材料力學(xué)課程大綱

中國(guó)海洋大學(xué)本科生課程大綱課程名稱材料力學(xué)(MechanicsofMaterials)課程代碼082902101307課程屬性學(xué)科基礎(chǔ)課時(shí)/學(xué)分68/4課程性質(zhì)必修實(shí)踐學(xué)時(shí)8責(zé)任教師王許潔課外學(xué)時(shí)128、課程介紹課程描述（中英文）：材料力學(xué)為船舶與海洋工程專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)必修課程。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生對(duì)工程設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性問題具有明確的基本概念，必要的基本知識(shí)及一定的計(jì)算能力和分析能力。能將常見的結(jié)構(gòu)構(gòu)件簡(jiǎn)化為力學(xué)模型，較熟練地確定桿件的內(nèi)力并繪制內(nèi)力圖，較熟練地分析計(jì)算桿件由基本變形引起的應(yīng)力、變形和位移，并運(yùn)用強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性條件，對(duì)桿件的承載能力進(jìn)行分析、計(jì)算和校核，熟悉基本的材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)，并能測(cè)定常用鋼材在常溫、靜載下的力學(xué)性能。Mechanicsofmaterialsisacompulsorycourseforstudentsmajoringinnavalarchitectureandmarineengineering.Bystudyingthiscourse,studentscanhaveaclearconcept,necessarybasicknowledge,andcertainanalysisabilityforthestrength,stiffnessandstabilityofstructureinengineeringdesign.Studentscansimplifycommonstructuresintomechanicalmodels,determinetheinternalforces,analyzethestressandstraincausedbythebasicdeformationofthemembers,andusethestrength,stiffnessandstabilityconditionstoanalyze,calculateandcheckthebearingcapacityofthestructures.Studentsshouldbefamiliarwithbasicmaterialmechanicsexperiments,andcandeterminethemechanicalpropertiesofcommonsteelundernormaltemperatureandstaticload.設(shè)計(jì)思路：材料力學(xué)是船舶與海洋工程專業(yè)的一門重要課程，本課程從圓截面桿件的材料力學(xué)特性入手，對(duì)桿件的拉伸、壓縮、剪切、扭轉(zhuǎn)變形，以及彎曲內(nèi)力、彎曲變形、應(yīng)力分析與強(qiáng)度理論、組合變形、壓桿穩(wěn)定、動(dòng)載荷及交變應(yīng)力、能量方法和超靜定結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)的理論學(xué)習(xí)。課程主要內(nèi)容包括兩個(gè)部分：基礎(chǔ)理論知識(shí)和綜合應(yīng)用部分。（1） 基礎(chǔ)理論知識(shí)首先了解材料力學(xué)的基本假設(shè)、外力和內(nèi)力、截面法、應(yīng)力應(yīng)變的概念及桿件的基本變形形式。然后對(duì)軸向拉伸和壓縮的概念、軸向拉壓時(shí)桿的內(nèi)力和應(yīng)力及其強(qiáng)度計(jì)算，以及扭轉(zhuǎn)的概念及其外力偶計(jì)算、扭矩及扭矩圖、圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)的應(yīng)力及變形等內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)。