《材料力學》課程教學大綱

1、材料力學材料力學課程教學大綱英文名稱：material mechanics課程編碼： 071120002總學時：72實驗學時：8學分：4.5適用對象：水利水電工程、土木工程、道路與橋梁工程等土建類本科專業(yè)先修課程：高等數(shù)學、大學物理、理論力學大綱主撰人：大綱審核人：一、課程的性質(zhì)、目的和任務(wù)：一、課程的性質(zhì)、目的和任務(wù)：1.材料力學是變形固體力學入門課程， 是水利水電工程、 土木工程專業(yè)一門重要的學科基礎(chǔ)課。2.本課程的教學目的和任務(wù)是： 通過本課程的教學， 使學生掌握工程結(jié)構(gòu)和機械中桿件的強度、 剛度和穩(wěn)定性的基本概念和計算方法， 培養(yǎng)學生對桿件進行力學分析計算和設(shè)計的能力，同時通過實驗教學

2、，培養(yǎng)學生的實驗操作、實驗據(jù)分析和總結(jié)的能力， 使學生獲得一些最基本的科研和創(chuàng)新能力;為學生學習結(jié)構(gòu)力學 、 彈性力學 、 鋼結(jié)構(gòu) 、 混凝土與砌體結(jié)構(gòu) 、 土力學與基礎(chǔ)工程等后續(xù)課提供必要的理論基礎(chǔ)。二、教學內(nèi)容及要求二、教學內(nèi)容及要求第第 1 1 章章 緒論及基本概念緒論及基本概念授課學時： 2基本要求：1.1 了解材料力學的任務(wù)。1.2 掌握可變形固體的性質(zhì)及其基本假設(shè)。1.3 了解材料力學主要研究對象的幾何特征。1.4 掌握桿件變形的基本形式。重點：材料力學研究對象和任務(wù)。難點：可變形固體的性質(zhì)及其基本假設(shè)。第第 2 2 章章 軸向拉伸與壓縮軸向拉伸與壓縮授課學時： 8基本要求：2.1

3、 理解軸向拉伸和壓縮的概念。2.2 熟練掌握內(nèi)力的概念和用截面法求軸力及作軸力圖的方法。2.3 熟練掌握求拉（壓）桿橫截面及斜截面上的應(yīng)力的方法。2.4 熟練掌握求拉（壓）桿的變形的胡克定律。2.5 理解拉（壓）桿內(nèi)的變形能的概念。2.6 掌握低碳鋼、灰口鑄鐵拉伸（壓縮）試驗方法。2.7 熟練掌握應(yīng)用強度條件對拉（壓）桿進行強度計算的方法。2.8 理解拉壓超靜定問題解法第 1 頁/ 共 7 頁2.9 了解應(yīng)力集中的概念。重點：低碳鋼拉伸實驗方法;軸向拉壓桿強度、剛度計算問題。難點：單向拉壓桿超靜定問題解法。第第 3 3 章章 截面的幾何性質(zhì)截面的幾何性質(zhì)授課學時：4基本要求：3.1 理解截面的

4、靜矩、極慣矩、慣性矩、慣性積的概念。3.2 熟練掌握由截面的靜矩求形心的方法。3.3 熟練掌握矩形、圓形、圓環(huán)形截面慣性矩、極慣矩計算方法。3.4 掌握用慣性矩平行移軸公式求組合平面慣性矩。3.5 了解慣性矩和慣性積的轉(zhuǎn)軸公式。重點：極慣矩，慣性矩，平行移軸公式。難點：組合截面慣性矩。第第 4 4 章章 扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)授課學時： 5基本要求：4.1 掌握求外力偶矩、扭矩和作扭矩圖的方法。4.2 熟練掌握求等直圓軸扭轉(zhuǎn)時的應(yīng)力、變形和強度、剛度的計算方法。4.3 理解扭轉(zhuǎn)超靜定問題解法。4.4 理解等直圓桿扭轉(zhuǎn)時的應(yīng)變能。4.5 了解等直非圓桿自由扭轉(zhuǎn)時的應(yīng)力和變形的計算方法。重點：圓桿扭轉(zhuǎn)橫截面上剪

