《工程力學(xué)》教學(xué)大綱

《工程力學(xué)》教學(xué)大綱適用范圍：202X版人才培養(yǎng)方案課程代碼：01130341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)、機械制圖等后續(xù)課程：機械原理、機械設(shè)計等適用專業(yè)：機械電子工程開課單位：機械工程學(xué)院一、課程說明《工程力學(xué)》是機械電子專業(yè)的一門學(xué)科基礎(chǔ)必修課。本課程主要傳授工程力學(xué)的基本理論和分析方法，其任務(wù)主要是研究剛體的平衡條件及變形固體強度、剛度、穩(wěn)定性的基本理論和分析方法。本課程注重基本理論知識的深入學(xué)習(xí)，強調(diào)培養(yǎng)運用基礎(chǔ)理論知識解決生產(chǎn)實際中問題的能力。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生學(xué)會應(yīng)用工程力學(xué)的基本理論和分析方法，解決一些簡單的工程實際問題，提高學(xué)生工程問題的邏輯思維和分析、計算能力，同時為學(xué)習(xí)其他有關(guān)課程及以后從事技術(shù)工作打下必要的基礎(chǔ)。二、課程目標通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達到如下目標：課程目標1：能夠綜合使用靜力學(xué)方法、材料力學(xué)理論從工程問題中提煉出力學(xué)模型并數(shù)字化，進而求解結(jié)構(gòu)的靜力平衡問題；能夠計算和分析桿件的應(yīng)力、應(yīng)變或變形，評估其強度和剛度；能夠根據(jù)靜力學(xué)分析結(jié)果，優(yōu)化結(jié)構(gòu)幾何設(shè)計；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)嚴謹、認真細致、實事求是的科學(xué)態(tài)度和職業(yè)道德。課程目標2：能夠表述、解釋和判別靜力學(xué)與材料力學(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；熟練使用靜力學(xué)知識分析結(jié)構(gòu)的受力并畫出受力圖，并基于工程力學(xué)的基本假設(shè)和分析方法，判別簡單工程設(shè)計方案的合理性。養(yǎng)成積極進取、敢于挑戰(zhàn)、崇尚科學(xué)、探究科學(xué)的學(xué)習(xí)態(tài)度和思想意識。課程目標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、課程目標與畢業(yè)要求《工程力學(xué)》課程教學(xué)目標對機械電子工程專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見表1。表1課程教學(xué)目標與畢業(yè)要求指標點關(guān)系畢業(yè)要求指標點課程目標支撐強度1.工程知識：能夠?qū)?shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和機械電子類等專業(yè)知識用于分析解決機電工程領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題。1.2能夠?qū)?shù)理和工程科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)知識用于對機械電子相關(guān)復(fù)雜工程問題建立數(shù)學(xué)模型并進行求解；課程目標1：能夠綜合使用靜力學(xué)方法、材料力學(xué)理論從工程問題中提煉出力學(xué)模型并數(shù)字化，進而求解結(jié)構(gòu)的靜力平衡問題；能夠計算和分析桿件的應(yīng)力、應(yīng)變或變形，評估其強度和剛度；能夠根據(jù)靜力學(xué)分析結(jié)果，優(yōu)化結(jié)構(gòu)幾何設(shè)計；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)嚴謹、認真細致、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、并通過文獻研究分析復(fù)雜工程問題，以獲得有效結(jié)論。2.1能應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理和標準規(guī)范，識別與表達機械相關(guān)的復(fù)雜工程問題；課程目標2：能夠表述、解釋和判別靜力學(xué)與材料力學(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；熟練使用靜力學(xué)知識分析結(jié)構(gòu)的受力并畫出受力圖，并基于工程力學(xué)的基本假設(shè)和分析方法，判別簡單工程設(shè)計方案的合理性。