《工程力學(xué)》課程教學(xué)大綱

《工程力學(xué)》課程教學(xué)大綱課程中英文名稱：工程力學(xué)（EngineeringMechanics）課程編碼：102226001課程性質(zhì)：專業(yè)基礎(chǔ)必修課適用專業(yè)：紡織工程（卓越）學(xué)時數(shù)：32；其中：理論學(xué)時：32；實(shí)踐學(xué)時：0；機(jī)動學(xué)時：0；學(xué)分?jǐn)?shù)：2；一、課程簡介（一）課程教學(xué)目的與任務(wù)課程性質(zhì)：工程力學(xué)（EngineeringMechanics）是涉及眾多的力學(xué)學(xué)科分支與廣泛的工程技術(shù)的學(xué)科，在工程專業(yè)培養(yǎng)過程中是一門由基礎(chǔ)理論課過渡到工程設(shè)計(jì)課程的技術(shù)基礎(chǔ)課，并在許多工程技術(shù)領(lǐng)域中有著廣泛的運(yùn)用，是一門具有工程背景的學(xué)科。顧名思義，工程力學(xué)是既與工程又與力學(xué)密切相關(guān)的課程。作為高等理工科學(xué)校的一門技術(shù)基礎(chǔ)課，工程力學(xué)涵蓋了理論力學(xué)和材料力學(xué)兩門課程的主要經(jīng)典內(nèi)容。教學(xué)目的：本課程作為原“靜力學(xué)”和“材料力學(xué)”的融合，通過教學(xué)活動培養(yǎng)學(xué)生研究兩類問題：一類是研究物體的機(jī)械，研究作用在物體上的力和平衡之間的關(guān)系；另一類是研究物體的變形，研究作用在物體上的力和變形之間的關(guān)系，為學(xué)習(xí)有關(guān)的后續(xù)課程打好必要的基礎(chǔ)，并使學(xué)生初步學(xué)會應(yīng)用工程力學(xué)的理論和方法解決一些簡單的工程管理實(shí)際問題。課程任務(wù)：本課程的任務(wù)是使學(xué)生掌握剛體機(jī)械運(yùn)動主要是平衡的構(gòu)件最普遍、最基本的規(guī)律和研究方法，使學(xué)生對桿件的強(qiáng)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。培養(yǎng)學(xué)生的力學(xué)素質(zhì)和定性、定量分析能力，為學(xué)習(xí)有關(guān)專業(yè)課程及進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和科學(xué)研究的后續(xù)課程打好必要的基礎(chǔ)，并使學(xué)生初步學(xué)會應(yīng)用工程力學(xué)的理論和方法解決一些簡單的工程管理中的實(shí)際問題。（二）課程教學(xué)的總體要求教學(xué)要求：對構(gòu)件的平衡的規(guī)律有較系統(tǒng)全面的了解，掌握相關(guān)的基本概念、基本理論和基本方法及其應(yīng)用，結(jié)合課程學(xué)習(xí)對學(xué)生的邏輯思維能力、抽象化能力、文字和圖像表達(dá)能力及數(shù)字計(jì)算能力等加以培養(yǎng)。對材料力學(xué)的基本概念和基本分析方法有明確的認(rèn)識，具有將桿類構(gòu)件簡化為力學(xué)簡圖的初步能力，能分析桿件的內(nèi)力，并繪出相應(yīng)的內(nèi)力圖，能分析桿件的應(yīng)力、位移，進(jìn)行強(qiáng)度和剛度計(jì)算，并會處理簡單的一次超靜定問題，對應(yīng)力狀態(tài)理論與強(qiáng)度理論有初步的認(rèn)識，并了解組合變形下桿件的強(qiáng)度計(jì)算方法。具體來說有以下要求:1、熟悉各種常見約束的性質(zhì)，對簡單的物體系統(tǒng)，能熟練地取分離體并畫出受力圖。2、熟悉力、力矩和力偶等基本概念及其性質(zhì)。3、能應(yīng)用力系的平衡條件和平衡方程求解單個物體和簡單物體系統(tǒng)的平衡問題。4、對材料力學(xué)的基本理論、基本概念和基本分析方法有明確的認(rèn)識。5、能夠熟練地分析與計(jì)算桿件在拉、壓、剪、扭、彎時的內(nèi)力，繪制相應(yīng)的內(nèi)力圖。6、能夠熟練地分析與計(jì)算桿件在基本變形下的應(yīng)力和變形，并進(jìn)行相應(yīng)的強(qiáng)度和剛度計(jì)算。7、了解組合變形情況下的強(qiáng)度計(jì)算方法。