5、應(yīng)力的計算公式的推導(dǎo);實心和空心圓桿強度、剛度計算方法。難點：空心圓桿抗扭截面模量第第 5 5 章章 彎曲內(nèi)力彎曲內(nèi)力授課學時：8基本要求：5.1 理解平面彎曲、剪力、彎矩的概念。掌握用列方程法作梁的剪力圖、彎矩圖。5.2 理解彎矩m(x)、剪力fs(x)、分布荷載集度q(x)間的關(guān)系。5.3 掌握疊加法作彎矩圖。5.4 熟練掌握控制截面法作梁的剪力圖、彎矩圖。5.5 了解平面剛架和曲桿內(nèi)力圖的作法。本章重點： 列方程方法作剪力圖和彎矩圖； 剪力、 彎矩計算規(guī)則； 剪力fs(x)、 彎矩m(x)與荷載集度q(x)的關(guān)系；控制截面法作梁的剪力、彎矩圖。本章難點：用控制截面法作梁的剪力、彎矩圖，應(yīng)

6、用剪力、彎矩計算規(guī)則時，外力在截面上產(chǎn)生的剪力、彎矩正負號取值問題。第第 6 6 章章 彎曲應(yīng)力彎曲應(yīng)力授課學時： 7第 2 頁/ 共 7 頁w；受扭桿件超靜定問題解法。基本要求：6.1 掌握純彎曲橫截面上的應(yīng)力的推導(dǎo)過程。6.2 熟練掌握橫力彎曲梁的正應(yīng)力及正應(yīng)力強度計算方法。6.3 熟練掌握橫力彎曲梁的彎曲正應(yīng)力及剪應(yīng)力強度計算方法。6.4 理解梁的合理設(shè)計的概念。6.5 掌握電測實驗應(yīng)力的基本原理和方法。6.6 了解兩種材料的組合梁正應(yīng)力、剪應(yīng)力強度計算方法。本章重點：梁橫截面上任意點正應(yīng)力計算公式的推導(dǎo);梁正應(yīng)力強度條件及應(yīng)用；純彎曲梁段橫截面上彎曲正應(yīng)力電測試驗。*s截面上剪應(yīng)力的計

7、算公式中面積矩z的計算。本章難點：空心圓截面、箱形、組合工字形、t 形截面抗彎截面模量wz的計算；梁橫第第 7 7 章章 梁彎曲時的位移簡單超靜定梁梁彎曲時的位移簡單超靜定梁授課學時：4基本要求：7.1 理解梁的位移、撓度和轉(zhuǎn)角的概念。7.2 熟練掌握用積分法求簡單荷載作用下單跨梁的撓度和轉(zhuǎn)角的計算方法。7.3 理解計算梁的撓度和轉(zhuǎn)角的疊加法。7.4 掌握梁的剛度條件計算方法。7.5 理解提高梁剛度的措施。7.6 了解梁彎曲應(yīng)變能的概念。7.7 理解簡單超靜定梁解法。本章重點：求梁撓度、轉(zhuǎn)角的積分法、疊加法。本章難點：彎曲應(yīng)變能;超靜定梁的解法。第第 8 8 章章 剪切與連接件的實用計算。剪切

8、與連接件的實用計算。授課學時： 2基本要求：8.1 熟練掌握普通螺栓、鉚釘拉（壓）連接的剪切、擠壓和實用計算。8.2 了解榫齒連接的實用計算。本章重點：普通螺栓、鉚釘拉壓連接的剪切、擠壓和主板受拉實用計算。本章難點：擠壓面積的確定;單剪、雙剪的概念;主板受拉實用計算中被削弱的截面面積計算。第第 9 9 章章 應(yīng)力應(yīng)變分析應(yīng)力應(yīng)變分析授課學時： 4基本要求：9.1 理解主平面、主應(yīng)力和應(yīng)力狀態(tài)的概念。9.2 掌握用應(yīng)力圓求平面應(yīng)力狀態(tài)的主應(yīng)力、主平面的方法。9.3 熟練掌握用解析法求平面應(yīng)力和空間應(yīng)力狀態(tài)的主應(yīng)力、最大剪應(yīng)力的方法。9.4 掌握平面應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)變分析，掌握廣義虎克定律。第 3 頁/

