材料力学教学大纲(土木工程专业2014年).doc

材料力学课程教学大纲课程英文名称：Mechanics of Materials课程代码：110000103课程性质：学科基础课适用专业：土木工程专业总学时数：64 其中 讲课学时：58 实验学时：6 总学分数：4编写人：胡玮军 审定人：袁文华一、课程简介（一）课程教学目的与任务：本课程的教学目的：要求学生对杆件的强度、刚度和稳定性问题具有明确的基本概念，掌握杆件计算必要的理论知识和比较熟练的计算能力，具有一定的工程问题的分析能力和初步的实验能力。本课程的教学任务：通过课堂教学和实践性教学环节相结合，强化学生对基本概念、基本理论、基本方法的理解和掌握。要求学生对各种杆件的强度、刚度和压杆稳定性的基本问题能够熟练地分析和计算。以培养学生熟练运用所学知识解决实际问题的能力。（二）课程教学的总体要求1、对材料力学的基本概念和基本分析方法有明确的认识。2、具有对工程结构物中的部件和物体简化为力学简图的初步能力。3、能够熟练地分析杆件在拉(压)、扭、弯时的内力，并正确做出相应的内力图。4、能够熟练分析杆件的应力、位移、进行强度和刚度计算，并会解一次超静定问题。5、对应力状态理论和强度理论有明确的认识，并能将其应用于变形杆件的强度计算。6、对压杆的稳定性概念有明确认识，会计算轴向压杆的临界应力，并进行稳定性校核。7、对能量法的有关基本原理有明确认识，并能熟练掌握一种计算位移的能量方法。（三）课程的基本内容研究的主要内容为：材料力学基本概念与假设，轴向拉伸和压缩、扭转、弯曲时的内力、应力和位移计算，截面几何性质，应力与应变分析，强度理论，组合变形，剪切与连接件的实用计算，压杆稳定，能量法等。（四）先学课程及后续课程先学课程：高等数学、大学物理、理论力学；后续课程：弹性力学结构力学、钢结构、钢筋混凝土结构。二、课程教学总体安排（一）学时分配建议表学时分配建议表课程内容各教学环节的学时分配讲课习题课实验设计绪论及基本概念2轴向拉伸(压缩) 102扭转 62截面几何性质2弯曲内力和应力 822弯曲变形4应力状态和强度理论 8组合变形和连接件计算62压杆稳定4能量法 4合计（学时）54 46（二）推荐教材及参考书目1、教材 工程力学（）第一版，王海容主编，中国水利水电出版社，2011年2、参考书目孙训方编.材料力学（）、（）.第五版. 高等教育出版社. 2009年 胡增强编.材料力学学习指导. 高等教育出版社. 2003年单辉祖编.材料力学（）、（）.第二版. 高等教育出版社. 2004年（二）课程考核方式1、考核方式本课程为闭卷考试2、成绩构成 课堂考勤纪律占总成绩的10%，平时作业占总成绩的10%，实验成绩占总成绩的10% ，期末考试占总成绩的70%三、课程教学内容及基本要求（一）绪论及基本概念 （2学时）1、教学目的了解课程的性质、任务和研究对象。2、教学重点与难点（1）教学重点强度、刚度、稳定性的概念；变形固体的基本假设；弹性变形和塑性变形的概念； （2）教学难点 变形固体的性质及基本假设。3、教学方法 讲授法（结合多媒体）4、教学主要内容材料力学的任务和研究对象；变形固体的概念，材料力学的基本假设， 杆件变形的基本形式。 5、教学要求要求学生建立构件的强度、刚度、稳定性等基本概念；建立变形固体概念，理解并牢记其基本假设；了解材料弹性变形和塑性变形的基本特征；了解杆件的基本变形形式。6、学生练习 10-12道题，复习教材（二）轴向拉伸与压缩（讲课10学时，实验2学时）1、教学目的掌握轴向拉（压）杆件的强度、变形和刚度计算，同时为求解拉（压）超静定问题作准备。2、教学重点与难点（1）教学重点 拉（压）杆的内力、内力图和应力的概念及计算；材料在拉伸和压缩时的力学性质；许用应力的概念和强度条件，强度方面的三类问题；拉压杆的变形和位移计算。