《材料力學(xué)》課程教學(xué)大綱

第頁(yè)《材料力學(xué)》課程教學(xué)大綱

英文名稱：MaterialMechanics課程編碼：071120002總學(xué)時(shí)：72

實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：8

學(xué)分：4.5適用對(duì)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(xué)、大學(xué)物理、理論力學(xué)大綱主撰人：

大綱審核人：一、課程的性質(zhì)、目的和任務(wù)：1.材料力學(xué)是變形固體力學(xué)入門課程，是水利水電工程、土木工程專業(yè)一門重要的學(xué)科基礎(chǔ)課。2.本課程的教學(xué)目的和任務(wù)是：通過(guò)本課程的教學(xué)，使學(xué)生掌握工程結(jié)構(gòu)和機(jī)械中桿件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的基本概念和計(jì)算方法，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)桿件進(jìn)行力學(xué)分析計(jì)算和設(shè)計(jì)的能力，同時(shí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)據(jù)分析和總結(jié)的能力，使學(xué)生獲得一些最基本的科研和創(chuàng)新能力;為學(xué)生學(xué)習(xí)《結(jié)構(gòu)力學(xué)》、《彈性力學(xué)》、《鋼結(jié)構(gòu)》、《混凝土與砌體結(jié)構(gòu)》、《土力學(xué)與基礎(chǔ)工程》等后續(xù)課提供必要的理論基礎(chǔ)。二、教學(xué)內(nèi)容及要求第1章緒論及基本概念授課學(xué)時(shí)：2基本要求：1.1了解材料力學(xué)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(xué)主要研究對(duì)象的幾何特征。1.4掌握桿件變形的基本形式。重點(diǎn)：材料力學(xué)研究對(duì)象和任務(wù)。難點(diǎn)：可變形固體的性質(zhì)及其基本假設(shè)。第2章軸向拉伸與壓縮授課學(xué)時(shí)：8基本要求：2.1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(yàn)方法。2.7熟練掌握應(yīng)用強(qiáng)度條件對(duì)拉（壓）桿進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算的方法。2.8理解拉壓超靜定問(wèn)題解法2.9了解應(yīng)力集中的概念。重點(diǎn)：低碳鋼拉伸實(shí)驗(yàn)方法;軸向拉壓桿強(qiáng)度、剛度計(jì)算問(wèn)題。難點(diǎn)：?jiǎn)蜗蚶瓑簵U超靜定問(wèn)題解法。第3章截面的幾何性質(zhì)授課學(xué)時(shí)：4基本要求：3.1理解截面的靜矩、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(jì)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(diǎn)：極慣矩，慣性矩，平行移軸公式。難點(diǎn)：組合截面慣性矩。第4章扭轉(zhuǎn)授課學(xué)時(shí)：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(shí)的應(yīng)力、變形和強(qiáng)度、剛度的計(jì)算方法。4.3理解扭轉(zhuǎn)超靜定問(wèn)題解法。4.4理解等直圓桿扭轉(zhuǎn)時(shí)的應(yīng)變能。4.5了解等直非圓桿自由扭轉(zhuǎn)時(shí)的應(yīng)力和變形的計(jì)算方法。重點(diǎn)：圓桿扭轉(zhuǎn)橫截面上剪應(yīng)力的計(jì)算公式的推導(dǎo);實(shí)心和空心圓桿強(qiáng)度、剛度計(jì)算方法。難點(diǎn)：空心圓桿抗扭截面模量；受扭桿件超靜定問(wèn)題解法。第5章彎曲內(nèi)力授課學(xué)時(shí)：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、剪力、分布荷載集度間的關(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(diǎn)：列方程方法作剪力圖和彎矩圖；剪力、彎矩計(jì)算規(guī)則；剪力、彎矩與荷載集度的關(guān)系；控制截面法作梁的剪力、彎矩圖。本章難點(diǎn)：用控制截面法作梁的剪力、彎矩圖，應(yīng)用剪力、彎矩計(jì)算規(guī)則時(shí)，外力在截面上產(chǎn)生的剪力、彎矩正負(fù)號(hào)取值問(wèn)題。第6章彎曲應(yīng)力授課學(xué)時(shí)：7基本要求：6.1掌握純彎曲橫截面上的應(yīng)力的推導(dǎo)過(guò)程。6.2熟練掌握橫力彎曲梁的正應(yīng)力及正應(yīng)力強(qiáng)度計(jì)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(qiáng)度計(jì)算方法。6.4理解梁的合理設(shè)計(jì)的概念。6.5掌握電測(cè)實(shí)驗(yàn)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(qiáng)度計(jì)算方法。本章重點(diǎn)：梁橫截面上任意點(diǎn)正應(yīng)力計(jì)算公式的推導(dǎo);梁正應(yīng)力強(qiáng)度條件及應(yīng)用；純彎曲梁段橫截面上彎曲正應(yīng)力電測(cè)試驗(yàn)。本章難點(diǎn)：空心圓截面、箱形、組合工字形、T形截面抗彎截面模量的計(jì)算；梁橫截面上剪應(yīng)力的計(jì)算公式中面積矩的計(jì)算。