湖工院材料力学教学大纲

材料力学教学大纲适用专业：机械设计制造及其自动化学时：64[标“*”者为选讲内容]学分：4.0一、课程性质与任务1.课程属性：本课程是机械设计制造及其自动化专业的专业基础课。2.教学对象：机械设计制造及其自动化专业本科生。3.教学目的与任务：本课程的目的是使学生结合本课程的学习,能够运用所学的基础理论和基本方法,联系生产实际,对简单的机械结构进行力学计算,以便为机械原理、机械设计课程和专业课程的学习打下坚实的基础,或者对简单的结构进行力学计算,以便为结构力学、荷载与结构设计方法及土力学等专业课程的学习打下坚实的基础。本课程的任务是使学生掌握各种变形情况下杆件的强度、刚度和变形的基本计算方法，了解加权残值法等基本的插值方法和有限单元法的基本思想、基本原理和基本方法。能够应用工程软件对简单的工程结构进行建模和仿真分析计算。具有运用有关手册和查阅有关技术资料的能力；掌握常规力学性能指标测定的实验方法,获得实验数据的基本技能；对力学的新发展有一定的了解。二、课程教学基本内容（一）理论教学1．绪论变形固体、外力、内力、截面法、应力、变形与应变等基本概念,本课程的研究任务和研究对象以及在培养高级工程技术人才全局中的地位、任务和作用。变形固体的基本假设、杆件变形的基本形式。材料力学及理论学科的发展状况和趋势。2．拉伸、压缩和剪切拉伸和压缩的概念。轴力的计算和画轴力图，直杆横截面和斜截面上应力的计算，安全系数、许用应力、强度条件的概念。轴向拉伸和压缩时变形的计算。纵向变形、线应变、胡克定律、材料的弹性模量、抗拉（压）刚度、横向变形、泊松比、比例极限、弹性极限、屈服极限、强度极限、伸长率、断面收缩率等概念。铸铁和其它材料的拉伸和压缩时的力学性能。应变能、应力集中的概念和简单超静定问题的概念。应变能和简单拉压超静定问题的计算。剪切和挤压的概念。剪切和挤压的实用计算。3．扭转扭转、纯剪切和剪应变的概念。剪切虎克定律、剪切弹性模量、切应变、剪应力互等定理。功率、转速与外力矩之间的关系。扭矩的计算及画扭矩图。圆轴扭转时横截面上的应力、变形的计算。极惯性矩、抗扭截面模量、抗扭刚度、扭转时强度条件和刚度条件。圆柱密圈螺旋弹簧和矩形截面杆扭转的主要结果（*）。4．弯曲内力平面弯曲的概念、梁的计算简图。剪力、弯矩的计算及列剪力方程、弯矩方程和画剪力图、弯矩图。理解剪力、弯矩与分布载荷集度间的关系及应用。平面曲杆的弯曲内力。5．弯曲应力纯弯曲时横截面上的正应力公式。弯矩与曲率间关系，抗弯刚度、抗弯截面模量和纯弯曲理论的推广，梁按正应力的强度计算。矩形截面梁的剪应力和工字形截面梁的剪应力。梁按剪应力的强度校核。提高弯曲强度的措施。6．弯曲变形梁的挠度、转角。梁的挠曲线近似微分方程。用积分法求梁的挠度、转角。用叠加法求梁的挠度、转角。梁的刚度校核方法和提高梁的弯曲刚度的措施。简单超静定梁的解法。7．应力和应变分析强度理论应力状态的概念及主应力和主平面概念，平面应力状态下的应力分析―解析法和图解法。三向应力圆和最大剪应力。广义胡克定律，三个弹性常数（E、G、μ）之间的关系。三向应力状态下的弹性比能。强度理论的概念、破坏形式的分析以及脆性断裂和塑性流动。最大拉应力理论、最大线应变理论、最大剪应力理论、形状改变比能理论和相当应力的概念。利用强度理论进行强度计算。8．组合变形组合变形和叠加原理的概念。斜弯曲时的应力和强度计算。拉伸(压缩)与弯曲组合时的强度计算，弯扭组合时的强度计算。9．压杆稳定压杆稳定的概念，杆端不同约束的细长压杆临界压力的计算。