隨后，學(xué)習(xí)彎曲概念及梁橫截面上的內(nèi)力、剪力圖和彎矩圖做法，以及梁的撓曲線微分方程、積分法求彎曲變形、疊加法求彎曲變形等內(nèi)容，為后續(xù)的綜合應(yīng)用打好基礎(chǔ)。（2） 綜合應(yīng)用部分學(xué)習(xí)應(yīng)力分析及強(qiáng)度理論相關(guān)內(nèi)容，掌握二向應(yīng)力狀態(tài)分析、三向應(yīng)力狀態(tài)、廣義虎克定律、復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的應(yīng)變能、四種常用的強(qiáng)度理論及其應(yīng)用。進(jìn)一步學(xué)習(xí)組合變形和疊加原理，掌握斜彎曲、拉（壓）與彎曲的組合、偏心拉壓、扭轉(zhuǎn)與彎曲的組合。重點(diǎn)掌握桿件變形能的計(jì)算、應(yīng)變能的普遍表達(dá)式、互等定理、卡氏定理、單位載荷法、圖乘法相關(guān)內(nèi)容。并對(duì)壓桿穩(wěn)定概念及臨界力、壓桿的穩(wěn)定校核、提高壓桿穩(wěn)定性的措施等內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)，了解動(dòng)載荷、動(dòng)應(yīng)力以及交變應(yīng)力和疲勞破壞的概念，并能使用動(dòng)靜法、能量法求解一般動(dòng)載荷問題和沖擊問題。課程講授過程中，為樹立培養(yǎng)學(xué)生的家國(guó)情懷和精益求精的工匠精神，結(jié)合我國(guó)發(fā)展建設(shè)中的重大工程項(xiàng)目展開教學(xué)，例如大國(guó)重器中的“藍(lán)鯨1號(hào)”鉆井平臺(tái)、“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器等，引導(dǎo)學(xué)生熱愛祖國(guó)，利用扎實(shí)的專業(yè)工程知識(shí)建設(shè)祖國(guó)。課上和課后利用網(wǎng)絡(luò)視頻、調(diào)查作業(yè)等方法，讓學(xué)生了解工程實(shí)踐現(xiàn)場(chǎng)，熟悉船舶海工企業(yè)的生產(chǎn)建造流程，培養(yǎng)學(xué)生敢于吃苦、樂于奉獻(xiàn)的勞動(dòng)精神。課程與其他課程的關(guān)系：材料力學(xué)的先修課程為高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、工程制圖和理論力學(xué)，同時(shí)本課程也是后續(xù)流體力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、海洋工程材料、土力學(xué)與地基、海洋工程結(jié)構(gòu)焊接的先修課程。這些課程聯(lián)系緊密，只有將材料力學(xué)課程的主要內(nèi)容融會(huì)貫通，才能將基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)有機(jī)的結(jié)合起來。對(duì)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐和支撐強(qiáng)度：（1） 工程知識(shí)方面：培養(yǎng)學(xué)生掌握材料力學(xué)基本知識(shí)，掌握常見結(jié)構(gòu)因拉伸、壓縮、彎曲、剪切和扭轉(zhuǎn)變形引起的強(qiáng)度問題、剛度問題和穩(wěn)定性問題的計(jì)算和校核，并能夠應(yīng)用其解決本專業(yè)的復(fù)雜工程問題。（2） 問題分析方面：能夠從材料力學(xué)的角度（既經(jīng)濟(jì)又安全）對(duì)復(fù)雜工程問題的解決方案進(jìn)行研究和分析，并提出改進(jìn)方案。（3） 設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案：能夠運(yùn)用材料力學(xué)基本知識(shí)進(jìn)行船舶與海洋工程中相關(guān)的項(xiàng)目設(shè)計(jì)。（4） 研究能力：能夠基于力學(xué)原理，采用科學(xué)方法對(duì)船舶與海洋工程領(lǐng)域工程問題進(jìn)行研究，能夠設(shè)計(jì)方案、完成實(shí)驗(yàn)、分析與解釋數(shù)據(jù)、并通過綜合分析得到合理有效的結(jié)論。（5） 終身學(xué)習(xí)：通過在教學(xué)中加入部分課程思政教育，使學(xué)生能夠正確認(rèn)識(shí)自我探索和終身學(xué)習(xí)的必要性。二、課程目標(biāo)（1）知識(shí)獲?。