第7章梁彎曲時(shí)的位移·簡(jiǎn)單超靜定梁授課學(xué)時(shí)：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(jiǎn)單荷載作用下單跨梁的撓度和轉(zhuǎn)角的計(jì)算方法。7.3理解計(jì)算梁的撓度和轉(zhuǎn)角的疊加法。7.4掌握梁的剛度條件計(jì)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(jiǎn)單超靜定梁解法。本章重點(diǎn)：求梁撓度、轉(zhuǎn)角的積分法、疊加法。本章難點(diǎn)：彎曲應(yīng)變能;超靜定梁的解法。第8章剪切與連接件的實(shí)用計(jì)算。授課學(xué)時(shí)：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(shí)用計(jì)算。8.2了解榫齒連接的實(shí)用計(jì)算。本章重點(diǎn)：普通螺栓、鉚釘拉壓連接的剪切、擠壓和主板受拉實(shí)用計(jì)算。本章難點(diǎn)：擠壓面積的確定;單剪、雙剪的概念;主板受拉實(shí)用計(jì)算中被削弱的截面面積計(jì)算。第9章應(yīng)力應(yīng)變分析授課學(xué)時(shí)：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。9.5了解空間應(yīng)力狀態(tài)下的比能的概念。本章重點(diǎn)：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(diǎn)：主應(yīng)力跡線，平面應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)變分析。第10章強(qiáng)度理論授課學(xué)時(shí)：4基本要求：10.1理解強(qiáng)度理論的概念。10.2熟練掌握四個(gè)強(qiáng)度理論表達(dá)式及適用范圍。10.3掌握強(qiáng)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(diǎn)強(qiáng)度的計(jì)算方法。10.4掌握壓力容器強(qiáng)度的計(jì)算方法。10.5了解莫爾強(qiáng)度理論。本章重點(diǎn)：第一、第三、第四強(qiáng)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(diǎn)強(qiáng)度的計(jì)算方法；壓力容器強(qiáng)度的計(jì)算方法。本章難點(diǎn)：組合工字形、T形、箱形等截面梁翼緣與腹板交結(jié)點(diǎn)強(qiáng)度的計(jì)算方法；壓力容器強(qiáng)度的計(jì)算方法。第11章組合變形授課學(xué)時(shí)：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(qiáng)度計(jì)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(qiáng)度計(jì)算方法。11.4掌握簡(jiǎn)單截面核心的求法。本章重點(diǎn)：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(qiáng)度計(jì)算方法。本章難點(diǎn)：雙向偏心壓縮危險(xiǎn)點(diǎn)的確定;截面核心;拉（壓）、彎曲與扭轉(zhuǎn)的內(nèi)力、應(yīng)力和強(qiáng)度計(jì)算方法。第12章壓桿穩(wěn)定授課學(xué)時(shí)：6基本要求：12.1理解壓桿穩(wěn)定、臨界力、長(zhǎng)度系數(shù)和穩(wěn)定系數(shù)的概念。12.2熟練掌握細(xì)長(zhǎng)中心受壓直桿臨界力的歐拉公式和穩(wěn)定計(jì)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(jì)算方法。12.4掌握壓桿的合理設(shè)計(jì)概念。本章重點(diǎn)：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(jì)算方法;壓桿穩(wěn)定校核與設(shè)計(jì)方法。本章難點(diǎn)：大柔度桿、中柔度桿和小柔度桿的判別方法。第13章能量方法授課學(xué)時(shí)：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理解解超靜定問(wèn)題的能量法。本章重點(diǎn)：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(diǎn)：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14章動(dòng)荷載·交變應(yīng)力授課學(xué)時(shí)：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(dòng)時(shí)的動(dòng)應(yīng)力計(jì)算。14.2理解沖擊荷載時(shí)的動(dòng)應(yīng)力計(jì)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(jì)算。本章重點(diǎn)：構(gòu)件作等加速直線運(yùn)動(dòng)或等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)應(yīng)力計(jì)算；構(gòu)件受沖擊荷載作用時(shí)的動(dòng)應(yīng)力計(jì)算；構(gòu)件受迫振動(dòng)時(shí)的動(dòng)應(yīng)力計(jì)算。本章難點(diǎn)：沖擊系數(shù)的概念;鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其連接的疲勞計(jì)算。三、實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目一覽表序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)類別實(shí)驗(yàn)要求實(shí)驗(yàn)類型每組人數(shù)1低碳鋼和鑄鐵的拉伸與壓縮實(shí)驗(yàn)2