（三）課程的內(nèi)容本課程教學(xué)內(nèi)容一個學(xué)期完成，第一部分是靜力學(xué)教學(xué)內(nèi)容，第二部分是材料力學(xué)教學(xué)內(nèi)容，各部分教學(xué)內(nèi)容如下:工程力學(xué)Ⅰ（靜力學(xué)）1靜力學(xué)基礎(chǔ)2力系的簡化3靜力學(xué)平衡問題工程力學(xué)Ⅱ（材料力學(xué)）4材料力學(xué)的基本概念5軸向拉伸和壓縮6圓軸扭轉(zhuǎn)7彎曲強(qiáng)度8彎曲剛度9組合受力與變形桿件的強(qiáng)度計(jì)算（四）先修課程及后續(xù)課程本課程是一門理論性和實(shí)踐性較強(qiáng)的技術(shù)基礎(chǔ)課，是許多工程專業(yè)從專業(yè)基礎(chǔ)課程向?qū)I(yè)設(shè)計(jì)課程過渡的重要橋梁，先修課程為高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理。學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程之前，應(yīng)掌握的數(shù)學(xué)知識有：解析幾何、矢量代數(shù)的基本運(yùn)算、簡單函數(shù)和復(fù)合函數(shù)的導(dǎo)數(shù)、微分和偏導(dǎo)數(shù)、定積分和不定積分、線積分的概念、一元函數(shù)的極值、二階常系數(shù)線性微分方程的求解等。本課程又為后續(xù)彈性力學(xué)、彈塑性力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)等力學(xué)課程和專業(yè)基礎(chǔ)課程提供理論基礎(chǔ)。二、課程教學(xué)總體安排（一）學(xué)時分配建議表學(xué)時分配建議表課程內(nèi)容教學(xué)環(huán)節(jié)講課習(xí)題課實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)工程力學(xué)Ⅰ（靜力學(xué)）靜力學(xué)基礎(chǔ)6力系的簡化2靜力學(xué)平衡問題4小計(jì)12工程力學(xué)Ⅱ（材料力學(xué)）材料力學(xué)的基本概念2軸向拉伸與壓縮4圓軸扭轉(zhuǎn)4彎曲強(qiáng)度4彎曲剛度2組合受力與變形桿件的強(qiáng)度計(jì)算4小計(jì)20總計(jì)（學(xué)時）32根據(jù)具體課時可適當(dāng)刪減教學(xué)內(nèi)容（二）推薦教材及參考書目1．推薦教材：《工程力學(xué)》范欽珊編著高等教育出版社。2004年《工程力學(xué)》第一版上?？萍汲霭嫔缬跇s賢主編2011年2．參考書目：《工程力學(xué)》陳傳堯編著高等教育出版社2007年《工程力學(xué)》（靜力學(xué)和材料力學(xué)）單輝祖、謝傳鋒編著高等教育出版社2004年《工程力學(xué)教程》（第二版）西南交通大學(xué)應(yīng)用力學(xué)與工程系編高等教育出版社2009年《工程力學(xué)》張秉榮主編機(jī)械工業(yè)出版社2011年（三）課程考核方式1．考核方式：考查2．成績構(gòu)成：筆試成績(70%)＋作業(yè)成績(20%)＋考勤與課堂表現(xiàn)(10%)+實(shí)驗(yàn)成績(0%)。三、課程教學(xué)內(nèi)容和基本要求第一篇靜力學(xué)（一）靜力學(xué)基礎(chǔ)（6學(xué)時）1．教學(xué)目的介紹靜力學(xué)公理和物體的受力分析，為理論力學(xué)后面的章節(jié)乃至材料力學(xué)等后續(xù)力學(xué)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。2.教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)（1）教學(xué)重點(diǎn)：物體的受力分析（2）教學(xué)難點(diǎn)：約束的特性物體的受力分析時，隔離體的選取3.教學(xué)方法多媒體課件課堂教學(xué)。4.教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)力和力矩一、力的概念二、作用在剛體上的力的效應(yīng)和力的可傳性三、力對點(diǎn)之矩四、力系的概念五、合力矩定理第二節(jié)力偶及其性質(zhì)一、力偶二、力偶的性質(zhì)三、力偶及其合成第三節(jié)約束與約束力一、約束與約束力的概念二、繩索約束與帶約束三、光滑面約束四、光滑鉸鏈約束五、滑動軸承與止推軸承第四節(jié)平衡的概念一、二力平衡與二力構(gòu)件二、不平行的三力平衡條件三、加減平衡力系原理第五節(jié)受力分析方法與過程一、受力分析概述二、受力圖的繪制方法應(yīng)用舉例5.