《工程力學(xué)Ⅰ》課程教學(xué)大綱

《工程力學(xué)Ⅰ》課程教學(xué)大綱課程編號：125111學(xué)分：4(4學(xué)時(shí)/周)總學(xué)時(shí)：68大綱執(zhí)筆人：陳潔大綱審核人：王斌耀課程性質(zhì)與目的工程力學(xué)（Ⅰ）（包括靜力學(xué)、材料力學(xué)兩部分）是土木工程專業(yè)的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，它是各門后續(xù)課程的基礎(chǔ)，并在許多工程技術(shù)領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。本課程的目的是使學(xué)生掌握靜力學(xué)中一般力系的簡化與平衡問題的分析介紹方法；掌握材料力學(xué)中構(gòu)件在拉、壓、剪切、扭轉(zhuǎn)和彎曲時(shí)的強(qiáng)度與剛度問題的分析計(jì)算方法，構(gòu)件在組合變形時(shí)的強(qiáng)度與剛度問題的分析計(jì)算方法，以及構(gòu)件在受壓時(shí)穩(wěn)定性問題的分析計(jì)算方法等；掌握材料的基本力學(xué)性能和基本的材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)方法；初步學(xué)會應(yīng)用基本概念、基本理論和基本分析方法去分析問題和解決問題，為學(xué)習(xí)一系列后繼課程打好必要的基礎(chǔ)。同時(shí)結(jié)合本課程的特點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生分析、解決工程實(shí)際問題的能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。課程基本要求1、掌握力的概念、力的投影和力矩的計(jì)算；2、掌握力系簡化的方法和一般的簡化結(jié)果；3、掌握剛體靜力學(xué)的平衡條件和平衡方程；4、對材料力學(xué)的基本概念和基本的分析方法有明確的認(rèn)識。5、具有將簡單受力桿件簡化為力學(xué)簡圖的初步能力，具有力學(xué)建模的初步概念與能力。6、能熟練地做出桿件在基本變形下的內(nèi)力圖、計(jì)算其應(yīng)力和位移、并進(jìn)行強(qiáng)度和剛度計(jì)算。7、對應(yīng)力狀態(tài)理論和強(qiáng)度理論有明確的認(rèn)識，并能將其應(yīng)用于組合變形下桿件的強(qiáng)度計(jì)算。8、理解掌握簡單超靜定問題的求解方法。9、對能量法的有關(guān)基本原理有明確認(rèn)識，并熟練地掌握一種計(jì)算位移的能量方法。10、對壓桿的穩(wěn)定性概念有明確的認(rèn)識，能熟練計(jì)算軸向受壓桿的臨界載荷與臨界應(yīng)力，并進(jìn)行穩(wěn)定性校核等計(jì)算。11、掌握質(zhì)點(diǎn)系的質(zhì)心、剛體的轉(zhuǎn)動慣量、慣性積、慣性主軸和慣性積的平行移軸公式；掌握截面的靜矩，形心的位置，慣性矩和慣性積及它們的平行移軸公式，轉(zhuǎn)軸公式。組合截面的慣性矩、慣性積計(jì)算，截面的形心主慣性軸和形心主慣性矩的計(jì)算11、對于常用材料在常溫下的基本力學(xué)性能及其測試方法有初步認(rèn)識。12、對于電測實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析的基本原理、方法和實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)有初步認(rèn)識。課程基本內(nèi)容緒論剛體靜力學(xué)基本概念與力系簡化力學(xué)中的矢量的概念及其表示、運(yùn)算方法靜力學(xué)公理及其推論基本力系的簡化平行分布力空間任意力系的簡化與物體的受力分析空間任意力系的簡化約束與約束力物體系統(tǒng)的受力分析力系的平衡、靜定與超靜定的概念平衡方程的解析形式物體系統(tǒng)的平衡問題靜定與超靜定的概念靜力學(xué)應(yīng)用問題桁架質(zhì)量幾何和面積幾何第五章軸向拉壓1、拉壓桿橫截面與斜截面上的應(yīng)力圣維南原理2、拉壓桿的強(qiáng)度條件3、材料在常溫、靜荷下的拉、壓力學(xué)性能4、拉壓桿的變形胡克定律彈性模量與泊松比桁架的節(jié)點(diǎn)位移5、簡單拉壓靜不定問題。第六章剪切1、剪切名義應(yīng)力擠壓名義應(yīng)力許用應(yīng)力2．剪切與擠壓的實(shí)用計(jì)算3、連接件的實(shí)用計(jì)算接頭的強(qiáng)度計(jì)算。