《弹塑性理论》课程教学大纲

《弹塑性理论》课程教学大纲课程代码RL100112课程名称中文名：弹塑性理论英文名：ElasticandPlasticMechanics课程类别专业选修课修读类别任选学分2.0学时32（理论）开课学期第6学期开课单位工程力学系应用力学教研室适用专业材料科学与工程先修课程《理论力学》、《材料力学》后续有关专业课程和教学环节无主讲教师／职称郭树起/教授、张存/讲师考核方式及各环节所占比例期末考试（100%）教材及主要参考书建议教材：《弹性力学简明教程》（第4版），徐芝纶编著，高等教育出版社，2013。《塑性力学引论》，王仁、黄文斌著，北京大学出版社，1992。建议参考书：（1）《弹性力学》（第5版）上册，徐芝纶，高等教育出版社，2016。（2）《弹塑性力学引论》，杨桂通，清华大学出版社，2004。一、课程性质和目标《弹塑性理论》是材料科学与工程等类专业的一门专业选修课。课程的基本任务是研究弹性体由于外力载荷或者温度改变，物体内部所产生的位移、变形和应力分布等，为解决工程结构的强度，刚度和稳定性问题做准备，但是并不直接作强度和刚度分析以及材料超过弹性范围后力学行为。课程的目的和任务是使学生平面、空间问题和材料进入塑性后的力学分析方法，培养学时利用所学知识进行力学分析和设计的能力。知识目标：课程目标1：确立学习任务和方法，认识弹塑性理论的研究对象、研究方法、基本概念及基本假定。课程目标2：学习平面问题的基本理论，理解平面应力问题与平面应变问题的判定依据，建立平面问题的平衡微分方程、几何方程、物理方程及应力边界条件，利用微元体受力平衡给出物体内任意一点的应力状态，运用圣维南原理给出小边界上的应力边界条件，理解并应力函数求解弹性力学问题的过程。课程目标3：运用逆解法、半逆解法给出平面问题的直角坐标解答，运用逆解法及半逆解法计算矩形梁的纯弯曲问题、简支梁受均布荷载问题。课程目标4：学习空间问题的基本理论，理解并空间问题的平衡微分方程、几何方程物理方程及应力边界条件，利用微元体受力平衡给出物体内任意一点的应力状态。课程目标5：认识材料在简单拉压时的实验结果，理解并应力应变关系的简化模型，能够对简单弹塑性问题进行分析求解。课程目标6：认识梁的弹塑性分析过程，理解并塑性铰的概念。能力目标：课程目标7：激发学生学习兴趣与动力，培养学生主动学习的能力。二、本课程所支撑的毕业要求（1）本课程所能支撑的毕业要求和课程目标的对应关系序号毕业要求指标点毕业要求指标点具体内容课程目标1毕业要求1-3能针对复杂无机非金属材料工程问题，运用自然科学、工程基础和专业知识，分析不同服役条件下材料的物理、力学和化学性能。课程目标1、2、3、4、5、6、72毕业要求12-2针对个人或职业发展需求，具备终身学习的知识基础，具备自主学习的方法和能力。课程目标1、2、3、4、5、6、7

（2）本课程内容与课程目标、毕业要求指标点的对应关系教学内容课程目标毕业要求指标点理论教学1.绪论课程目标1毕业要求1-3、12-22.平面问题的基本理论课程目标2毕业要求1-3、12-23.平面问题的直角坐标解答课程目标3毕业要求1-3、12-24.空间问题的基本理论课程目标4毕业要求1-3、12-25.简单应力状态下的弹塑性问题课程目标5毕业要求1-3、12-26.梁的弹塑性分析课程目标6毕业要求1-3、12-2