教學(xué)要求（1）掌握力、剛體、平衡的概念，掌握力矩的概念、合力矩定理和力偶、力偶矩的概念和性質(zhì)，（2）熟練掌握各種約束及約束反力的特點(diǎn)及其表示方法，學(xué)會正確判定二力桿。（3）逐漸掌握三力平衡在畫圖中的應(yīng)用。能夠迅速正確地畫出各種受力圖。（二）力系的簡化（2學(xué)時）1.教學(xué)目的運(yùn)用力向一點(diǎn)的簡化方法來研究平面一般力系向一點(diǎn)的簡化2.教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)（1）教學(xué)重點(diǎn)：主矢和主矩概念的理解；主矢、主矩以及力系合成的最后結(jié)果。（2）教學(xué)難點(diǎn)：主矢和主矩概念的理解3.教學(xué)方法多媒體課件課堂教學(xué)。4.教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)力系等效與簡化的概念一、力系的主矢與主矩二、等效的概念三、簡化的概念第二節(jié)力系的簡化基礎(chǔ)——力向一點(diǎn)平移定理第三節(jié)平面力系的簡化一、平面匯交力系與平面力偶系的合成結(jié)果二、平面一般力系向一點(diǎn)簡化三、平面力系的簡化結(jié)果第四節(jié)固定端約束的約束力5.教學(xué)要求：（1）掌握平面任意力系的簡化及其結(jié)果（2）掌握固定端約束的特點(diǎn)及約束力。（三）靜力學(xué)平衡問題（4學(xué)時）1.教學(xué)目的運(yùn)用力系向一點(diǎn)的簡化結(jié)果來研究力系的平衡問題。2.教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)（1）教學(xué)重點(diǎn)：應(yīng)用平衡方程求解物體的平衡問題了解空間力系的平衡問題。（2）教學(xué)難點(diǎn)：空間力系的計(jì)算時，力矩和投影的計(jì)算3.教學(xué)方法多媒體課件課堂教學(xué)。4.教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)平面力系的平衡條件與平衡方程一、平面一般力系的平衡條件與平衡方程二、平面一般力系平衡方程的其他形式三、平面匯交力系和平面平行力偶系的平衡方程第二節(jié)簡單的空間力系平衡問題一、力對軸之矩二、空間力系的簡化三、空間力系的平衡條件5.教學(xué)要求（1）掌握平面力系平衡條件的各種表達(dá)方式（2）熟練掌握各種平衡條件的應(yīng)用（3）學(xué)會處理剛體系統(tǒng)平衡的基本方法（4）掌握空間力系平衡計(jì)算的兩種方法第二篇材料力學(xué)（四）材料力學(xué)的基本概念（2學(xué)時）1.教學(xué)目的介紹材料力學(xué)的任務(wù)，研究方法，基本研究條件（基本假設(shè)），研究對象，桿件變形的基本形式，使學(xué)生對本課程有粗淺的了解。2.教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)（1）教學(xué)重點(diǎn)：強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性的概念變形固體的基本假設(shè)；彈性變形和塑性變形的概念內(nèi)力、截面法、應(yīng)力、應(yīng)變的概念。（2）教學(xué)難點(diǎn)：截面法求內(nèi)力3.教學(xué)方法多媒體課件課堂教學(xué)。4.教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)關(guān)于材料力學(xué)的基本概念一、均勻連續(xù)性假定二、各向同性假定三、小變形假定第二節(jié)彈性桿件的內(nèi)力與外力一、外力二、內(nèi)力與內(nèi)力分量三、截面法第三節(jié)彈性體受力與變形特點(diǎn)第四節(jié)桿件橫截面上的應(yīng)力一、正應(yīng)力與切應(yīng)力定義二、應(yīng)力與內(nèi)力分量之間的關(guān)系第五節(jié)正應(yīng)變與切應(yīng)變第六節(jié)線彈性材料的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系第七節(jié)桿件受力與變形的基本形式一、拉伸與壓縮二、剪切三、扭轉(zhuǎn)四、平面彎曲五、組合受力與變形5.教學(xué)要求（1）了解課程的性質(zhì)、任務(wù)和研究對象（2）建立構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等基本概念（3）建立變形固體概念，理解并牢記其基本假設(shè)（4）掌握截面法計(jì)算內(nèi)力的方法和步驟（5）了解材料彈性變形和塑性變形的基本特征（6）了解桿件的基本變形形式（五）軸向拉伸與壓縮（4學(xué)時）1.