《材料力學(xué)A》教學(xué)大綱

《材料力學(xué)A》教學(xué)大綱適用范圍：202X版人才培養(yǎng)方案課程代碼：01130171課程性質(zhì)：學(xué)科基礎(chǔ)必修課學(xué)分：4學(xué)分學(xué)時：64學(xué)時（其中：理論56學(xué)時，實驗8學(xué)時）先修課程：大學(xué)物理、高等數(shù)學(xué)、理論力學(xué)等后續(xù)課程：機械原理、機械設(shè)計等適用專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化開課單位：機械工程學(xué)院一、課程說明《材料力學(xué)A》是機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)本科學(xué)生的學(xué)科基礎(chǔ)必修課。其任務(wù)主要是研究構(gòu)件強度、剛度和穩(wěn)定性問題，是學(xué)生必備的理論知識和科學(xué)素養(yǎng)。本課程以機械制圖、高數(shù)等先修課程為基礎(chǔ)，研究桿件在承受各種荷載時的變形等力學(xué)性能。通過學(xué)習(xí)本課程，使學(xué)生掌握將工程實際構(gòu)件抽象為力學(xué)模型的方法；掌握研究桿件內(nèi)力、應(yīng)力、變形分布規(guī)律的基本原理和方法；掌握分析桿件強度、剛度和穩(wěn)定性問題的理論與計算；具有熟練的計算能力和一定的實驗?zāi)芰?；為后續(xù)相關(guān)課程的學(xué)習(xí)，以及進(jìn)行構(gòu)件設(shè)計和科學(xué)研究打好力學(xué)基礎(chǔ)，培養(yǎng)構(gòu)件分析、計算和實驗等方面的能力。二、課程目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達(dá)到如下目標(biāo)：課程目標(biāo)1：能夠綜合使用材料力學(xué)理論從工程問題中提煉出材料力學(xué)模型并數(shù)字化，求解桿件結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、變形，進(jìn)而能夠評估其強度和剛度；能夠根據(jù)強度和剛度要求，選擇合適的材料，設(shè)計合理的構(gòu)件截面。養(yǎng)成理論聯(lián)系實際、科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真細(xì)致、實事求是的科學(xué)態(tài)度和職業(yè)道德。課程目標(biāo)2：能夠表述、解釋和判別材料力學(xué)的基本概念；能夠描述出軸向拉壓、剪切、扭轉(zhuǎn)、彎曲等基本變形和組合變形的受力特征，并應(yīng)用于工程問題的表述中；能夠基于材料力學(xué)的基本假設(shè)和分析方法，判別工程設(shè)計方案的合理性。課程目標(biāo)3：能夠闡述材料力學(xué)性能基礎(chǔ)實驗原理和實驗方法。能夠針對具體的材料力學(xué)性能實驗，選擇合理的研究方法和技術(shù)路線，設(shè)計實驗方案，構(gòu)件實驗系統(tǒng)，能正確采集分析實驗數(shù)據(jù)，并通過查找資料撰寫實驗報告。三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求《材料力學(xué)A》課程教學(xué)目標(biāo)對機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見表1。表1課程教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點課程目標(biāo)支撐強度1.工程知識：掌握數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、機械工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識并能將其用于解決機械工程領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題。1.2掌握工程基礎(chǔ)理論知識，能針對機械工程中的復(fù)雜問題建立合適的數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行求解；課程目標(biāo)1：能夠綜合使用材料力學(xué)理論從工程問題中提煉出材料力學(xué)模型并數(shù)字化，求解桿件結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、變形，進(jìn)而能夠評估其強度和剛度；能夠根據(jù)強度和剛度要求，選擇合適的材料，設(shè)計合理的構(gòu)件截面。養(yǎng)成理論聯(lián)系實際、科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真細(xì)致、實事求是的科學(xué)態(tài)度和職業(yè)道德。H2.