福农大材料力学教学大纲

材料力学教学大纲一、简要说明：本课程为面向机械类专业的必修专业基础课，总学时为60学时，其中实验3学时。总学分：3学分二、本课程在教学计划中的地位、作用和任务：材料力学是一门专业基础课。通过材料力学的学习，使学生对杆件的强度，刚度和稳定性问题的基本概念有明确的认识，比较熟练的掌握其基本理论和基本计算，具有一定的分析能力和实验能力，为后续专业课程的学习奠定坚实的力学基础。三、教学基本要求和方法：1、对能力培养的要求（1）具有将一般杆类构件简化为力学计算简图的初步能力；（2）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；（3）对应力状态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；（4）能对简单静不定问题进行分析和计算；（5）对压杆的稳定性概念有明确的认识，能计算轴向受压杆的临界力和临界应力，并进行稳定较核；（6）了解常用材料的基本力学性能，初步掌握材料力学实验的基本方法和技能。2、本课程的重点和难点重点：杆件在基本变形下的内力图绘制，以及强度、刚度和稳定性计算。低碳钢在拉伸时的力学性能。难点：杆件的变形计算，简单静不定问题，应力状态理论。四、授课教材及主要参考书目：教材：《材料力学》（第四版）刘鸿文主编、高等教育出版社、普通高等教育国家级“十五”规划教材、2004年1月参考书目：（1）范钦珊.材料力学.清华大学出版社.ISBN7302072590（2）单辉祖，材料力学问题、例题与分析方法，高等教育出版社，2006年1月。（3）孙训方.材料力学（第四版ⅠⅡ十五国家级规划）.高等教育出版社.ISBN7040110725（4）杨柏源.材料力学.机械工程出版社.ISBN7111097017（5）《工程力学》(第四版)北京科技大学东北大学编高等教育出版社2008年（6）RichardG.Budynas（美）.高等材料和实用应力分析（第二版）.清华大学出版社.ISBN7302045933（7）J.R.Barber（美）.中级材料力学.清华大学出版社.ISBN730206264五、学分和学时分配：建议课时分配表课程内容理论学时实验学时1绪论42拉伸、压缩与剪切83扭转64弯曲内力45弯曲应力66弯曲变形47应力和应变分析强度理论68组合变形69压杆的稳定410动载荷、交变应力5总复习4合计573六、教学内容与学时分配：（一）理论教学内容（57学时）第一章绪论（4学时）1、目的要求：了解材料力学的任务了解变形固体及其基本假设掌握外力与内力掌握应力与应变掌握杆件变形的基本形式2、讲授内容第一节概述材料力学的任务强度、刚度、稳定性概念变形固体的假设第二节内力、截面法、应力与应变内力的概念、截面法内力图3.应力与应变杆件的基本变形形式第二章拉伸、压缩与剪切（8学时）1、目的要求：了解轴向拉、压概念熟练截面法，正确绘制拉、压杆的轴力图掌握拉、压杆横截面正应力及斜截面上应力的计算公式掌握材料性能测试的基本方法及材料在拉、压时的基本力学性质熟练掌握拉压杆横截面应力的求解掌握拉压杆变形的计算掌握拉压杆的强度分析和计算了解应力集中概念掌握拉压静不定问题的解法了解剪切与挤压的实用计算2、讲授内容第一节实例、拉压杆的轴力、轴力图第二节拉（压）杆的应力应力的概念拉压杆横截面应力拉压杆斜截面的应力第三节拉（压）杆的变形变形、应变的概念横向变形系数胡克定律、拉（压）杆刚度第四节材料在拉伸和压缩时的力学性能低碳钢在拉伸时的力学性能其他材料在拉伸时的力学性能材料在压缩时的力学性能第五节拉（压）杆的强度条件及其应用失效、安全因数极限应力和许用应力的概念拉（压）杆强度条件及其应用第六节应力集中的概念第七节简单拉压超静定问题静不定问题及解法应力集中概念装配应力*温差应力*第八节剪切和挤压实用计算剪切面、挤压面剪切和挤压实用计算第三章扭转（6学时）1、目的要求：正确绘制扭矩图、了解剪切胡克定理及切应力互等定理掌握圆轴扭转切应力计算公式及适用条件、强度计算会用强度刚度条件设计圆轴2、讲授内容第一节扭转的概念工程中扭转问题扭转变形特点第二节外力偶矩、扭矩、和扭矩图外力偶矩扭矩和扭矩图纯剪切圆轴扭转时横截面上的切应力和强度条件纯剪切变形几何条件、物理条件、静力关系切应力计算公式和强度条件圆轴扭转时的变形和刚度条件变形特点扭转角刚度条件及校核第四章弯曲内力（4学时）1、目的要求：正确、熟练掌握梁内力计算和内力图的绘制会用微分关系绘制内力图2、讲授内容第一节工程中弯曲问题、梁的计算简图弯曲现象梁的分类第二节梁的内力——剪力、弯矩梁的内力—剪力和弯矩的概念截面法第三节剪力方程和弯矩方程、剪力图与弯矩图剪力方