘制内力图，较熟练地分析计算杆件由基本变形引起的应力、变形和位移，并运用强度、刚度和稳定性条件，对杆件的承载能力进行分析、计算和校核，熟悉基本的材料力学实验，并能测定常用钢材在常温、静载下的力学性能。Mechanicsofmaterialsisacompulsorycourseforstudentsmajoringinnavalarchitectureandmarineengineering.Bystudyingthiscourse,studentscanhaveaclearconcept,necessarybasicknowledge,andcertainanalysisabilityforthestrength,stiffnessandstabilityofstructureinengineeringdesign.Studentscansimplifycommonstructuresintomechanicalmodels,determinetheinternalforces,analyzethestressandstraincausedbythebasicdeformationofthemembers,andusethestrength,stiffnessandstabilityconditionstoanalyze,calculateandcheckthebearingcapacityofthestructures.Studentsshouldbefamiliarwithbasicmaterialmechanicsexperiments,andcandeterminethemechanicalpropertiesofcommonsteelundernormaltemperatureandstaticload.设计思路：材料力学是船舶与海洋工程专业的一门重要课程，本课程从圆截面杆件的材料力学特性入手，对杆件的拉伸、压缩、剪切、扭转变形，以及弯曲内力、弯曲变形、应力分析与强度理论、组合变形、压杆稳定、动载荷及交变应力、能量方法和超静定结构进行了系统的理论学习。课程主要内容包括两个部分：基础理论知识和综合应用部分。（1） 基础理论知识首先了解材料力学的基本假设、外力和内力、截面法、应力应变的概念及杆件的基本变形形式。然后对轴向拉伸和压缩的概念、轴向拉压时杆的内力和应力及其强度计算，以及扭转的概念及其外力偶计算、扭矩及扭矩图、圆轴扭转时的应力及变形等内容进行学习。随后，学习弯曲概念及梁横截面上的内力、剪力图和弯矩图做法，以及梁的挠曲线微分方程、积分法求弯曲变形、叠加法求弯曲变形等内容，为后续的综合应用打好基础。（2） 综合应用部分学习应力分析及强度理论相关内容，掌握二向应力状态分析、三向应力状态、广义虎克定律、复杂应力状态的应变能、四种常用的强度理论及其应用。进一步学习组合变形和叠加原理，掌握斜弯曲、拉（压）与弯曲的组合、偏心拉压、扭转与弯曲的组合。重点掌握杆件变形能的计算、应变能的普遍表达式、互等定理、卡氏定理、单位载荷法、图乘法相关内容。并对压杆稳定概念及临界力、压杆的稳定校核、提高压杆稳定性的措施等内容进行学习，了解动载荷、动应力以及交变应力和疲劳破坏的概念，并能使用动静法、能量法求解一般动载荷问题和冲击问题。课程讲授过程中，为树立培养学生的家国情怀和精益求精的工匠精神，结合我国发展建设中的重大工程项目展开教学，例如大国重器中的“蓝鲸1号”钻井平台、“蛟龙号”载人潜水器等，引导学生热爱祖国，利用扎实的专业工程知识建设祖国。课上和课后利用网络视频、调查作业等方法，让学生了解工程实践现场，熟悉船舶海工企业的生产建造流程，培养学生敢于吃苦、乐于奉献的劳动精神。课程与其他课程的关系：材料力学的先修课程为高等数学、大学物理、工程制图和理论力学，同时本课程也是后续流体力学、结构力学、海洋工程材料、土力学与地基、海洋工程结构焊接的先修课程。这些课程联系紧密，只有将材料力学课程的主要内容融会贯通，才能将基础理论和专业知识有机的结合起来。对毕业要求指标点的支撑和支撑强度：（1） 工程知识方面：培养学生掌握材料力学基本知识，掌握常见结构因拉伸、压缩、弯曲、剪切和扭转变形引起的强度问题、刚度问题和稳定性问题的计算和校核，并能够应用其解决本专业的复杂工程问题。（2） 问题分析方面：能够从材料力学的角度（既经济又安全）对复杂工程问题的解决方案进行研究和分析，并提出改进方案。（3） 设计/开发解决方案：能够运用材料力学基本知识进行船舶与海洋工程中相关的项目设计。（4） 研究能力：能够基于力学原理，采用科学方法对船舶与海洋工程领域工程问题进行研究，能够设计方案、完成实验、分析与解释数据、并通过综合分析得到合理有效的结论。（5） 终身学习：通过在教学中加入部分课程思政教育，使学生能够正确认识自我探索和终身学习的必要性。