三、教学内容及安排（一）理论教学内容（32学时）1.绪论（2学时）(1)基本要求通过介绍本课程主要教学内容、本课程的性质、任务与教学目标，使学生认识本课程在无机非金属材料工程专业中的地位和作用。课程要求弹性力学平面问题的基本方程，弹性力学空间问题的基本理论和分析方法，为进一步研究工程结构物的振动、强度、稳定性等力学问题打下必要的理论基础；塑性力学问题的基本理论和简单塑性问题的分析方法，为能运用弹塑性力学理论解决工程实际问题打下基础，实现与毕业要求的相应目标值。(2)教学内容1）学习弹塑性理论的用途与目的，以及本课程与理论力学、材料力学之间的关系。2）弹塑性理论的发展简介。3）理解弹塑性力学的基本内容与基本方法。4）理解弹塑性理论的基本概念与基本假定。(3)重点重点：弹塑性理论的基本概念与基本假定。2.平面问题基本理论（12课时）(1)基本要求平面问题基本理论。其中包括平面应力问题与平面应变问题概念、边界条件的写法、广义胡克定律的应用。按位移、按应力、按应力函数求解平面问题需要满足那些方程与条件。相容方程的由来及其三种表现形式。(2)教学内容平面应力问题与平面应变问题概念、平衡微分方程、平面一点应力状态、几何方程、物理方程、边界条件及圣维南原理、按位移、按应力求解平面问题的、常体力下的相容方程。。(3)重点和难点重点：平面问题基本方程、边界条件、圣维南原理、应力函数求解弹性力学问题。难点：边界条件、圣维南原理。3.平面问题直角坐标解答（6课时）(1)基本要求逆解法与半逆解法；能够运用逆解法与半逆解法求解简单弹性平面问题；进一步加强边界条件与圣维南原理的使用方法。(2)教学内容逆解法和半逆解法（1学时）；矩形梁的纯弯曲（1学时）；位移分量的求出（2学时）；简支梁受均布载荷（2学时）。(3)重点和难点重点：逆解法和半逆解法的求解过程；运用半逆解法给出矩形梁纯弯曲问题、简支梁受均布载荷问题的应力解答，使其精确满足主要应力边界条件、近似满足次要边界条件。难点：应力函数解法的综合应用、次要边界条件的写出。4.空间问题基本理论与基本解答（4课时）(1)基本要求空间问题的平衡微分方程、几何方程与物理方程。认识按位移求解空间问题。认识相容方程。(2)教学内容空间问题的平衡微分方程、一点应力状态。空间问题的几何方程，物理方程。(3)重点和难点重点：空间问题的基本方程、一点应力状态。难点：一点应力状态。5.简单应力状态下的弹塑性问题（4课时）(1)基本要求塑性变形的概念，理解材料塑性与脆性。一维应力应变关系的简化模型。塑性失稳、强化效应、弹性极限曲线、极限载荷曲线等塑性力学的基本概念。(2)教学内容材料在简单拉压时的实验结果（1学时）；应力应变关系的简化模型（1学时）；简单桁架的弹塑性分析（2学时）。(3)重点和难点重点：应力应变关系的简化模型；简单桁架的弹塑性分析。难点：简单桁架的弹塑性分析。6.梁的弹塑性分析（2课时）(1)基本要求认识矩形梁的弹塑性分析；塑性铰的概念。(2)教学内容矩形截面梁的弹塑性纯弯曲；横向载荷作用下梁的弹塑性分析；强化材料矩形截面梁的弹塑性纯弯曲。(3)重点和难点重点：塑性铰。难点：塑性铰。7.课程回顾与复习（2课时）(1)基本要求理清本课程知识结构；认真复习，准备考试。(2)教学内容课程回顾，强调重点；指出学习中存在的问题。(3)重点和难点重点：平面问题的基本理论；平面问题的直角坐标解答。难点：平面问题基本理论的推导；次要边界条件的写出。四、达成课程目标的途径和措施1.教学方法本课程涉及到的教学方法有“讲授法”和“讨论法”，具体实施方法根据不同教学内容和目标，以及学生知识的能力，采取更合适的教学方法。对于基本原理，基本方法、基本步骤等内容，授课以“讲授法”为主，并在课堂上采取学生互相讨论或提问等互动方式。在授课中会重点讲解部分典型例题、课后思考题或习题课，特别是讲解一些有代表性的习题，帮助学生所学知识。每一堂课讲授结束后，均布置3-4道课后习题或思考题，要求下次课交作业并讲解。作业面覆盖所讲内容的难点和重点，以便于学生对所学内容进行巩固和复习复习。对于作业中发现的问题会，在每次课上课前及时向学生讲解。2.教学手段授课过程，充分利用采用现代化的教学手段，并采用“多媒体”与“板书”结合进行。“多媒体”可将复杂的物体及受力分析完全展示，甚至可用动画形式展现一些难以用语言和板书表达的复杂物体受力过程。“板书”可用于辅助表达一些分析方法、思路、解题过程与步骤等，两种方法可互为补充。3.多环节训练（1）作业（2）课堂表现（3）期末考试五、课程综合记分方法课程考核由期末考试组成，内容须覆盖全部课程目标和毕业要求指标点。期末考试成绩是通过闭卷考试的卷面成绩给出，考核内容覆盖课程所讲的弹性力学基本假设、平面问题的基本理论、平面问题的直角坐标解答、空间问题的基本理论、塑性变形的概念、应力应变关系的简化模型、塑性铰等知识点。按期末考试的标准答案和评分标准百分制评分。对于作业与课堂表现，做以下要求：（1）3次不交作业或3次旷课者，不能参加课程期末考核。（2）每次作业必须在正式上课前交，迟交作业或作业不满足要求，均以零分计，每次作业按百分制评分。（3）案例分析讨论、知识点讨论、作业讨论等，课堂表现按百分制评分。（4）作业和课堂表现平均在60分以上才能参加期末考试。为了确保考核试卷的信度和效度，必须针对教学目标、把握能力层次，进行试卷蓝图设计。试卷蓝图设计课程目标把握能力层次（对应试题）目标分值百分比（%）理解熟悉应用15-10//////////101025-105-1010-1520-3520-3535-105-1015-2025-4025-404//////////5-105-105-1055-10//////////5-105-1060-5//////////0-50-5