第七章扭轉(zhuǎn)1、軸的動力傳遞圓軸扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力薄壁圓筒扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件。2、切應(yīng)力互等定理剪切胡克定律剪切彈性模量3、圓軸扭轉(zhuǎn)變形扭轉(zhuǎn)剛度條件4、簡單扭轉(zhuǎn)超靜定問題矩形截面桿扭轉(zhuǎn)第八章彎曲內(nèi)力1、梁的計(jì)算簡圖剪力、彎矩方程和剪力、彎矩圖2、剪力、彎矩與載荷集度間的微分關(guān)系及其應(yīng)用剛架和曲桿的內(nèi)力。第九章彎曲應(yīng)力1、平面彎曲概念2、梁的彎曲正應(yīng)力及強(qiáng)度條件3、彎曲切應(yīng)力及強(qiáng)度條件4、剪切中心5、等強(qiáng)度梁、復(fù)合梁6、梁的合理強(qiáng)度設(shè)計(jì)第十章彎曲變形1、梁的撓度與轉(zhuǎn)角撓曲線近似微分方程2、計(jì)算梁變形的積分法和迭加法3、簡單超靜定梁梁的剛度條件與合理剛度設(shè)計(jì)。第十一章應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)分析和強(qiáng)度理論1、應(yīng)力狀態(tài)平面應(yīng)力狀態(tài)下應(yīng)力、應(yīng)變分析2、應(yīng)力圓主應(yīng)力和主平面概念3、三向應(yīng)力狀態(tài)下的最大應(yīng)力廣義胡克定律4、復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)變能與畸變能。5、強(qiáng)度理論概念常用的四個強(qiáng)度理論莫爾強(qiáng)度理論強(qiáng)度理論的應(yīng)用6、平面應(yīng)變狀態(tài)應(yīng)變測量第十二章組合變形1、組合變形問題的分析方法2、斜彎曲拉（壓）與彎曲的組合3、偏心拉壓截面核心4、彎曲與扭轉(zhuǎn)的組合。5、薄壁壓力容器第十三章能量法外力功與應(yīng)變能的一般表達(dá)式功的互等定理位移互等定理3、單位載荷法。4、卡氏第一、第二定理及應(yīng)用第十四章壓桿穩(wěn)定問題1、壓桿穩(wěn)定性概念兩端較支細(xì)長壓桿臨界載荷的歐拉公式兩端非鉸支細(xì)長壓桿的臨界載荷長度系數(shù)與柔度2、歐拉公式的應(yīng)用范圍中柔度桿臨界應(yīng)力的經(jīng)驗(yàn)公式臨界應(yīng)力總圖3、壓桿穩(wěn)定性計(jì)算提高壓桿穩(wěn)定性的措施。實(shí)驗(yàn)或上機(jī)內(nèi)容（單獨(dú)設(shè)課）低碳鋼與鑄鐵的拉伸與壓縮實(shí)驗(yàn)低碳鋼與鑄鐵的扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)梁的彎曲正應(yīng)力測定彎扭組合變形實(shí)驗(yàn)壓桿穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)前修課程要求先修課程：高等數(shù)學(xué)學(xué)時(shí)分配序號內(nèi)容學(xué)時(shí)安排小計(jì)理論課時(shí)實(shí)驗(yàn)課時(shí)習(xí)題課時(shí)上機(jī)課時(shí)1緒論112靜力學(xué)基本概念223空間力系簡化與物體受力分析444力系平衡4265靜力學(xué)應(yīng)用問題226軸向拉伸與壓縮6287剪切228扭轉(zhuǎn)4159彎曲內(nèi)力422810期中考試2211彎曲應(yīng)力4412彎曲變形42613應(yīng)力狀態(tài)與強(qiáng)度理論4414組合變形41515能量法2216壓桿穩(wěn)定41517機(jī)動22總計(jì)557668注：實(shí)驗(yàn)單獨(dú)設(shè)課。七、教材與主要參考書教材：《材料力學(xué)》（第2版）同濟(jì)大學(xué)航空航天與力學(xué)學(xué)院基礎(chǔ)力學(xué)教研部編，同濟(jì)大學(xué)出版社2010.《材料力學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)》同濟(jì)大學(xué)基礎(chǔ)力學(xué)教研室編同濟(jì)大學(xué)出版社2002.《理論力學(xué)》同濟(jì)大學(xué)航空航天與力學(xué)學(xué)院基礎(chǔ)力學(xué)教學(xué)研究部編，同濟(jì)大學(xué)出版社出版。2005年2月主要參考書：1.《材料力學(xué)》（宋子康、蔡文安編），同濟(jì)大學(xué)出版社出版，1998；2.《材料力學(xué)》（第3版）（單輝祖），高等教育出版社出版，2010；3.《工程力學(xué)教程》（范欽珊等編），高等教育出版社，1998；4.《理論力學(xué)》（第3版）劉延柱、朱本華、楊海興，高等教育出版社，2009。5.《理論力學(xué)》（第2版）武清璽徐鑒主編，高等教育出版社，2010.注：2.、3.、5.為國家十一五規(guī)劃教材。