（2）教学难点 拉（压）杆的内力、内力图和应力的概念及计算；强度问题；材料力学性质的实验测量及工程应用。3、教学方法 讲授法（结合多媒体）4、教学主要内容轴向拉伸和压缩的概念；内力、截面法、轴力和轴力图；应力、轴向拉（压）杆内的应力；应变、 轴向拉（压）杆的变形虎克定律； 拉（压）杆内的应变能； 材料在拉伸和压缩时的力学性能； 强度条件安全因数许用应力； 应力集中的概念。5、教学要求熟练掌握截面法，正确画出轴力图；掌握拉压时材料的力学性能，正确理解并熟练掌握轴向拉压正应力公式、胡克定律、强度条件，掌握拉压杆的强度计算方法。了解拉压杆的变形能的概念和计算；建立应力集中的概念；弄清材料力学解决问题的思路和方法。6、学生练习 10-12道题，截面法，内力图，应力和变形的计算，强度条件的应用。（三）扭 转（讲课6学时，实验2学时）1、教学目的掌握扭转强度和刚度的计算，同时为求解扭转超静定问题作准备。2、教学重点与难点（1）教学重点 扭矩计算及扭矩图的绘制；等直圆杆扭转时横截面上切应力的分布规律及任一点切应力的计算，扭转变形的计算；危险截面和危险点的判断，扭转强度、刚度方面三类问题的求解。（2）教学难点 扭转切应力的推导过程；受多个外力偶作用时任意两横截面间相对扭转角的计算。3、教学方法 讲授法（结合多媒体）4、教学主要内容扭转的概念； 传动轴的外力偶矩扭矩和扭矩图； 薄壁圆筒的扭转； 等直圆杆扭转时的应力强度条件； 等直圆杆扭转时的变形刚度条件； 等直圆杆扭转时的应变能； 等直非圆杆自由扭转时的应力和变形。5、教学要求掌握传动轴的外力偶矩、 扭矩计算及扭矩图的绘制；熟练掌握扭转切应力、扭转变形的计算方法、剪切胡克定律和剪应力互等定理、扭转强度和扭转刚度计算；了解等直圆杆扭转时变形能的概念和计算。6、学生练习 6-8道题，外力偶矩和扭矩的计算，扭矩图，扭转强度和扭转刚度条件的应用。（四）截面的几何性质（2学时）1、教学目的掌握截面图形几何性质的计算。2、教学重点与难点（1）教学重点 截面几何性质各量的定义式，静矩与形心的关系，惯性半径，惯性矩和惯性积的平移轴定理。（2）教学难点 转轴公式，组合截面的形心主惯性轴和形心主惯性矩的计算。3、教学方法 讲授法（结合多媒体）4、教学主要内容截面的静矩和形心位置；极惯性矩惯性矩惯性积； 惯性矩和惯性积的平移轴定理组合截面的惯性矩和惯性积；惯性矩和惯性积的转轴公式截面的主惯性轴和主惯性矩。 5、教学要求理解静矩、轴惯性矩、极惯性矩、惯性积、惯性半径、形心主惯性轴和形心的概念；掌握轴惯性矩、极惯性矩、组合图形的轴惯性矩的计算。6、学生练习 静矩、形心、轴惯性矩、极惯性矩的计算。（五）弯曲应力（讲课10学时，实验课2学时）1、教学目的掌握平面弯曲梁的内力计算和弯曲强度计算。 2、教学重点与难点（1）教学重点 平面弯曲的概念；用截面法求剪力和弯矩，剪力方程和弯矩方程的建立，利用内力方程、微分关系、叠加原理绘制剪力图和弯矩图。平面弯曲正应力的分布和计算，矩形截面弯曲切应力的分布和计算，平面弯曲梁危险截面和危险点的判断，弯曲正应力强度方面的三类问题。 （2）教学难点 剪力图和弯矩图的绘制；叠加法求作内力图；纯弯曲梁横截面上正应力公式的分析推导；梁的危险截面和危险点的判断。3、教学方法 讲授法 讨论法（结合多媒体）4、教学主要内容对称弯曲的概念及梁的计算简图；梁的剪力和弯矩剪力图和弯矩图；平面刚架和曲杆的内力图；梁横截面上的正应力梁的正应力强度条件；梁横截面上的切应力梁的切应力强度条件；梁的合理设计。 5、教学要求掌握弯曲变形与平面弯曲等基本概念；熟练掌握用截面法求弯曲内力；掌握叠加原理及剪力图和弯矩图的内在规律；能熟练绘制剪力图和弯矩图。