ㄖ萎厴I(yè)要求1）在知識(shí)獲取方面，本課程的目標(biāo)是使學(xué)生通過對(duì)工程設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性問題的學(xué)習(xí)，掌握材料力學(xué)相關(guān)的基本知識(shí)并具備一定的計(jì)算分析能力。能將常見的結(jié)構(gòu)構(gòu)件簡(jiǎn)化為力學(xué)模型，熟練確定桿件的內(nèi)力并繪制內(nèi)力圖，并分析計(jì)算桿件由基本變形引起的應(yīng)力、變形和位移。運(yùn)用強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性條件，對(duì)桿件的承載能力進(jìn)行分析、計(jì)算和校核。熟悉基本的材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)，并能測(cè)定常用鋼材在常溫、靜載下的力學(xué)性能。（2） 思維方法培養(yǎng)（支撐畢業(yè)要求2）在思維方法培養(yǎng)方面，本課程培養(yǎng)和提高學(xué)生的邏輯思維能力包括推理，分析，判斷等）、抽象化能力（包括將簡(jiǎn)單實(shí)際問題抽象成為力學(xué)模型，進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)描述，應(yīng)用力學(xué)理論求解）、自學(xué)能力、表達(dá)能力（包括用文字和圖表）和數(shù)學(xué)計(jì)算能力。培養(yǎng)學(xué)生敏捷思維、樂于創(chuàng)新，勤于思考、善于鉆研，對(duì)于推陳出新懷有濃厚的興趣，富有探索精神并渴望解決問題。（3） 能力培養(yǎng)（支撐畢業(yè)要求3、4）在能力培養(yǎng)方面，本課程要求學(xué)生能夠了解現(xiàn)代力學(xué)的知識(shí)體系，理解力學(xué)學(xué)科認(rèn)識(shí)世界的基本思路和方法，正確認(rèn)識(shí)力學(xué)作為現(xiàn)代工程學(xué)科的重要性和發(fā)展能力；培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題的能力，批判性思考和創(chuàng)造性工作的能力；在工程力學(xué)專業(yè)中，應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)的能力。在應(yīng)對(duì)具體工程需求時(shí)，能夠進(jìn)行方案設(shè)計(jì)且不斷完善，并對(duì)工程實(shí)踐中的科學(xué)問題展開研究。（4） 思政教育目標(biāo)（支撐畢業(yè)要求12）在思政教育方面，本課程以改革開放中我國(guó)裝備制造業(yè)涌現(xiàn)出“大國(guó)重器”背后所涉及的材料力學(xué)問題為切入點(diǎn)，向?qū)W生展示其背后的科學(xué)精神、創(chuàng)新精神和工匠精神，在培養(yǎng)學(xué)生的力學(xué)思維的同時(shí)，增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感和國(guó)家榮辱觀，進(jìn)而激勵(lì)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)投入到祖國(guó)的裝備制造業(yè)中，不斷學(xué)習(xí)進(jìn)取，將國(guó)家的發(fā)展需求與個(gè)人專業(yè)領(lǐng)域相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)人生價(jià)值，以此達(dá)到力學(xué)基礎(chǔ)教育與思政教育的有機(jī)融合。三、學(xué)習(xí)要求材料力學(xué)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的理論課程，不僅基礎(chǔ)理論復(fù)雜，而且與工程實(shí)踐結(jié)合緊密，只有做好課前預(yù)習(xí)、課后鞏固并完成好相關(guān)實(shí)驗(yàn)操作內(nèi)容才能達(dá)到相應(yīng)的大綱要求，主要學(xué)習(xí)要求有以下幾點(diǎn)：（1） 課前必須對(duì)相關(guān)內(nèi)容提前進(jìn)行預(yù)習(xí)，確保課上思路能跟上授課進(jìn)度。按時(shí)到課，課上遵守課堂紀(jì)律并積極參與討論及實(shí)際案例分析。