《工程力學(xué)Ⅱ》課程教學(xué)大綱課程編號：12511200學(xué)分：3（3學(xué)時(shí)/周）總學(xué)時(shí)：51大綱執(zhí)筆人：溫建明大綱審核人：王斌耀一、課程性質(zhì)與目的本課程適用土木工程類專業(yè)，以及工程力學(xué)等相關(guān)專業(yè)?！豆こ塘W(xué)Ⅱ》是工科相關(guān)專業(yè)的一門技術(shù)基礎(chǔ)課。通過教學(xué)，學(xué)生應(yīng)具有《工程力學(xué)Ⅱ》的基礎(chǔ)知識，能求解多物體運(yùn)動機(jī)構(gòu)的分析和多自由度系統(tǒng)的動力學(xué)問題；并具有從身邊的力學(xué)問題中，建立初步的力學(xué)模型進(jìn)行定性分析和研究的能力。同時(shí)還應(yīng)為結(jié)構(gòu)力學(xué)、結(jié)構(gòu)動力學(xué)等課程提供必要的基礎(chǔ)知識。二、課程基本要求靜力學(xué)應(yīng)用問題掌握滑動摩擦的概念，會計(jì)算含有摩擦的平衡問題；了解滾動摩阻的概念。（二）運(yùn)動學(xué)1、掌握從各種坐標(biāo)系直接描述點(diǎn)的運(yùn)動；2、掌握剛體的基本運(yùn)動中的移動（平動）和定軸轉(zhuǎn)動的運(yùn)動描述，以及體上一點(diǎn)的運(yùn)動描述；3、掌握平面運(yùn)動剛體的運(yùn)動描述，以及體上一點(diǎn)的運(yùn)動描述；4、熟悉自由度、廣義坐標(biāo)的概念，掌握廣義坐標(biāo)的取法。（三）動力學(xué)1、掌握動力學(xué)基本定理的微分形式和積分形式，以及動力學(xué)中的已知運(yùn)動求力和已知力求運(yùn)動的問題求解方法；2、掌握慣性力系的簡化方法和結(jié)果，以及將動力學(xué)問題從形式上轉(zhuǎn)變成靜力學(xué)問題的表達(dá)方法；3、熟悉虛位移的概念，掌握用虛位移方法求解靜定系統(tǒng)的平衡問題；4、掌握動力學(xué)普遍方程的兩種表達(dá)形式，掌握第一類拉格朗日方程、哈密頓原理5、理解動載荷中的動荷系數(shù)和交變應(yīng)力中的疲勞破壞、持久極限等基本概念，會計(jì)算桿件承受沖擊載荷時(shí)的應(yīng)力和變形。三、課程基本內(nèi)容（一）靜力學(xué)應(yīng)用問題（摩擦）（1）靜滑動摩擦和動滑動摩擦，庫侖定律，計(jì)算含有摩擦的平衡問題；（2）了解滾動摩阻的概念。（二）運(yùn)動學(xué)1.序言（1）了解從不同的坐標(biāo)來描述運(yùn)動的方法；（2）理解運(yùn)動的相對性。2.點(diǎn)的運(yùn)動學(xué)（1）掌握在各種坐標(biāo)坐標(biāo)系中列寫點(diǎn)的運(yùn)動方程的方法；（2）掌握運(yùn)動方程與速度、加速度之間的關(guān)系；（3）了解極坐標(biāo)、柱坐標(biāo)和球坐標(biāo)研究點(diǎn)的運(yùn)動的方法。3.剛體的基本運(yùn)動（1）掌握移動剛體的特征；（2）掌握移動剛體上各點(diǎn)的速度之間的關(guān)系、加速度之間的關(guān)系；（3）掌握定軸轉(zhuǎn)動剛體的運(yùn)動方程、角速度方程和角加速度的方程；（4）掌握定軸轉(zhuǎn)動剛體上一點(diǎn)的速度和加速度的計(jì)算；（5）了解定軸轉(zhuǎn)動剛體上一點(diǎn)的速度和加速度的矢量表示。4.剛體的平面運(yùn)動（1）掌握平面運(yùn)動剛體的運(yùn)動方程；（2）掌握平面運(yùn)動剛體上二點(diǎn)之間的速度關(guān)系、二點(diǎn)之間的加速度的關(guān)系；（3）掌握求解速度的三種方法；（4）掌握求解加速度的基點(diǎn)法。5.熟悉自由度、廣義坐標(biāo)的概念，掌握廣義坐標(biāo)的取法。（三）動力學(xué)1.序言（1）掌握慣性參照系的概念；（2）理解古典力學(xué)適用的范圍。2.