材料力學(xué)A課程教學(xué)大綱

PAGEPAGE6材料力學(xué)A課程教學(xué)大綱總學(xué)時：80（理論）+18（實驗）學(xué)時先修課程：高等數(shù)學(xué)，理論力學(xué)一、課程的性質(zhì)、目的和任務(wù)本課程是高等工科學(xué)校航空、機械、土木等本科專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課，涉及先修課程《高等數(shù)學(xué)》微積分及《理論力學(xué)》靜力學(xué)部分的基本知識。通過本門課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生對桿件的受力分析、強度、剛度和穩(wěn)定性問題具有明確的基本概念、必要的基礎(chǔ)知識、比較熟練的計算能力，初步的力學(xué)建模及對簡化模型近似性評估的能力，一定的定性與定量分析能力和初步的實驗?zāi)芰?，為后續(xù)課程奠定基礎(chǔ)。二、課程內(nèi)容、基本要求及學(xué)時分配第一章緒論（2學(xué)時）1．材料力學(xué)的任務(wù)與研究對象，材料力學(xué)的基本假設(shè)，桿件變形的基本形式。要求理解材料力學(xué)的三個基本假設(shè)。2．內(nèi)力、截面法、彈性模量與泊松比、應(yīng)力、應(yīng)變，切應(yīng)力互等定理，胡克定律，剪切虎克定律。要求能夠理解以上基本概念和運用以上定理。第二章軸向拉壓應(yīng)力與材料的力學(xué)性能（4學(xué)時）1．軸力和軸力圖，拉壓桿的應(yīng)力與圣維南原理。要求能夠畫出軸力圖，計算橫截面與斜截面上的應(yīng)力，了解應(yīng)力集中概念、圣維南原理。2．材料在常溫、靜荷下的拉、壓力學(xué)性能。重點掌握低碳鋼和鑄鐵材料在常溫、靜荷下的拉、壓力學(xué)性能，難點為卸載與再加載規(guī)律。3．拉壓桿的強度條件。重點為三類基本強度問題，難點為利用強度理論進(jìn)行等強設(shè)計和最輕重量設(shè)計。4．了解剪切與擠壓的實用計算。5．*復(fù)合材料與高分子材料的拉伸力學(xué)性能，可靠性設(shè)計概念。第三章軸向拉壓變形（4學(xué)時）1．拉壓桿的變形與疊加原理，桁架的節(jié)點位移計算。重點掌握疊加原理和桁架節(jié)點位移的計算，難點為利用切線代圓弧、小變形假設(shè)計算桁架的節(jié)點位移。2．拉壓與剪切應(yīng)變能概念，要求了解以上概念。3．簡單拉壓靜不定問題。要求能夠進(jìn)行簡單拉壓靜不定問題的求解，重點為簡單拉壓靜不定問題，難點為靜不定度的判斷和變形協(xié)調(diào)方程的建立。4．*裝配應(yīng)力與熱應(yīng)力，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計概念。第四章扭轉(zhuǎn)(5學(xué)時)1．扭力偶矩和扭矩計算，要求能夠根據(jù)截面法畫出扭矩圖。2．圓軸扭轉(zhuǎn)橫截面的切應(yīng)力、薄壁圓管扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，要求理解圓軸扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力公式的由來和應(yīng)用范圍，能夠計算出圓（包括空心圓）軸的極慣性矩與抗扭截面系數(shù)。3．圓軸扭轉(zhuǎn)強度條件、扭轉(zhuǎn)變形、扭轉(zhuǎn)剛度條件，重點掌握利用圓軸扭轉(zhuǎn)的強度條件、剛度條件設(shè)計圓軸。4．簡單扭轉(zhuǎn)靜不定問題。要求重點掌握簡單扭轉(zhuǎn)靜不定問題的計算，能夠與相應(yīng)的拉壓靜不定問題進(jìn)行比較，難點為靜不定度的判斷和變形協(xié)調(diào)方程的建立。5．非圓截面桿扭轉(zhuǎn)，要求了解開口與閉口薄壁桿的自由扭轉(zhuǎn)規(guī)律。