（2） 本課程將包含較多的課后作業(yè)以鞏固理論知識(shí)，作業(yè)必須按時(shí)上交，作業(yè)完成情況將計(jì)入期末總成績(jī)。（3） 本課程包含一定學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)過程中要服從指導(dǎo)老師的安排，遵守操作規(guī)程，安全圓滿的完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，并達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求。四、教學(xué)進(jìn)度序號(hào)專題或主題計(jì)劃課時(shí)主要內(nèi)容概述實(shí)驗(yàn)實(shí)踐內(nèi)容或課外練習(xí)等1緒論4材料力學(xué)的任務(wù)及研究對(duì)象材料力學(xué)的基本假設(shè)外力及其分類內(nèi)力、截面法和應(yīng)力的概念變形和應(yīng)變桿件變形的基本形式2桿件的軸向拉伸與壓縮10軸向拉伸和壓縮的概念和實(shí)例軸向拉壓時(shí)橫截面上的內(nèi)力和應(yīng)力軸向拉壓時(shí)斜截面上的應(yīng)力拉、壓桿的強(qiáng)度計(jì)算軸向拉伸和壓縮時(shí)的變形及變形能材料在拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能拉、壓超靜定問題溫度應(yīng)力和裝配應(yīng)力剪切和擠壓的實(shí)用計(jì)算拉伸試驗(yàn)3扭轉(zhuǎn)9扭轉(zhuǎn)概念及其外力偶的計(jì)算扭矩、扭矩圖純剪切圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)的應(yīng)力圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)的變形扭轉(zhuǎn)超靜定非圓截面桿扭轉(zhuǎn)的概念圓軸扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)-5-4彎曲內(nèi)力4彎曲概念及受彎桿件的簡(jiǎn)化梁橫截面上的內(nèi)力剪力圖、彎矩圖荷載、剪力及彎矩間的微分關(guān)系平面曲桿的彎曲內(nèi)力5彎曲應(yīng)力7純彎曲概念梁彎曲時(shí)的正應(yīng)力橫力彎曲時(shí)剪應(yīng)力4.梁的強(qiáng)度計(jì)算及提高彎曲強(qiáng)度的措施6彎曲變形4梁的撓曲線微分方程用積分法求彎曲變形用疊加法求彎曲變形簡(jiǎn)單超靜定梁5.梁的剛度條件及提高彎曲剛度的措施7應(yīng)力分析與強(qiáng)度理論6應(yīng)力狀態(tài)概述二向應(yīng)力狀態(tài)分析-解析法二向應(yīng)力狀態(tài)分析-圖解法三向應(yīng)力狀態(tài)廣義虎克定律復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的應(yīng)變能四種常用的強(qiáng)度理論強(qiáng)度理論的應(yīng)用8組合變形6組合變形和疊加原理斜彎曲拉（壓）與彎曲的組合、偏心拉壓扭轉(zhuǎn)與彎曲的組合。9壓桿穩(wěn)定4壓桿穩(wěn)定概念及臨界力兩端鉸支壓桿的臨界力其他支座條件下壓桿的臨界力歐拉公式的適用范圍壓桿的穩(wěn)定校核提高壓桿穩(wěn)定性的措施。壓桿穩(wěn)定試驗(yàn)10動(dòng)載荷及交變應(yīng)力4概述動(dòng)應(yīng)力及動(dòng)靜法的應(yīng)用桿件受沖擊時(shí)的應(yīng)力和變形交變應(yīng)力與疲勞破壞持久極限及其影響因素構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算11能量方法6概述桿件變形能的計(jì)算應(yīng)變能的普遍表達(dá)式互等定理卡氏定理單位載荷法、莫爾積分計(jì)算莫爾積分的圖乘法12超靜定結(jié)構(gòu)4超靜定結(jié)構(gòu)概述用力法解超靜定結(jié)構(gòu)對(duì)稱和反對(duì)稱性的利用連續(xù)梁和三彎矩方程五、參考教材與主要參考書選用教材（1）劉鴻文主編《材料力學(xué)》，2017年第六版，高等教育出版社參考書目（1） 孫訓(xùn)方，方孝淑等主編，材料力學(xué)（第6版），高等教育出版社，“十二五”普通高等教育本科國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材；（2） 王晶，孫偉，王單等編，材料力學(xué)（第3版），高等教育出版