教學(xué)目的研究軸向拉（壓）桿件變形特點(diǎn)、條件，內(nèi)力、應(yīng)力、變形和應(yīng)變的計(jì)算，研究材料的力學(xué)性能，許用應(yīng)力，安全系數(shù)，建立軸向拉壓的強(qiáng)度條件。2.教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)（1）教學(xué)重點(diǎn)：拉（壓）桿的內(nèi)力、內(nèi)力圖和應(yīng)力的概念及計(jì)算材料在拉伸和壓縮時的力學(xué)性質(zhì)許用應(yīng)力的概念和強(qiáng)度條件拉壓桿的變形計(jì)算。（2）教學(xué)難點(diǎn)：變截面桿拉（壓）變形的計(jì)算材料力學(xué)性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)測量及工程應(yīng)用。3.教學(xué)方法多媒體課件課堂教學(xué)。4.教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)軸力與軸力圖第二節(jié)拉壓桿件的應(yīng)力與變形一、應(yīng)力計(jì)算二、變形計(jì)算第三節(jié)拉壓桿件的強(qiáng)度計(jì)算一、強(qiáng)度條件、安全因數(shù)與許用應(yīng)力二、三類強(qiáng)度計(jì)算問題三、強(qiáng)度計(jì)算舉例第四節(jié)拉伸與壓縮時材料的力學(xué)性能一、材料拉伸時的應(yīng)力—應(yīng)變曲線二、韌性材料拉伸時的力學(xué)性能三、脆性材料拉伸時的力學(xué)性能四、強(qiáng)度失效概念與極限應(yīng)力五、壓縮時材料的力學(xué)性能5.教學(xué)要求（1）正確熟練的繪制軸力圖（2）掌握橫截面上的應(yīng)力分布及計(jì)算，變形及應(yīng)變的計(jì)算（3）掌握低碳鋼、鑄鐵拉壓試驗(yàn)的設(shè)備、方法及內(nèi)容（4）了解許用應(yīng)力的概念，熟練理解軸向拉壓強(qiáng)度公式解決的三類問題。（六）圓軸的扭轉(zhuǎn)（4學(xué)時）1.教學(xué)目的解決扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度、扭轉(zhuǎn)變形和扭轉(zhuǎn)剛度的計(jì)算。2.教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)（1）教學(xué)重點(diǎn)：扭矩計(jì)算及扭矩圖的繪制；等直圓桿扭轉(zhuǎn)時橫截面上切應(yīng)力的分布規(guī)律及任一點(diǎn)切應(yīng)力的計(jì)算扭轉(zhuǎn)變形的計(jì)算；危險(xiǎn)截面和危險(xiǎn)點(diǎn)的判斷，扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度、剛度方面三類問題的求解。（2）教學(xué)難點(diǎn)：受多個外力偶作用的變截面軸的任意兩橫截面間相對扭轉(zhuǎn)角的計(jì)算。扭轉(zhuǎn)變形計(jì)算與剛度條件的區(qū)別危險(xiǎn)截面的判斷。3.教學(xué)方法多媒體課件課堂教學(xué)。4.教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)工程上傳遞功率的圓軸及其扭轉(zhuǎn)變形第二節(jié)扭矩與扭矩圖一、外加扭轉(zhuǎn)力偶與功率、轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系二、截面法確定圓軸橫截面上的扭矩三、扭矩的正負(fù)號規(guī)則四、扭矩圖第三節(jié)切應(yīng)力互等定理第四節(jié)圓軸扭轉(zhuǎn)時的切應(yīng)力分布一、平面假定二、變形協(xié)調(diào)方程三、彈性范圍內(nèi)的切應(yīng)力—切應(yīng)變關(guān)系四、靜力學(xué)方程五、圓軸扭轉(zhuǎn)時橫截面上的切應(yīng)力表達(dá)式第五節(jié)圓軸扭轉(zhuǎn)時的強(qiáng)度與剛度計(jì)算一、圓軸扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)與破壞現(xiàn)象二、圓軸扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算三、圓軸扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算5.