9、 共 7 頁9.5 了解空間應(yīng)力狀態(tài)下的比能的概念。本章重點：求主應(yīng)力的幾何法、解析法；空間應(yīng)力狀態(tài)求主應(yīng)力和最大剪應(yīng)力；廣義胡克定律。本章難點：主應(yīng)力跡線，平面應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)變分析。第第 1010 章章 強度理論強度理論授課學時：4基本要求：10.1 理解強度理論的概念。10.2 熟練掌握四個強度理論表達式及適用范圍。10.3 掌握強度理論在組合工字形、t 形、箱形等截面梁翼緣與腹板交結(jié)點強度的計算方法。10.4 掌握壓力容器強度的計算方法。10.5 了解莫爾強度理論。本章重點：第一、第三、第四強度理論 ;組合工字形、t 形、箱形等截面梁翼緣與腹板交結(jié)點強度的計算方法；壓力容器強度的計算方法。本

10、章難點：組合工字形、t 形、箱形等截面梁翼緣與腹板交結(jié)點強度的計算方法；壓力容器強度的計算方法。第第 1111 章章 組合變形組合變形授課學時：8基本要求：11.1 理解兩相互垂直平面內(nèi)的彎曲、 拉(壓)彎組合、 偏心拉(壓) 和截面核心、 拉 （壓）彎扭組合的概念。11.2 掌握斜彎曲強度計算方法。11.3 熟練掌握拉(壓)彎組合、偏心拉(壓)、拉（壓）彎扭組合強度計算方法。11.4 掌握簡單截面核心的求法。本章重點：拉伸(壓縮)與彎曲;偏心壓縮(拉伸);拉（壓） 、彎曲與扭轉(zhuǎn)的內(nèi)力、應(yīng)力和強度計算方法。本章難點：雙向偏心壓縮危險點的確定;截面核心;拉（壓） 、彎曲與扭轉(zhuǎn)的內(nèi)力、應(yīng)力和強度計

11、算方法。第第 1212 章章 壓桿穩(wěn)定壓桿穩(wěn)定授課學時：6基本要求：12.1 理解壓桿穩(wěn)定、臨界力、長度系數(shù)和穩(wěn)定系數(shù)的概念。12.2 熟練掌握細長中心受壓直桿臨界力的歐拉公式和穩(wěn)定計算方法。12.3 掌握中柔度、小柔度中心受壓直桿臨界力公式和穩(wěn)定計算方法。12.4 掌握壓桿的合理設(shè)計概念。本章重點：大柔度桿、中柔度桿和小柔度桿的判別方法及其臨界荷載計算方法;壓桿穩(wěn)定校核與設(shè)計方法。第 4 頁/ 共 7 頁本章難點：大柔度桿、中柔度桿和小柔度桿的判別方法。第第 1313 章章 能量方法能量方法授課學時：4基本要求：13.1 理解應(yīng)變能、余能的概念。13.2 理解卡氏定理。13.3 理解解超靜定

12、問題的能量法。本章重點：應(yīng)用卡氏第一定理、卡氏第二定理求結(jié)構(gòu)位移的方法 ;用能量法(包括卡氏第一定理、余能定理和卡氏第二定理)解超靜定系統(tǒng)的方法。本章難點： 能量法(包括卡氏第一定理、 余能定理和卡氏第二定理)解超靜定系統(tǒng)的方法。第第 1414 章章 動荷載交變應(yīng)力動荷載交變應(yīng)力授課學時：6基本要求：14.1 熟練掌握構(gòu)件作等加速直線或等速轉(zhuǎn)動時的動應(yīng)力計算。14.2 理解沖擊荷載時的動應(yīng)力計算。14.3 了解交變應(yīng)力下材料的疲勞破壞、疲勞極限的概念。14.4 理解鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其連接的疲勞計算。本章重點：構(gòu)件作等加速直線運動或等速轉(zhuǎn)動時的動應(yīng)力計算；構(gòu)件受沖擊荷載作用時的動應(yīng)力計算；構(gòu)件受迫振