程和弯矩方程写法剪力图与弯矩图的画法、受力分析、分段第四节剪力、弯矩、载荷集度之间的关系第五章弯曲应力（6学时）1、目的要求：掌握弯曲正应力的分布特点及其计算公式掌握惯性矩计算公式会利用强度条件进行计算了解弯曲切应力2、讲授内容第一节纯弯曲实验现象、平面假设纯弯曲正应力公式的推导横力弯曲梁的正应力第二节常见截面惯性矩的计算矩形、圆形截面组合截面图形、平行移轴公式第三节弯曲切应力矩形截面梁圆形截面梁第四节弯曲强度条件梁弯曲强度校核提高梁抗弯能力的措施第六章弯曲变形（4学时）1、目的要求：了解工程中弯曲变形现象建立挠度、转角和挠曲线的概念会用积分法和叠加法求梁的2、讲授内容第一节工程中弯曲变形问题梁弯曲挠度与转角第二节挠曲线的微分方程边界条件和连续性条件近似微分方程的推导第三节用积分法求弯曲变形微分方程的建立边界和连续性条件处理第四节用叠加法求弯曲变形线性叠加原理基本变形的查表第五节弯曲刚度条件及其应用变形公式推导弯曲变形的校核第六节简单超静定梁静定梁和超静定梁变形协调方程的建立第七章应力和应变分析强度理论（6学时）1、教学目的和要求：明确一点处应力状态的概念熟练掌握二向应力状态的分析掌握广义胡克定律掌握几个基本强度理论及应用2、讲授内容第一节应力状态的概述应力状态主平面、主应力应力状态的分类第二节二向应力状态二向应力状态分析的解析法、任意截面上应力和方位确定最大正应力和最大切应力公式主单元体第三节三向应力状态空间应力状态概念2．广义虎克定律第四节强度理论强度理论的概念常用的四种强度理论莫尔强度理论第八章组合变形（6学时）1、目的要求：掌握组合变形问题的处理方法熟练掌握拉（压）弯和弯扭组合变形的强度计算2、讲授内容第一节组合变形和叠加原理外载的分解与变形形式的判断小变形、叠加原理第二节拉伸（压缩）与弯曲的组合变形偏心拉压危险点应力计算、叠加方法、强度校核第三节扭转与弯曲的组合变形1．弯曲与扭转危险点及其应力状态分析2．运用强度理论进行强度校核第九章压杆的稳定（4学时）1、目的要求：掌握压杆稳定的概念，会计算细长压杆的临界力、临界应力熟练掌握欧拉公式会对压杆进行稳定计算2、讲授内容第一节压杆稳定概念及临界载荷稳定与不稳定平衡失稳第二节细长压杆的临界力两端铰支细长压杆的临界力公式推导其他约束下细长压杆的临界力第三节欧拉公式适用范围经验公式柔度临界应力总图第四节压杆稳定计算稳定计算步骤提高压杆稳定性的措施第十章动载荷、交变应力（5学时）1、目的要求：了解动载荷概念掌握动荷系数的意义及计算方法了解疲劳极限概念了解疲劳强度的计算方法2、讲授内容第一节动载荷动载荷的概念动静法的应用第二节杆件受冲击时的应力和变形第三节交变应力和疲劳失效交变应力概念循环特性、应力幅度和平均应力第四节材料的持久极限及其影响因数持久极限持久极限曲线持久极限的影响因素第五节对称循环下的构件的疲劳强度计算对称循环构件的疲劳强度计算公式总复习和机动习题课(4学时)（二）实验教学内容（共3学时）实验项目一览表：序号实验项目内容提要实验类型学时分配主要仪器设备实验地点备注1拉伸实验低碳钢与铸铁拉伸验证性实验1.0万能试验机力学实验室2弯扭组合实验验证薄壁圆管在弯扭组合变形下主应力大小及方向的理论计算公式，测定圆管在弯扭组合变形下的弯矩和扭矩，实测剪切应力并计算剪切模量综合性实验2.0多功能力学实验装置、静态电阻应变仪力学实验室实验一拉伸实验（1.0学时）1、实验目的：（1）测定低碳钢的屈服极限，强度极限，延伸率δ和截面收缩率ψ（2）测定铸铁的拉伸强度极限(3)绘制拉伸图，分析比较低碳钢和铸铁的力学性能特点并观察试样破坏特征（4）熟悉引伸仪的正确使用方法2、实验方法：测定低碳钢的力学性能，只需要将试样拉至断裂，记下屈服时的低限载荷、断裂时的最大载荷和实验前后试样的尺寸。对于铸铁，拉伸时需要记下断裂时的最大载荷和实验前后试样的尺寸。3、实验仪器：万能实验机、引伸仪、游标卡尺；低碳钢试件和铸铁试件4、实验操作方法：（1）在试件上做标记（2）实验机准备（3）安装试件（4）加载实验（5）测量实验后试件的尺寸实验二弯扭组合实验（2学时）本弯扭组合综合性实验涉及到材料力学的教学内容第三、五、七、八等四章。1、实验目的：（1）验证薄壁圆管在弯扭组合变形下主应力大小及方向的理论计算公式（2）测定圆管在弯扭组合变形下的弯矩和扭矩（3）实测剪切应力并计算剪切模量（4）掌握通过桥路的不同连接方案消扭测弯、消弯测扭的方法2、实验方法：实测时用三个应变片组成应变花，并把它粘贴在弯扭组合变形圆筒固定端附近的表面某点，测出沿三个方向的线应变并代入胡克定律,便可确定某点的主应力；在弯扭组合的构件上，只想测量构件所受弯矩的大小，可利用应变片接桥方法的改变就可实现。3、实