欧拉公式适用的范围和临界应力的经验公式，临界应力总图，压杆的稳定计算以及提高压杆稳定性措施。10．动载荷用动静法计算匀变速直线运动和匀速转动时的动应力。用能量概念计算杆件受冲击时的应力和位移。动荷系数的计算，杆件受轴向、横向和扭转冲击时的应力计算。提高杆件抗冲击能力的措施。11．交变应力交变应力、疲劳失效、循环特征、应力幅、持久极限等概念和影响持久极限的主要因素，对称循环交变应力作用下构件的疲劳强度计算。提高构件疲劳强度的主要措施。12．能量法杆件各种变形下应变能的计算，互等定理、卡氏定理、虚功原理，单位载荷法、图乘法（*）。13．插值法和有限元法简介介绍加权残值法等基本的插值方法；介绍有限单元法的基本思想、基本原理和基本方法。14．应用工程软件进行建模和仿真简单介绍ANSYS和NASTRAN等软件及其基本操作，应用软件分析计算一些具体的实例。（二）实验教学实验内容为下列六个项目，前三个为必选项目，后三个任选一个，修满8学时：1.拉伸和压缩实验；2.测E和扭转实验；3.电测直梁弯曲正应力实验；4．弯扭组合变形实验；5．偏心拉伸实验；6.压杆稳定实验。做实验报告时，要求做好每一个实验后的思考题。三、学时分配序号内容讲授学时实验学时1绪论12拉伸、压缩和剪切733扭转414弯曲内力45弯曲应力626弯曲变形47应力和应变分析强度理论68组合变形40～29压杆稳定40～210动载荷411交变应力212能量方法413插值法和有限元法简介414应用工程软件进行建模和仿真分析2合计568四、课程教学基本要求（一）理论教学1．理解变形固体、截面法、应力与应变等基本概念,了解本课程的研究任务和研究对象以及地位、任务和作用；理解变形固体的基本假设、杆件变形的基本形式。掌握杆件各种内力的计算和内力图的画法；掌握杆件各种变形下的应力、变形和强度的计算；理解应变能、应力集中和简单超静定问题等概念。掌握应变能和简单超静定问题的计算。2．理解应力状态的概念及主应力和主平面概念，熟练掌握平面应力状态下的应力分析―解析法和图解法。了解三向应力圆和最大剪应力；掌握广义胡克定律，了解三个弹性常数（E、G、μ）之间的关系；了解三向应力状态下的弹性比能。理解四大强度理论的概念，并掌握利用强度理论进行强度计算。3．掌握拉伸(压缩)与弯曲组合时的强度计算，掌握弯扭组合时的强度计算。4．理解压杆稳定的概念，掌握杆端不同约束的细长压杆临界压力的计算。掌握压杆的稳定计算。5．掌握动应力的计算；掌握用能量概念计算杆件受冲击时的应力和位移；掌握杆件受冲击时的应力计算；掌握提高杆件抗冲击能力的措施。6．理解交变应力、疲劳失效、循环特征、应力幅、持久极限等概念和影响持久极限的主要因素，掌握对称循环交变应力作用下构件的疲劳强度计算；掌握提高构件疲劳强度的主要措施。7．掌握杆件各种变形下应变能的计算，掌握互等定理、卡氏定理、虚功原理等方法，了解单位载荷法、图乘法等方法（*）。8．理解加权残值法等基本的插值方法；了解有限单元法的基本思想、基本原理和基本方法。了解ANSYS和NASTRAN等软件及其基本操作，了解应用一些商用软件分析计算一些简单的具体实例。（二）实验教学通过实验要使学生掌握材料力学实验的基本方法,以培养学生运用实验方法进行力学分析的初步能力。要求学生认真完成实验,并认真做好实验报告,实验成绩应作为课程成绩的一部分。五、课程设置说明1.先修课程：机械制图、理论力学。2.考核方式：考试。3.使用教材与参考书（1）使用教材：《材料力学》(第4版)刘鸿文主编，高等教育出版社，2004年（机械设计制造及其自动化、材料成型及