教學(xué)要求（1）要求學(xué)生建立扭轉(zhuǎn)變形的概念（2）掌握傳動軸的外力偶矩的計(jì)算（3）扭矩計(jì)算及扭矩圖的繪制（4）掌握圓軸扭轉(zhuǎn)變形的特點(diǎn)（5）明確建立圓軸扭轉(zhuǎn)橫截面上切應(yīng)力計(jì)算公式時所需要的三個關(guān)系：變形幾何關(guān)系、物理關(guān)系和靜力關(guān)系，這是材料力學(xué)中的三個最基本的關(guān)系，是材料力學(xué)研究問題的依據(jù)（6）熟練掌握橫截面上扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的分布規(guī)律和任一點(diǎn)切應(yīng)力的計(jì)算公式（7）會判斷扭轉(zhuǎn)問題的危險(xiǎn)截面、危險(xiǎn)點(diǎn),并能熟練地運(yùn)用強(qiáng)度、剛度條件求解扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度和剛度方面的三類問題。（七）彎曲強(qiáng)度（4學(xué)時）1.教學(xué)目的掌握平面彎曲梁的內(nèi)力計(jì)算和彎曲強(qiáng)度計(jì)算。2.教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)（1）教學(xué)重點(diǎn)：繪制梁的剪力圖和彎矩圖，確定最大值出現(xiàn)的位置和數(shù)值，平面彎曲正應(yīng)力的分布和計(jì)算，矩形截面彎曲切應(yīng)力的分布和計(jì)算，平面彎曲梁危險(xiǎn)截面和危險(xiǎn)點(diǎn)的判斷，彎曲正應(yīng)力強(qiáng)度方面的三類問題。（2）教學(xué)難點(diǎn)：用微分關(guān)系和疊加原理作內(nèi)力圖梁的正應(yīng)力和切應(yīng)力計(jì)算梁的危險(xiǎn)截面和危險(xiǎn)點(diǎn)的判斷3.教學(xué)方法多媒體課件課堂教學(xué)。4.教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)工程中的彎曲構(gòu)件第二節(jié)剪力方程和彎矩方程一、彎曲時梁橫截面上的剪力和彎矩二、剪力和彎矩的正負(fù)號規(guī)則三、截面法確定指定截面上的剪力和彎矩四、剪力方程和彎矩方程第三節(jié)剪力圖和彎矩圖第五節(jié)平面彎曲時梁橫截面上的正應(yīng)力一、平面彎曲與純彎曲的概念二、純彎曲時梁橫截面上的正應(yīng)力分析三、梁的彎曲正應(yīng)力公式的應(yīng)用與推廣第六節(jié)平面彎曲正應(yīng)力公式應(yīng)用舉例第七節(jié)梁的強(qiáng)度計(jì)算一、梁的失效判據(jù)二、梁的彎曲強(qiáng)度條件三、梁的彎曲強(qiáng)度計(jì)算步驟5.教學(xué)要求（1）要求準(zhǔn)確熟練地計(jì)算梁的支座反力,梁上任意截面的剪力和彎矩（2）能正確地列出剪力方程和彎矩方程，（3）熟練掌握繪制剪力圖和彎矩圖的方法（4）正確理解和掌握彎曲正應(yīng)力計(jì)算公式及其推廣應(yīng)用，能熟練求解平面彎曲正應(yīng)力強(qiáng)度方面的三類問題。（八）彎曲剛度（2學(xué)時）1.教學(xué)目的學(xué)習(xí)平面彎曲變形與剛度計(jì)算2.教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)（1）教學(xué)重點(diǎn)：撓曲線近似微分方程的理解和應(yīng)用梁的位移約束條件和連續(xù)條件積分法求解單跨靜定梁在簡單荷載作用下的位移疊加法求梁的位移。（2）教學(xué)難點(diǎn)：利用約束條件和連續(xù)條件確定積分常數(shù)疊加原理計(jì)算梁的撓度和轉(zhuǎn)角。3.教學(xué)方法多媒體課件課堂教學(xué)。4.教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)彎曲變形與位的基本概念一、梁彎曲后的撓度曲線二、梁的撓度與轉(zhuǎn)角三、梁的位移與約束密切相關(guān)四、梁的位移分析的工程意義第二節(jié)小撓度微分方程及其積分一、小撓度曲線的微分方程二、積分常數(shù)的確定、約束條件與連續(xù)條件第三節(jié)工程中的疊加法一、疊加法應(yīng)用于多個載荷作用的情形二、疊加法應(yīng)用于間斷性分布載荷作用的情形第四節(jié)簡單的靜不定梁第五節(jié)彎曲剛度計(jì)算一、彎曲剛度條件二、