技術(shù)基礎(chǔ)

必修

24-5人2低碳鋼和鑄鐵的扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)1

技術(shù)基礎(chǔ)

必修

24-5人3梁純彎曲正應(yīng)力電測(cè)實(shí)驗(yàn)1技術(shù)基礎(chǔ)

必修14-5人

4彎扭組合電測(cè)實(shí)驗(yàn)。2技術(shù)基礎(chǔ)

必修

24-5人5沖擊實(shí)驗(yàn)2技術(shù)基礎(chǔ)

必修

210-15人2、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目目的和要求：[1]拉伸試驗(yàn)(1)觀察低碳鋼(Q235鋼)和鑄鐵在拉伸試驗(yàn)中的各種現(xiàn)象。(2)測(cè)繪低碳鋼和鑄鐵試件的載荷―變形曲線(F―Δl曲線)及應(yīng)力―應(yīng)變曲線(―曲線)。(3)測(cè)定低碳鋼拉伸時(shí)的比例極限，屈服極限、強(qiáng)度極限、伸長(zhǎng)率、斷面收縮率和鑄鐵拉伸時(shí)的強(qiáng)度極限。(4)測(cè)定低碳鋼的彈性模量E。(5)觀察低碳鋼在拉伸強(qiáng)化階段的卸載規(guī)律及冷作硬化現(xiàn)象。(6)比較低碳鋼(塑性材料)和鑄鐵(脆性材料)的拉伸力學(xué)性能。[2]壓縮試驗(yàn)(1)測(cè)定低碳鋼的壓縮屈服點(diǎn)和鑄鐵的抗壓強(qiáng)度。(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。[3]扭轉(zhuǎn)破壞實(shí)驗(yàn)(1)驗(yàn)證比例極限內(nèi)的圓截面桿扭轉(zhuǎn)變形的胡克定律（）。(2)測(cè)定低碳鋼的切變模量G。(3)觀察兩類材料試樣扭轉(zhuǎn)破壞斷口形貌，并進(jìn)行比較和分析。(4)測(cè)定低碳鋼的屈服剪應(yīng)力、抗剪強(qiáng)度和鑄鐵的抗剪強(qiáng)度。[4]彎曲正應(yīng)力電測(cè)實(shí)驗(yàn)(1)習(xí)使用應(yīng)變片和電阻應(yīng)變儀測(cè)定靜態(tài)應(yīng)力的基本原理和方法。(2)用電測(cè)法測(cè)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(yàn)證純彎曲梁的正應(yīng)力計(jì)算公式。3.考核方式:實(shí)驗(yàn)課做實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)后寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告.四、學(xué)時(shí)分配課程總學(xué)時(shí)為72，其中理論學(xué)時(shí)66，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)6。內(nèi)容講課實(shí)驗(yàn)課合計(jì)第1章緒論及基本概念22第2章截面的幾何性質(zhì)44第3章軸向拉伸與壓縮628第4章扭轉(zhuǎn)415第5章彎曲內(nèi)力88第6章彎曲應(yīng)力617第7章梁彎曲時(shí)的位移44第8章剪切與連接的實(shí)用計(jì)算22第9章應(yīng)力應(yīng)變分析44第10章強(qiáng)度理論44第11章組合變形628第12章壓桿穩(wěn)定66第13章能量方法44第14章動(dòng)荷載、交變應(yīng)力426共計(jì)=SUM(ABOVE)648=SUM(ABOVE)72五、推薦教材及參考書教材：《材料力學(xué)》（第五版）孫訓(xùn)方方孝淑等編高等教育