二、课程目标（1）知识获取（支撑毕业要求1）在知识获取方面，本课程的目标是使学生通过对工程设计中结构构件的强度、刚度和稳定性问题的学习，掌握材料力学相关的基本知识并具备一定的计算分析能力。能将常见的结构构件简化为力学模型，熟练确定杆件的内力并绘制内力图，并分析计算杆件由基本变形引起的应力、变形和位移。运用强度、刚度和稳定性条件，对杆件的承载能力进行分析、计算和校核。熟悉基本的材料力学实验，并能测定常用钢材在常温、静载下的力学性能。（2） 思维方法培养（支撑毕业要求2）在思维方法培养方面，本课程培养和提高学生的逻辑思维能力包括推理，分析，判断等）、抽象化能力（包括将简单实际问题抽象成为力学模型，进行适当的数学描述，应用力学理论求解）、自学能力、表达能力（包括用文字和图表）和数学计算能力。培养学生敏捷思维、乐于创新，勤于思考、善于钻研，对于推陈出新怀有浓厚的兴趣，富有探索精神并渴望解决问题。（3） 能力培养（支撑毕业要求3、4）在能力培养方面，本课程要求学生能够了解现代力学的知识体系，理解力学学科认识世界的基本思路和方法，正确认识力学作为现代工程学科的重要性和发展能力；培养学生发现、分析和解决问题的能力，批判性思考和创造性工作的能力；在工程力学专业中，应用数学、自然科学的能力。在应对具体工程需求时，能够进行方案设计且不断完善，并对工程实践中的科学问题展开研究。（4） 思政教育目标（支撑毕业要求12）在思政教育方面，本课程以改革开放中我国装备制造业涌现出“大国重器”背后所涉及的材料力学问题为切入点，向学生展示其背后的科学精神、创新精神和工匠精神，在培养学生的力学思维的同时，增强学生的民族自豪感和国家荣辱观，进而激励学生利用所学知识投入到祖国的装备制造业中，不断学习进取，将国家的发展需求与个人专业领域相结合来实现人生价值，以此达到力学基础教育与思政教育的有机融合。三、学习要求材料力学是一门实践性很强的理论课程，不仅基础理论复杂，而且与工程实践结合紧密，只有做好课前预习、课后巩固并完成好相关实验操作内容才能达到相应的大纲要求，主要学习要求有以下几点：（1） 课前必须对相关内容提前进行预习，确保课上思路能跟上授课进度。按时到课，课上遵守课堂纪律并积极参与讨论及实际案例分析。（2） 本课程将包含较多的课后作业以巩固理论知识，作业必须按时上交，作业完成情况将计入期末总成绩。（3） 本课程包含一定学时的实验内容，实验过程中要服从指导老师的安排，遵守操作规程，安全圆满的完成实验任务，并达到相应的标准要求。四、教学进度序号专题或主题计划课时主要内容概述实验实践内容或课外练习等1绪论4材料力学的任务及研究对象材料力学的基本假设外力及其分类内力、截面法和应力的概念变形和应变杆件变形的基本形式2杆件的轴向拉伸与压缩10轴向拉伸和压缩的概念和实例轴向拉压时横截面上的内力和应力轴向拉压时斜截面上的应力拉、压杆的强度计算轴向拉伸和压缩时的变形及变形能材料在拉伸和压缩时的力学性能拉、压超静定问题温度应力和装配应力剪切和挤压的实用计算拉伸试验3扭转9扭转概念及其外力偶的计算扭矩、扭矩图纯剪切圆轴扭转时的应力圆轴扭转时的变形扭转超静定非圆截面杆扭转的概念圆轴扭转试验-5-4弯曲内力4弯曲概念及受弯杆件的简化梁横截面上的内力剪力图、弯矩图荷载、剪力及弯矩间的微分关系平面曲杆的弯曲内力5弯曲应力7纯弯曲概念梁弯曲时的正应力横力弯曲时剪应力4.梁的强度计算及提高弯曲强度的措施6弯曲变形4梁的挠曲线微分方程用积分法求弯曲变形用叠加法求弯曲变形简单超静定梁5.梁的刚度条件及提高弯曲刚度的措施7应力分析与强度理论6应力状态概述二向应力状态分析-解析法二向应力状态分析-图解法三向应力状态广义虎克定律复杂应力状态的应变能四种常用的强度理论强度理论的应用8组合变形6组合变形和叠加原理斜弯曲拉（压）与弯曲的组合、偏心拉压扭转与弯曲的组合。9压杆稳定4压杆稳定概念及临界力两端铰支压杆的临界力其他支座条件下压杆的临界力欧拉公式的适用范围压杆的稳定校核提高压杆稳定性的措施。压杆稳定试验10动载荷及交变应力4概述动应力及动静法的应用杆件受冲击时的应力和变形交变应力与疲劳破坏持久极限及其影响因素构件的疲劳强度计算11能量方法6概述杆件变形能的计算应变能的普遍表达式互等定理卡氏定理单位载荷法、莫尔积分计算莫尔积分的图乘法12超静定结构4超静定结构概述用力法解超静定结构对称和反对称性的利用连续梁和三弯矩方程五、参考教材与主要参考书选用教材（1）刘鸿文主编《材料力学》，2017年第六版，高等教育出版社参考书目（1） 孙训方，方孝淑等主编，材料力学（第6版），高等教育出版社，“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材；（2） 王晶，孙伟，王单等编，材料力学（第3版），高等教育出版