問題分析：能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，識別、表達(dá)、并通過文獻(xiàn)研究分析機械工程領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題，以獲得有效結(jié)論。2.1能夠應(yīng)用工程科學(xué)的基本原理，識別和判斷復(fù)雜機械工程問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和參數(shù)；課程目標(biāo)2：能夠表述、解釋和判別材料力學(xué)的基本概念；能夠描述出軸向拉壓、剪切、扭轉(zhuǎn)、彎曲等基本變形和組合變形的受力特征，并應(yīng)用于工程問題的表述中；能夠基于材料力學(xué)的基本假設(shè)和分析方法，判別工程設(shè)計方案的合理性。M4.研究：能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)方法對機械工程領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題進(jìn)行研究，包括設(shè)計實驗、分析與解釋數(shù)據(jù)、并通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論。4.1能夠在對機械工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題研究的基礎(chǔ)上，明確實驗?zāi)康?，掌握實驗方案設(shè)計的基本原理及方法；課程目標(biāo)3：能夠闡述材料力學(xué)性能基礎(chǔ)實驗原理和實驗方法。能夠針對具體的材料力學(xué)性能實驗，選擇合理的研究方法和技術(shù)路線，設(shè)計實驗方案，構(gòu)件實驗系統(tǒng)，能正確采集分析實驗數(shù)據(jù)，并通過查找資料撰寫實驗報告。M注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關(guān)畢業(yè)要求的關(guān)聯(lián)度。四、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配1.理論部分見表2表2教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求，教學(xué)重點難點理論學(xué)時實驗學(xué)時對應(yīng)的課程目標(biāo)1引言1.1材料力學(xué)的任務(wù)1.2材料力學(xué)的研究對象1.3材料力學(xué)的基本假設(shè)1.4桿件變形的基本形式教學(xué)要求：使學(xué)生掌握強度、剛度和穩(wěn)定性的概念；了解材料力學(xué)的任務(wù)；掌握變形體的基本假設(shè)。重點：強度、剛度和穩(wěn)定性的概念；變形體的基本假設(shè)。難點：強度、剛度和穩(wěn)定性概念的深入理解212拉伸、壓縮與剪切2.1軸向拉伸與壓縮的概念和實例2.2軸向拉伸或壓縮時橫截面上的內(nèi)力和應(yīng)力2.3直桿軸向拉伸或壓縮時斜截面上的應(yīng)力2.4材料拉伸時的力學(xué)性能2.5材料壓縮時的力學(xué)性能2.7失效、安全因數(shù)和強度計算2.8軸向拉伸或壓縮時的變形2.10拉伸、壓縮超靜定問題2.11溫度應(yīng)力和裝配應(yīng)力2.12應(yīng)力集中的概念2.13剪切與擠壓的實用計算教學(xué)要求：使學(xué)生掌握掌握軸向拉（壓）桿的內(nèi)力、應(yīng)力及變形的計算；掌握拉（壓）桿的強度計算；掌握材料在拉（壓）時的力學(xué)性能；了解應(yīng)力集中的概念；掌握桿件剪切和擠壓變形時的實用計算，及剪切面和擠壓面的確定方法。重點：軸力圖的繪制、拉壓桿的強度計算，剪切與擠壓變形的實用計算。難點：內(nèi)力、應(yīng)力及強度計算。剪切面和擠壓面的確定。1241、2、33圓軸扭轉(zhuǎn)3.1扭轉(zhuǎn)的概念和實例3.2外力偶矩的計算扭矩和扭矩圖3.3純剪切3.4圓軸扭轉(zhuǎn)時的應(yīng)力3.5圓軸扭轉(zhuǎn)時的變形教學(xué)要求：使學(xué)生掌握圓軸扭轉(zhuǎn)時外力作用的特點和橫截面上內(nèi)力、應(yīng)力的計算；掌握扭矩圖的繪制方法；掌握圓軸扭轉(zhuǎn)時的強度和剛度計算。重點：扭矩圖的繪制，圓軸扭轉(zhuǎn)時強度和剛度計算。難點：圓軸扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)強度和剛度計算。621、2、34彎曲變形4.1平面彎曲的概念和實例4.2梁的計算簡圖及分類4.3剪力和彎矩剪力圖和彎矩圖4.4彎矩、剪力與分布載荷集度之間的微分關(guān)系4.5純彎曲梁橫截面上的正應(yīng)力4.6截面慣性矩與平行移軸公式4.7梁的切應(yīng)力簡介4.8梁彎曲時的強度計算4.9提高彎曲強度的措施4.10工程中的彎曲變形問題4.11梁的彎曲變形與剛度條件4.12用比較法解簡單超靜定4.13提高彎曲剛度的一些措施教學(xué)要求：使學(xué)生掌握彎曲內(nèi)力的簡易計算方法；熟練寫出梁的剪力方程和彎矩方程：掌握快速繪制剪力圖和彎矩圖的方法。