13、動時的動應(yīng)力計算。本章難點：沖擊系數(shù)的概念;鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其連接的疲勞計算。三、實驗三、實驗1 1、實驗項目一覽表、實驗項目一覽表序號實驗項目名稱學時21 122實驗類別技術(shù)基礎(chǔ)技術(shù)基礎(chǔ)技術(shù)基礎(chǔ)技術(shù)基礎(chǔ)技術(shù)基礎(chǔ)實驗要求必修必修必修必修必修實驗類型 每組人數(shù) 2 21 2 21低碳鋼和鑄鐵的拉伸與壓縮實驗2低碳鋼和鑄鐵的扭轉(zhuǎn)實驗3梁純彎曲正應(yīng)力電測實驗4彎扭組合電測實驗。5沖擊實驗2 2、實驗項目目的和要求：、實驗項目目的和要求：11拉伸試驗拉伸試驗4-5 人4-5 人 4-5 人4-5 人10-15 人(1)觀察低碳鋼(q235 鋼)和鑄鐵在拉伸試驗中的各種現(xiàn)象。(2)測繪低碳鋼和鑄鐵試件的載荷

14、變形曲線(fl曲線)及應(yīng)力應(yīng)變曲線(曲線)。(3)測定低碳鋼拉伸時的比例極限p，屈服極限s、強度極限b、伸長率、斷面收縮率和鑄鐵拉伸時的強度極限b。(4)測定低碳鋼的彈性模量e。(5)觀察低碳鋼在拉伸強化階段的卸載規(guī)律及冷作硬化現(xiàn)象。第 5 頁/ 共 7 頁(6)比較低碳鋼(塑性材料)和鑄鐵(脆性材料)的拉伸力學性能。22壓縮試驗壓縮試驗(1)測定低碳鋼的壓縮屈服點s和鑄鐵的抗壓強度c。(2)觀察鑄鐵試樣的破壞斷口，分析破壞原因。(3)分析比較兩種材料拉伸和壓縮性質(zhì)的異同。33扭轉(zhuǎn)破壞實驗扭轉(zhuǎn)破壞實驗(1)驗證比例極限內(nèi)的圓截面桿扭轉(zhuǎn)變形的胡克定律（ tl /gip） 。(2)測定低碳鋼的切變

15、模量g。(3)觀察兩類材料試樣扭轉(zhuǎn)破壞斷口形貌，并進行比較和分析。(4)測定低碳鋼的屈服剪應(yīng)力s、抗剪強度b和鑄鐵的抗剪強度b。44彎曲正應(yīng)力電測實驗彎曲正應(yīng)力電測實驗(1)習使用應(yīng)變片和電阻應(yīng)變儀測定靜態(tài)應(yīng)力的基本原理和方法。(2)用電測法測定純彎曲鋼梁橫截面不同位置的正應(yīng)力。(3)繪制正應(yīng)力沿其橫截面高度的的分布圖，觀察正應(yīng)變（正應(yīng)力）分布規(guī)律，驗證純彎曲梁的正應(yīng)力計算公式。3.3.考核方式考核方式: :實驗課做實驗實驗課做實驗, ,實驗后寫實驗報告實驗后寫實驗報告. .四、學時分配課程總學時為 72，其中理論學時 66，實驗學時 6。內(nèi)容第 1 章 緒論及基本概念第 2 章 截面的幾何性質(zhì)第 3 章 軸向拉伸與壓縮第 4 章 扭轉(zhuǎn)第 5 章 彎曲內(nèi)力第 6 章 彎曲應(yīng)力第 7 章 梁彎曲時的位移第 8 章 剪切與連接的實用計算第 9 章 應(yīng)力應(yīng)變分析第 10 章 強度理論第 11 章 組合變形第 12 章 壓桿穩(wěn)定第 13 章 能量方法第 14 章 動荷載、交變應(yīng)力共計講課2464864244664464實驗課合計2112282485874244864672五、推薦教材及參考書五、推薦教材及參考書教材：教材： 材料力學 （第五版）孫訓方方孝淑等編高等教育出版社 2010參考書：參考書：1.劉鴻文主編 材料