掌握梁纯弯曲时横截面上正应力计算公式的推导过程，理解横力弯曲正应力计算仍用纯弯曲公式的条件和近似程度。掌握中性层、中性轴等基本概念和含义；掌握各种形状截面梁（矩形、圆形、工字形）横截面上切应力的分布和计算；熟练弯曲正应力和剪应力强度条件的建立和相应的计算；理解等强度梁的概念；掌握提高弯曲强度的若干措施。6、学生练习 10-12道题，应用截面法求弯曲内力，应用内力方程、微分关系、叠加原理作内力图，梁横截面上正应力及切应力的计算，强度条件的应用，梁的合理设计。（六）梁弯曲时的位移（4学时）1、教学目的掌握梁的位移计算和刚度校核 , 同时为求解超静定梁作准备。2、教学重点与难点（1）教学重点 挠曲线近似微分方程的理解和应用 , 梁的位移边界条件 , 积分法求解单跨静定梁在简单荷载作用下的位移 , 叠加法求梁的位移。（2）教学难点 叠加法求梁的位移。3、教学方法 讲授法（结合多媒体）4、教学主要内容梁的位移 - 挠度和转角； 梁的挠曲线的近似微分方程及其积分；按叠加原理计算梁的挠度和转角；梁的刚度校核提高梁的刚度的措施；梁内的弯曲应变能。 5、教学要求掌握求梁变形的两种方法：积分法和叠加法，明确叠加原理的使用条件，掌握梁的刚度条件,熟练掌握梁的刚度计算。6、学生练习 4-6道题应用积分法和叠加法求梁的变形，梁的刚度条件及应用。（七）应力状态和强度理论（8学时）1、教学目的掌握受力构件中一点任意方向的应力、主应力、主平面、最大切应力及其作用面的计算；掌握复杂应力状态下应力与应变间的关系；了解复杂应力状态下的应变能计算；掌握强度理论的建立及应用条件。2、教学重点与难点（1）教学重点 截取一点的原始单元体；计算平面应力状态下任一斜截面上的应力、主平面和主应力、最大切应力平面和最大切应力；广义虎克定律及其应用；复杂应力状态下应变能密度、形状改变能密度、体积改变能密度的概念和计算；四个常用古典强度理论的理论观点及选用。 （2）教学难点 应力状态的概念，单元体的截取及应力状态的确定；广义虎克定律及其应用；危险点的确定及常用四个强度理论的理解和选用。3、教学方法 讲授法（结合多媒体）4、教学主要内容应力状态应力状态分析主应力的概念；平面应力状态的应力分析；空间应力状态的概念；复杂应力状态下应力和应变间的关系；复杂应力状态下的应变能密度；强度理论及其相当应力；各种强度理论的应用。 5、教学要求掌握应力状态的概念及其研究方法；会从具有受力杆件中截取单元体并标明单元体上的应力情况；会计算平面应力状态下斜截面上的应力；掌握平面应力状态下的主应力、主方向的计算，并会排列主应力的顺序；掌握广义胡克定律；了解复杂应力状态比能的概念；了解梁的主应力迹线，掌握强度理论的概念。了解常用的四个强度理论的观点、破坏条件、强度条件。掌握常用的四个强度理论的相当应力。会用强度理论对一些简单的杆件结构进行强度计算。6、学生练习 10-12道题，平面应力状态的应力分析，广义胡克定律的应用，强度条件的应用。（八）组合变形及连接部分的计算（讲课6学时，习题课2学时）1、教学目的掌握组合变形杆件的强度计算和连接件的强度的计算问题。 2、教学重点与难点（1）教学重点 组合变形类型的判断，斜弯曲、拉伸（压缩）与弯曲、弯曲与扭转三种组合变形危险截面、危险点的位置确定，危险点的应力状态分析，选择强度理论求解组合变形的强度计算问题，截面核心的计算 ；连接件的剪切面、挤压面位置和形状的判断，强度计算中剪切挤压拉伸危险面的确定 。（2）教学难点 确定组合变形的类型；确定危险截面、危险点的位置，分析危险点的应力状态；截面核心的计算。3、教学方法 讲授法 讨论法（结合多媒体）4、教学主要内容组合变形的概念；斜弯曲；拉伸（压缩）与弯曲截面核心；扭转与弯曲；连接件的实用计算；铆钉连接计算。 