100

六、评估方法每学期课程结束后进行课程评估。本课程采用基于课程目标（即预期学习成果）的评估方法，包括：1）根据课程目标设计并实施相应的学习任务和学习活动；2）收集学习活动中各种学习成果的评估资料；3）分析和评估实际的学习成果，做出正确的判断。4）写出反思和持续改进报告（包括评估过程、评估结果、教学反思和持续改进）。课程目标1的评估设计学习成果学习任务、过程和观测预期学习成果细化的预期学习成果及实施准则预设的学习任务观测点理解弹塑性理论基本概念及基本假定熟悉弹性力学基本方程的导出应用了哪些基本假设作业1习题2-5期末考试填空题课程目标2的评估设计学习成果学习任务、过程和观测预期学习成果细化的预期学习成果及实施准则预设的学习任务观测点1、平面应力与平面应变问题的基本概念给出两类问题需满足的几何条件、受力条件课堂举例期末考试期末考试：填空题、问答题2、平衡微分方程根据平衡条件导出平衡微分方程，给出其适用条件作业2习题2-3、2-5期末考试填空题、简答题3、一点应力状态主应力及应力主方向、最大最小应力作业3习题2-16期末考试计算题4、几何方程、物理方程给出几何方程、物理方程及其适用条件期末考试简答题5、边界条件、圣维南原理认识边界条件的分类、根据受力状况给出应力边界条件、次要边界能够熟练运用圣维南原理作业4习题2-9、2-10期末考试填空题、简答题、计算题6、应力函数给出相容方程、应力函数表示的应力分量作业5习题2-14期末考试计算题课程目标3的评估设计学习成果学习任务、过程和观测预期学习成果细化的预期学习成果及实施准则预设的学习任务观测点逆解法与半逆解法逆解法及半逆解法的求解步骤；熟悉多项式解答对应的弹性力学问题；能够熟练运用半逆解法给出应力分量表达式，并根据边界条件确定相应的待定系数作业6习题3-5、3-6、3-8、3-9期末考试习题3-8、3-9问答题、计算题课程目标4的评估设计学习成果学习任务、过程和观测预期学习成果细化的预期学习成果及实施准则预设的学习任务观测点空间问题的平衡方程、几何方程、物理方程给出平衡方程、几何方程、物理方程的表达式课堂作业考试：填空题、简答题课程目标5的评估设计学习成果学习任务、过程和观测预期学习成果细化的预期学习成果及实施准则预设的学习任务观测点简单应力状态下的弹塑性问题塑性变形的概念、应力应变关系的简化模型课堂作业考试：填空题课程目标6的评估设计学习成果学习任务、过程和观测预期学习成果细化的预期学习成果及实施准则预设的学习任务观测点梁的弹塑性分析熟悉塑性铰的概念课堂作业考试题：填空题课程目标7的评估设计学习成果学习任务、过程和观测预期学习成果细化的预期学习成果及实施准则预设的学习任务观测点能针对个人或职业发展需求，具备终身学习的知识基础，具备自主学习的方法和能力具备终身学习的知识基础，具备自主学习的方法和能力全部预设的学习任务

七、课程目标达成评价与持续改进机制1.课程评价课程评价周期定为每2年评价一次，评价小组由教学指导委员会和专业负责人组成。评价小组