附錄A截面幾何性質(zhì)(1學(xué)時)1．靜矩、慣性矩、慣性積、慣性半徑、主形心軸和主形心慣性矩。要求理解以上概念并能正確計算。2．簡單截面慣性矩和慣性積計算、平行軸定理和轉(zhuǎn)軸公式。掌握組合截面的慣性矩和慣性積計算。第五章彎曲內(nèi)力（5學(xué)時）1．梁的計算簡圖，剪力、彎矩方程和剪力、彎矩圖。要求掌握梁的內(nèi)力符號約定，正確寫出剪力、彎矩方程和畫出剪力、彎矩圖。2．剪力、彎矩與載荷集度間的微分關(guān)系及其應(yīng)用，重點和難點為利用微積分關(guān)系快速、正確畫出剪力、彎矩圖。3．剛架和曲桿的內(nèi)力計算，掌握剛架和曲桿的內(nèi)力符號約定，正確繪制其內(nèi)力圖。剛架和曲桿的內(nèi)力分析為難點。第六章彎曲應(yīng)力(6學(xué)時)1．對稱彎曲和純彎曲概念、彎曲平面假設(shè)、單向受力假設(shè)。重點掌握彎曲正應(yīng)力一般公式。2．彎曲切應(yīng)力，理解彎曲切應(yīng)力的計算方法，掌握矩形截面梁的彎曲切應(yīng)力分布規(guī)律，了解工字形截面梁的彎曲切應(yīng)力分布規(guī)律。3．梁的強度條件，梁的合理強度設(shè)計。要求理解等強度梁的設(shè)計方法，重點為梁的強度條件，難點為脆性材料梁的強度問題。4．雙對稱截面梁的非對稱彎曲，要求能夠找出危險點和進(jìn)行強度計算，難點為危險點的應(yīng)力分析。5.彎拉組合，偏心壓縮。6.*截面核心第七章彎曲變形(5學(xué)時)1．梁的撓度與轉(zhuǎn)角，撓曲軸近似微分方程。2．計算梁位移的積分法。要求正確寫出邊界條件和連續(xù)條件、繪制撓曲軸的大致形狀。難點為分段處的連續(xù)條件、判斷撓曲軸的凹凸性。3．計算梁位移的疊加法。重點和難點為基于疊加法和逐段分析求和法計算梁的位移。4．簡單靜不定梁，梁的剛度條件與合理剛度設(shè)計。重點掌握簡單靜不定梁，難點為找出原靜不定梁的相當(dāng)系統(tǒng)、寫出相應(yīng)的變形協(xié)調(diào)條件。第八章應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)分析(6學(xué)時)1．應(yīng)力狀態(tài)、應(yīng)變狀態(tài)。要求理解以上概念。2．平面應(yīng)力狀態(tài)下應(yīng)力分析。重點掌握平面應(yīng)力狀態(tài)下斜截面應(yīng)力的一般公式，難點為正確寫出公式中要用到的已知條件。3．應(yīng)力圓。重點掌握應(yīng)力圓的繪制和應(yīng)用，難點為應(yīng)用應(yīng)力圓計算平面應(yīng)力狀態(tài)下任意斜截面上的應(yīng)力。4．極值應(yīng)力與主應(yīng)力。重點掌握平面應(yīng)力狀態(tài)的極值應(yīng)力和最大正應(yīng)力所在截面的方位角計算公式，理解主應(yīng)力、主平面微體概念，能夠計算主應(yīng)力、畫出主平面微體和對應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行分類，掌握純剪切狀態(tài)的最大應(yīng)力和圓軸扭轉(zhuǎn)破壞分析。5．復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的最大應(yīng)力。重點掌握三向應(yīng)力圓和計算最大正應(yīng)力、最大切應(yīng)力，確定其方位。難點為最大切應(yīng)力方位的確定。6．平面應(yīng)力狀態(tài)下應(yīng)變分析。理解任意方位的應(yīng)變計算公式，應(yīng)變圓與應(yīng)力圓的對應(yīng)關(guān)系，最大應(yīng)變與主應(yīng)變。7．廣義胡克定律。重點掌握廣義胡克定律，Ｅ、Ｇ、關(guān)系。難點為廣義胡可定律的正確應(yīng)用。8．