使學(xué)生了解純彎曲的概念；掌握梁的正應(yīng)力計算、正應(yīng)力的強度條件；了解切應(yīng)力計算、切應(yīng)力強度條件；了解提高彎曲強度的措施。使學(xué)生了解梁的撓度與轉(zhuǎn)角概念，以及梁的撓曲線近似微分方程。掌握用積分法和疊加法求解梁的變形；了解彎曲變形的剛度計算、疊加法求解梁的變形；重點：剪力圖和彎矩圖的繪制、梁彎曲正應(yīng)力的強度計算。。難點：剪力和彎矩的計算、剪力圖和彎矩圖的繪制。梁彎曲正應(yīng)力與切應(yīng)力的強度計算。1821、25應(yīng)力狀態(tài)與強度理論5.1應(yīng)力狀態(tài)概述5.2二向應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)力分析——解析法、圖解法5.3三向應(yīng)力狀態(tài)及廣義胡克定律5.4強度理論概述5.5四種常用強度理論教學(xué)要求：使學(xué)生了解一點處應(yīng)力狀態(tài)的概念；掌握二向應(yīng)力狀態(tài)下應(yīng)力分析的解析法和圖解法；了解三向應(yīng)力狀態(tài)的最大應(yīng)力和廣義胡克定律及其應(yīng)用；了解強度理論的概念及四個強度理論的應(yīng)用。重點：二向應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)力分析的解析法和圖解法。難點：主應(yīng)力大小及方位的確定。61、26組合變形6.1拉壓與彎曲的組合變形、偏心壓縮6.2彎扭組合變形6.3組合變形的工程應(yīng)用教學(xué)要求：使學(xué)生了解組合變形的概念；掌握組合變形工程問題的解決思路和方法；掌握直桿的拉（壓）與彎曲、圓軸扭轉(zhuǎn)與彎曲的組合變形的強度計算。重點：圓軸彎曲與扭轉(zhuǎn)組合變形的強度計算。難點：圓軸扭轉(zhuǎn)與雙向彎曲組合變形的強度計算。41、27壓桿穩(wěn)定7.1壓桿穩(wěn)定的概念7.2細(xì)長壓桿的臨界力——歐拉公式7.3壓桿的臨界應(yīng)力7.4壓桿的穩(wěn)定性校核7.5提高壓桿穩(wěn)定性的措施教學(xué)要求：使學(xué)生了解穩(wěn)定性的概念；掌握計算壓桿臨界力和臨界應(yīng)力的方法；掌握壓桿的穩(wěn)定性校核。重點：壓桿臨界壓力的計算。難點：壓桿的穩(wěn)定性校核。41、28動載荷與交變應(yīng)力8.1動載荷的概念及慣性力問題8.2構(gòu)件承受沖擊載荷時的動應(yīng)力8.3交變應(yīng)力的概念及材料的持久極限8.4構(gòu)件的持久極限及疲勞強度計算教學(xué)要求：了解動載荷與動應(yīng)力的概念，了解提高構(gòu)件抗沖擊能力的措施，了解動荷載作用下桿件的強度設(shè)計方法及其應(yīng)用；了解交變應(yīng)力與疲勞破壞的概念、交變應(yīng)力的循環(huán)特征、影響疲勞極限的因素。了解簡單構(gòu)件疲勞強度計算。重點：動荷載作用下桿件的強度設(shè)計方法，以及影響疲勞極限的因素。難點：動荷載作用下桿件的強度設(shè)計方法及其應(yīng)用，以及簡單構(gòu)件疲勞強度計算。41、2合計5682.實驗/實踐或上機部分見表3表3實驗項目、實驗內(nèi)容與學(xué)時實驗項目實驗內(nèi)容和要求實驗學(xué)時對應(yīng)的課程目標(biāo)1.拉伸實驗實驗內(nèi)容：分別測定鑄鐵和低碳鋼標(biāo)準(zhǔn)拉伸試件在軸向拉伸載荷下的材料特性。實驗要求：測定鑄鐵和低碳鋼的拉伸強度極限，觀察比較材料的破壞現(xiàn)象，分析破壞原因。22、32.壓縮實驗實驗內(nèi)容：分別測定鑄鐵和低碳鋼標(biāo)準(zhǔn)壓縮試件在軸向壓縮載荷下的材料特性。。實驗要求：測定鑄鐵和低碳鋼的壓縮強度極限，觀察比較材料的破壞現(xiàn)象，分析破壞原因。22、33.扭轉(zhuǎn)實驗實驗內(nèi)容：分別測定鑄鐵和低碳鋼實心圓軸抵抗扭矩作用時的力學(xué)性能。實驗要求：測定低碳鋼、鑄鐵材料扭轉(zhuǎn)的強度指標(biāo)，觀察破壞現(xiàn)象。22、34純彎曲實驗實驗內(nèi)容：測定梁在純彎曲時橫截面上正應(yīng)力的大小和分布規(guī)律。實驗要求：測定梁純彎曲時橫截面上正應(yīng)力規(guī)律，驗證公式與實踐的符合性，測定材料的泊松比，掌握電測基本原理。22、3合計8五、教學(xué)方法及手段本課程以課堂講授為主，結(jié)合討論、案例、視頻資源共享、實驗等教學(xué)手段完成課程教學(xué)任務(wù)和相關(guān)能力的培養(yǎng)。學(xué)生比較全面地理解桿件為主的結(jié)構(gòu)安全性校核、截面設(shè)計及安全許可載荷確定等工程設(shè)計計算任務(wù)，解決各類工程結(jié)構(gòu)與設(shè)備中材料、構(gòu)件、結(jié)構(gòu)設(shè)計中的安全問題的能力。