5、教学要求了解组合变形的概念。正确区分斜弯曲和平面弯曲，了解截面核心的概念、常见截面的截面核心计算。掌握斜弯曲、偏心拉伸（压缩）、弯扭组合变形等组合变形形式的概念和判定、危险截面和危险点的确定、应力计算、中性轴的确定、强度计算等。掌握单个连接件强度的实用计算和铆钉组连接中单个铆钉受力的计算方法。 6、学生练习 10-12道题，斜弯曲、偏心拉伸（压缩）、弯扭组合变形等组合变形的应力计算及强度条件，连接件强度的实用计算。（九）压杆稳定（4学时）1、教学目的掌握压杆稳定性计算。2、教学重点与难点（1）教学重点 压杆稳定性和的临界力概念；细长中心受压直杆临界力和临界应力的欧拉公式、适用范围；压杆的分类，临界应力总图；压杆的稳定性条件及稳定的实用计算；提高压杆稳定性的措施。（2）教学难点 欧拉公式及适用范围；压杆的分类及柔度 的计算；用稳定因数法设计压杆截面。3、教学方法 讲授法（结合多媒体）4、教学主要内容压杆稳定性的概念；细长中心受压直杆临界力的欧拉公式；不同杆端约束下细长压杆临界力的欧拉公式压杆的长度因数；欧拉公式的应用范围临界应力总图；实际压杆的稳定因数；压杆的稳定计算压杆的合理界面。 5、教学要求深入理解弹性平衡稳定性的概念；熟练掌握压杆的临界力公式的应用条件，掌握杆端约束对临界力的影响，压杆的分类与临界应力曲线；掌握压杆稳定性校核的方法；明确提高压杆稳定性的措施。6、学生练习 10-12道题，欧拉公式的应用，压杆稳定性的校核。（十）能 量 法（4学时）1、教学目的掌握能量原理及其在计算杆件的位移、变形和内力中的应用。 2、教学重点与难点（1）教学重点 能量法的概念，应变能、余能的概念及计算；卡氏第一定理、第二定理的理解和应用；单位力法的原理及应用单位力法求线弹性结构的位移。（2）教学难点 能量法的概念；卡氏定理的理解及应用；单位力法的原理及应用。3、教学方法 讲授法（结合多媒体）4、教学主要内容能量法的基本概念；应变能余能；卡氏定理；虚位移原理及单位力法。 5、教学要求掌握杆件弹性应变能的有关概念。掌握功能原理、卡氏定理、单位载荷法。能够熟练地计算基本变形杆件和常见的组合变形杆件的应变能。能够较为熟练地应用卡氏第二定理、单位载荷法（莫尔积分法）完成杆件的位移计算。6、学生练习 6-8道题，应变能的计算，应用卡氏第二定理、单位载荷法（莫尔积分法）计算杆件的位移。四、实验要求（一）实验的目的与要求按照实验指导书和任课教师介绍的方法完成课内各项实验内容，客观认真地将实验数据填入实验报告，对不合理的实验结果需重测或补测。每次实验结束离开实验室前，实验报告须交实验指导教师审核、签名。实验数据应及时整理，并交任课教师批改，以便进行考核和评分。通过实验教学环节，使学生巩固，加深理解材料力学的基本概念，基本理论和基本方法，掌握测定有关材料的力学性能以及用实验方法对机械和结构进行应力分析的基本技能，培养学生的观察能力、分析能力、操作能力、思维能力、创造能力和组织实验能力，培养学生实事求是、一丝不苟科学态度与工作作风。（二）实验项目名称、学时分配表本课程开设的实验为：1、低碳钢和铸铁的拉伸、压缩实验。2、圆轴的扭转实验。3、纯弯曲梁正应力电测实验。实验学时分配表序号实验名称实验学时仪器套数每套人数实验要求实验类型面向专业1拉伸、压缩破坏实验238必做验证土木工程本科2圆轴扭转破坏实验238必做验证土木工程本科3纯弯梁正应力电测实验263必做验证土木工程本科（三）考核方式 考查五、说明1、本大纲所列内容只表示本课程的教学范围和深度，至于教学内容的先后次序和各个教学环节，任课教师可根据具体情况做出安排。2、教学方法可采取传统的讲授模式和多媒体教学相结合3、每一届根据学生基础和学时数，授课内容可适当调整。