*復(fù)合材料的應(yīng)力、應(yīng)變關(guān)系，復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)變能與畸變能。第九章強度理論(6學(xué)時)1．強度理論概念，常用的四個強度理論，強度理論的應(yīng)用。要求理解每個強度理論的適用范圍，塑性材料和脆性材料的許用切應(yīng)力與許用正應(yīng)力的關(guān)系，重點掌握單向與純剪切組合應(yīng)力狀態(tài)的強度條件。2．彎扭組合和彎拉（壓）扭組合。重點掌握各組合變形時的應(yīng)力和強度計算。難點為如何判斷桿件的組合變形和分析危險點的應(yīng)力狀態(tài)。3．承壓薄壁圓筒的強度計算。掌握承壓薄壁圓筒的應(yīng)力狀態(tài)，重點掌握薄壁圓筒承受內(nèi)壓和外載荷的強度問題。第十章壓桿穩(wěn)定問題(6學(xué)時)1．兩端鉸支細(xì)長壓桿的臨界載荷。要求理解壓桿穩(wěn)定性概念，重點掌握兩端鉸支細(xì)長壓桿臨界載荷的歐拉公式，了解小撓度理論與理想壓桿模型的實際意義。2．兩端非鉸支細(xì)長壓桿的臨界載荷。重點掌握細(xì)長壓桿臨界載荷一般公式，理解相當(dāng)長度、長度因素概念。3．中、小柔度桿的臨界應(yīng)力。要求理解柔度概念、歐拉公式的應(yīng)用范圍。掌握中柔度桿的經(jīng)驗公式，掌握臨界應(yīng)力總圖。4．壓桿穩(wěn)定條件與合理設(shè)計。重點掌握壓桿穩(wěn)定條件，掌握提高壓桿穩(wěn)定性的措施。第十一章非對稱彎曲與特殊梁（3學(xué)時）*非對稱彎曲。薄壁梁彎曲切應(yīng)力截面剪心3．*復(fù)合梁與夾層梁，曲梁。第十二章能量法（一）（6學(xué)時）外力功、應(yīng)變能與克拉比隆定律。重點掌握外力功與應(yīng)變能的一般表達(dá)式。互等定理。要求重點掌握并靈活應(yīng)用功的互等定理、位移互等定理?？ㄊ隙ɡ?。要求重點掌握卡氏定理并利用該定理計算桿件位移。難點為附加力法。變形體虛功原理。理解可能內(nèi)力，可能位移，內(nèi)虛功，外虛功概念，理解變形體虛功原理。單位載荷法。重點掌握運用單位載荷法計算線性彈性桿或桿系的位移。難點為單位載荷系統(tǒng)的建立。第十三章能量法（二）（2學(xué)時）*梁的橫向剪切變形沖擊應(yīng)力分析。了解沖擊分析的基本假設(shè)，沖擊應(yīng)力的分析方法，重點掌握最大沖擊載荷、最大沖擊位移和最大沖擊應(yīng)力的計算。難點為正確寫出能量守恒定律。*壓桿臨界載荷計算的能量法第十四章靜不定問題分析（6學(xué)時）用力法分析靜不定問題。重點掌握外力靜不定結(jié)構(gòu)分析和內(nèi)力靜不定結(jié)構(gòu)分析。難點為靜不定度的判斷和相當(dāng)系統(tǒng)的選取。對稱與反對稱靜不定問題分析。重點掌握對稱和反對稱靜不定問題，難點是根據(jù)對稱與反對稱載荷作用下對稱結(jié)構(gòu)的變形和內(nèi)力分布特點，如何減少未知多余力的數(shù)目和建立相應(yīng)的變形協(xié)調(diào)條件。靜不定剛架空間受力分析。重點掌握剛架空間受力的對稱和反對稱靜不定問題。難點為根據(jù)對稱與反對稱載荷作用下剛架的變形和內(nèi)力分布特點，如何減少未知多余力的數(shù)目和建立相應(yīng)的變形協(xié)調(diào)條件。*連續(xù)梁與三彎矩方程。第十六章應(yīng)力分析的實驗方法（1學(xué)時）1．應(yīng)變片和轉(zhuǎn)換原理，應(yīng)變的測量和應(yīng)力計算。要求對常見變形確定應(yīng)變片的布置和接線方案并計算應(yīng)力。第十七章疲勞（2學(xué)時）交變應(yīng)力與疲勞破壞，應(yīng)力比。理解疲勞破壞現(xiàn)象和概念，能夠計算最大應(yīng)力、最小應(yīng)力，應(yīng)力幅，循環(huán)特征，了解循環(huán)應(yīng)力的類型。S-N曲線與材料的疲勞極限。了解S-N曲線，疲勞壽命，疲勞極限，持久極限。了解影響構(gòu)件疲勞極限的主要因素。