在實驗教學(xué)環(huán)節(jié)中，以學(xué)習(xí)材料力學(xué)的基本試驗方法和訓(xùn)練實驗研究能力為主，驗證理論為輔。通過實驗要使學(xué)生認(rèn)識低碳鋼和灰口鑄鐵的基本力學(xué)行為，掌握符合國標(biāo)規(guī)定的力學(xué)性能測試方法；并掌握電測實驗應(yīng)力分析的基本原理與方法，并使相關(guān)課程理論得到驗證。培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、實際動手能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。六、課程資源庫1.推薦教材張春梅、段翠芳主編，《工程力學(xué)》機械工業(yè)出版社，20222.參考書（1）范欽珊.殷雅俊.材料力學(xué)（第3版）.清華大學(xué)出版社.2019.（2）紀(jì)炳炎.工程力學(xué)（.材料力學(xué)）.高等教育出版社.2016.（3）孫訓(xùn)方等.材料力學(xué).高等教育出版社.2019.（3）張少實等.材料力學(xué).機械工業(yè)出版社.2017.（5）魏媛等..材料力學(xué).機械工業(yè)出版社.2019..3.期刊（1）工程力學(xué).ISSN:11-2595/03.（2）應(yīng)用力學(xué)學(xué)報.ISSN:1000-4939（3）力學(xué)與實踐.ISSN:1000-0879.（4）力學(xué)學(xué)報.ISSN:0459-1879.（5）InternationalJournalofmechanicalSciences.ISSN:0020-7403.（5）AppliedMechanicsReviews.ISSN:0003-6900.4.網(wǎng)絡(luò)資源（1）河南工學(xué)院《材料力學(xué)》河南省職業(yè)教育精品在線課程./mooc-ans/mycourse/teachercourse?moocId=224251000&clazzid=74490587&edit=true&v=0&cpi=163596669&pageHeader=0（2）大連理工大學(xué)《材料力學(xué)》國家精品課./course/DLUT-1001962032.（3）西南交通大學(xué)《材料力學(xué)》國家精品課./course/SWJTU-305001.七、課程考核對課程目標(biāo)的支撐課程成績由過程性考核成績和期末考核成績兩部分構(gòu)成，具體考核/評價細(xì)則及對課程目標(biāo)的支撐關(guān)系見表4。表4課程考核對課程目標(biāo)的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評價細(xì)則課程目標(biāo)123過程性考核課堂表現(xiàn)10（1）根據(jù)學(xué)習(xí)通課程視頻線上學(xué)習(xí)時長和課堂討論回答情況進(jìn)行考核，滿分100分。（2）以平時考核成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?5實驗22（1）根據(jù)每個實驗的實驗操作完成情況和實驗報告質(zhì)量單獨評分，滿分100分；（2）每次實驗單獨評分，取各次實驗成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以實驗成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績。√220作業(yè)18（1）主要考核學(xué)生對各章節(jié)知識點的復(fù)習(xí)、理解和掌握程度，包括線上作業(yè)（客觀題為主）、線下作業(yè)（主觀題為主）兩類，滿分100分；（2）每次作業(yè)單獨評分，取各次成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以作業(yè)成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?08期末考核50（1）卷面成績100分，以卷面成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績。（2）主要考核掌握桿件內(nèi)力、應(yīng)力、變形分布規(guī)律的基本原理和方法;掌握分析構(gòu)件的強度、剛度和穩(wěn)定性等問題的理論與計算,以及對對常用材料的基本力學(xué)性能及其測定方法有初步認(rèn)識。（3）考試題型為：判斷題、選擇題、作圖題、計算分析題。√√√3020合計：100分453520八、考核與成績評定1.考核方式及成績評定考核方式：本課程主要以課堂表現(xiàn)、實驗、作業(yè)、期末考試等方式對學(xué)生進(jìn)行考核評價。考核基本要求：（加強過程考核）考核總成績由期末試卷成績和過程性考核成績組成。其中：期末試卷成績?yōu)?00分（權(quán)重50%），試題類型為判斷題、選擇題、作圖題、計算分析題等類型，試卷中基本知識、基本理論、基本技能的試題分值不超過50%，綜合應(yīng)用題