動量定理（1）掌握質(zhì)點(diǎn)動量的微分形式，能列寫質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的微分方程；（2）掌握質(zhì)心運(yùn)動定理（質(zhì)點(diǎn)系運(yùn)動微分方程）；（3）理解穩(wěn)定流情況的動約束力公式。3.動量矩定理（1）掌握質(zhì)點(diǎn)系對固定點(diǎn)動量矩定理的微分形式；（2）了解對任意動點(diǎn)的動量矩定理的微分形式，掌握質(zhì)點(diǎn)系對質(zhì)心點(diǎn)動量矩定理的微分形式；（3）掌握剛體平面運(yùn)動微分方程。4.動能定理（1）掌握變力的元功和變力功的定義式；（2）熟悉幾種常見力的功的表達(dá)式；（3）掌握質(zhì)點(diǎn)系動能的表達(dá)形式——柯尼希定理，熟悉移動剛體、定軸轉(zhuǎn)動剛體和平面運(yùn)動剛體的動能表達(dá)形式；（4）掌握質(zhì)點(diǎn)系動能定理的積分形式，了解質(zhì)點(diǎn)系動能定理的微分形式；（5）理解有勢力的勢能與功的關(guān)系，掌握幾種常見有勢力的勢能的列寫；（6）掌握動力學(xué)基本定理的綜合應(yīng)用。5.達(dá)朗貝爾原理（1）掌握質(zhì)點(diǎn)的達(dá)朗貝爾原理和質(zhì)點(diǎn)系的達(dá)朗貝爾原理；（2）掌握質(zhì)點(diǎn)系的慣性力系的簡化，能列寫移動剛體、定軸轉(zhuǎn)動剛體和平面運(yùn)動剛體的慣性力系的表達(dá)式；（3）能用達(dá)朗貝爾原理求解被約束物體的運(yùn)動和力。6.虛位移原理（1）理解虛位移的定義，會計(jì)算虛位移；（2）熟悉虛位移原理的兩種表達(dá)形式和其適用性；（3）能用虛位移原理求靜力學(xué)的平衡問題。7.第一類拉格朗日方程、哈密頓原理（1）熟悉動力學(xué)普遍方程的表達(dá)形式；（2）掌握第一類格朗日方程；（3）掌握哈密頓原理。8.動載荷（1）掌握構(gòu)件作等加速運(yùn)動或等速轉(zhuǎn)動時(shí)的動應(yīng)力計(jì)算（2）熟悉構(gòu)件受沖擊時(shí)的應(yīng)力和變形計(jì)算動荷系數(shù)（3）了解提高構(gòu)件抗沖擊能力的措施四、實(shí)驗(yàn)或上機(jī)內(nèi)容綜合實(shí)驗(yàn)：轉(zhuǎn)動慣量的測定，根據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置推導(dǎo)轉(zhuǎn)動慣量的計(jì)算公式，測試公式中所需要的參數(shù)，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。五、能力培養(yǎng)與人格養(yǎng)成教育通過本課程階段的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握正確的學(xué)習(xí)方法、建立和掌握一定的力學(xué)知識，提高學(xué)生邏輯思維能力，建立學(xué)生分析和解決實(shí)際工程中力學(xué)問題的能力；六、前修課程要求高等數(shù)學(xué)、微分方程、線性代數(shù)、工程力學(xué)Ⅰ評價(jià)與考核根據(jù)所掌握本課程的專業(yè)知識通過課程期中、期末考試、平時(shí)作業(yè)成績、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、課程論文和多種實(shí)踐成果等進(jìn)行綜合評價(jià)。

學(xué)時(shí)分配序號內(nèi)容學(xué)時(shí)安排小計(jì)理論課時(shí)實(shí)驗(yàn)課時(shí)習(xí)題課時(shí)上機(jī)課時(shí)1摩擦224運(yùn)動學(xué)概述，點(diǎn)的運(yùn)動學(xué)222剛體的基本運(yùn)動223剛體平面運(yùn)動4264約束、自由度與廣義坐標(biāo)115動力學(xué)基本方程226動量定理227動量矩定理448動能定理2249動力學(xué)實(shí)驗(yàn)2210分析力學(xué)基礎(chǔ)、質(zhì)系達(dá)氏原理4411虛位移原理4412動力學(xué)普遍方程和拉格朗日方程（第1類）、哈密頓原理4413動荷載3314期中考試2215機(jī)動（長假沖課）22總計(jì)424450教材與主要參考書1.《理論力學(xué)》同濟(jì)大學(xué)航空航天與力學(xué)學(xué)院基礎(chǔ)力學(xué)教學(xué)研究部編，同濟(jì)大學(xué)出版社，2005.2.《理論力學(xué)》（第3版）劉延柱楊海興朱本華編，高等教育出版社,2009.3.《理論力學(xué)》（第2