三、課內(nèi)外教學(xué)環(huán)節(jié)及基本要求習(xí)題及討論課、總復(fù)習(xí)(10學(xué)時)本課程共中理論課80(理論)+18學(xué)時（實驗）。課堂教學(xué)以教師講授為主，結(jié)合多媒體、板書等教學(xué)方法講解；實驗課：除演示實驗外，要求學(xué)生動手完成實驗，并提交實驗報告；課外：要求學(xué)生2倍的上課時間進(jìn)行復(fù)習(xí)及作作業(yè)，加深對所學(xué)內(nèi)容的理解，第二學(xué)期課程結(jié)束后，自愿根據(jù)所學(xué)內(nèi)容結(jié)合生活、工程實際提交小論文。第一學(xué)期：理論課36學(xué)時（第6周開始，平均每周3學(xué)時），實驗課8學(xué)時。第二學(xué)期：理論課44學(xué)時（平均每周3學(xué)時），實驗課10學(xué)時。附：實驗內(nèi)容（教學(xué)課件和詳細(xì)內(nèi)容請見“其它資源”）：電測法基本原理和貼片實驗。（2學(xué)時）了解電測法的基本原理；了解應(yīng)變片的基本構(gòu)造和特點；學(xué)習(xí)應(yīng)變片的貼片方法。材料在軸向拉伸、壓縮和扭轉(zhuǎn)時的力學(xué)性能實驗。（2學(xué)時）觀察低碳鋼在拉伸時的各種現(xiàn)象，并測定低碳鋼在拉伸時的屈服極限，強度極限，延伸率δ和斷面收縮率；觀察鑄鐵在軸向拉伸時的各種現(xiàn)象；觀察低碳鋼和鑄鐵在軸向壓縮過程中的各種現(xiàn)象；觀察低碳鋼和鑄鐵在扭轉(zhuǎn)時的各種現(xiàn)象；掌握微控電子萬能試驗機的操作方法。材料彈性常數(shù)E、μ的測定。（2學(xué)時）測量金屬材料的彈性模量E和泊松比μ；驗證單向受力虎克定律；學(xué)習(xí)電測法的基本原理和電阻應(yīng)變儀的基本操作。材料切變模量G的測定。（2學(xué)時）兩種方法測定金屬材料的切變模量G；驗證圓軸扭轉(zhuǎn)時的虎克定律。直梁彎曲實驗。（2學(xué)時）用電測法測定純彎時梁橫截面上的正應(yīng)變分布規(guī)律，并與理論計算結(jié)果進(jìn)行比較。用電測法測定三點彎梁某一橫截面上的正應(yīng)變分布與最大切應(yīng)變，并與理論計算結(jié)果進(jìn)行比較。學(xué)習(xí)電測法的多點測量方法。梁變形實驗。（2學(xué)時）簡支梁在跨度中點承受集中載荷P，測定梁最大撓度和支點處轉(zhuǎn)角，并與理論值比較；驗證位移互等定理；測定簡支梁跨度中點受載時的撓曲線；利用貼有應(yīng)變片的懸臂梁裝置，確定金屬塊的質(zhì)量。彎扭組合實驗。（2學(xué)時）用電測法測定平面應(yīng)力狀態(tài)下一點處的主應(yīng)力大小和主平面的方位角；測定圓軸上貼有應(yīng)變片截面上的彎矩和扭矩；學(xué)習(xí)電阻應(yīng)變花的應(yīng)用。偏心拉伸實驗。（2學(xué)時）測量試件在偏心拉伸時橫截面上的最大正應(yīng)變；測定中碳鋼材料的彈性模量E；測定試件的偏心距e；光彈性實驗(演示)。（0.5學(xué)時）了解平面光彈性法的基本原理，了解光彈性法的主要優(yōu)缺點及其在實驗應(yīng)力分析中的應(yīng)用；了解透射式光彈儀的結(jié)構(gòu)，了解平面偏振光場、圓偏振光場、暗場、亮場的光路構(gòu)成及其在光彈性法中的作用；觀察梁在四點彎曲（純彎曲）時的等差線、等傾線光學(xué)圖像，以驗證梁的彎曲理論，加深對理論知識的理解；觀察中間開有圓孔的板試件在單向拉伸時孔邊等差線光學(xué)圖像，加深對應(yīng)力集中現(xiàn)象的認(rèn)識，了解孔邊應(yīng)力集中系數(shù)的測定方法。疲勞實驗(演示)。（0.5學(xué)時）了解疲勞試驗機的結(jié)構(gòu)和基本原理；觀察疲勞失效現(xiàn)象和斷口特征，了解影響結(jié)構(gòu)疲勞壽命的主要因素；了解測定材料疲勞極限的方法。實驗綜合測試。（1學(xué)