養(yǎng)成積極進取、敢于挑戰(zhàn)、崇尚科學(xué)、探究科學(xué)的學(xué)習(xí)態(tài)度和思想意識。M4.研究：能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)方法對機電工程領(lǐng)域相關(guān)復(fù)雜工程問題進行研究，包括問題的提出與判斷，研究方案的設(shè)計與實施，實驗數(shù)據(jù)和相關(guān)信息的分析與關(guān)聯(lián)，通過研究得到合理有效的結(jié)論。4.1能夠?qū)C電工程相關(guān)的各類物理現(xiàn)象、材料特性進行研究和實驗驗證；課程目標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1.靜力學(xué)公理和物體的受力分析1.1力的概念1.2靜力學(xué)公理1.3約束和約束反力1.4物體的受力分析和受力圖教學(xué)要求：理解靜力學(xué)平衡、剛體和力的基本概念；掌握靜力學(xué)公理；掌握各類常見約束的性質(zhì)；掌握物體和物體系統(tǒng)受力分析并畫出受力圖。重點：工程中常見約束的性質(zhì)，物體的受力分析和受力圖。難點：工程中常見約束的性質(zhì)。61、22.平面力系的合成與平衡2.1平面匯交力系的合成與平衡2.2力對點之矩2.3平面力偶系的合成2.4力的平移定理2.5平面任意力系向作用面內(nèi)任一點的簡化2.6平面任意力系簡化結(jié)果分析2.7平面任意力系的平衡方程及其應(yīng)用2.8物體系統(tǒng)的平衡問題教學(xué)要求：掌握力的投影的計算；掌握力矩、力偶的概念和性質(zhì)；理解力的平移定理及其應(yīng)用；熟悉平面任意力系的簡化過程和簡化結(jié)果分析；掌握平面任意力系的平衡方程及應(yīng)用；熟練求解簡單物體系統(tǒng)的平衡問題。重點：力的投影、力對點之矩的計算、平面任意力系的平衡方程。難點：物體系統(tǒng)的平衡問題。81、23.空間力系與重心3.1力在空間直角坐標軸上的投影3.2空間匯交力系的合成與平衡3.3力對軸之矩3.4空間任意力系的平衡方程及其應(yīng)用3.5重心教學(xué)要求：掌握空間力在直角坐標系中投影的計算；了解空間力對點之矩的計算；掌握空間力對軸之矩的計算方法；了解空間力偶的概念和性質(zhì)；了解空間任意力系的簡化和簡化結(jié)果分析；了解空間任意力系的平衡方程及應(yīng)用；掌握計算軸系零部件空間力系平衡問題的方法；了解物體重心概念及簡單形體重心的求解方法。重點：空間力的投影、空間力對軸之矩的計算、軸系零部件空間力系的平衡問題。難點：物體系統(tǒng)的空間力系平衡問題。41、24.考慮摩擦的平面力系問題4.1滑動摩擦的概念4.2考慮摩擦?xí)r物體的平衡問題4.3摩擦角和自鎖4.4滾動摩阻的概念教學(xué)要求：掌握滑動摩擦的概念；掌握滑動摩擦力的特征；了解摩擦角和自鎖的概念；了解考慮滑動摩擦?xí)r簡單物體系統(tǒng)平衡問題的求解方法；了解滾動摩擦的概念。重點：摩擦角和自鎖的概念、考慮滑動摩擦?xí)r簡單物體系統(tǒng)的平衡問題。難點：摩擦角和自鎖的概念。21、2材料力學(xué)緒論5．拉伸和壓縮5.1軸向拉壓的概念和工程實例5.2軸向拉壓時橫截面上的內(nèi)力、截面法和軸力圖5.3拉伸或壓縮時橫截面上的應(yīng)力5.4材料拉壓時的變形和胡克定律5.5材料軸向拉壓下的力學(xué)性能5.6拉桿和壓桿的強度計算5.7拉壓桿的超靜定問題5.8應(yīng)力集中的概念5.9剪切和擠壓的基本概念5.10剪切和擠壓的實用計算教學(xué)要求：要求學(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)。要求學(xué)生掌握軸向拉壓時外力作用的特點和橫截面上內(nèi)力、應(yīng)力及變形的計算；掌握拉壓桿的強度計算；掌握材料在拉伸或壓縮時的力學(xué)性能。要求學(xué)生掌握剪切和擠壓時外力作用的特點及應(yīng)力的計算；熟練掌握剪切面和擠壓面的確定方法。重點：軸力圖的繪制、拉壓桿強度計算，剪切面和擠壓面的確定。難點：內(nèi)力、應(yīng)力及強度計算。剪切面和擠壓面的確定。841、2、36．扭轉(zhuǎn)6.1圓軸扭轉(zhuǎn)的概念和工程實例6.2扭矩和扭矩圖6.3圓軸扭轉(zhuǎn)時的應(yīng)力和變形6.4圓軸扭轉(zhuǎn)時的強度和剛度計算教學(xué)要求：要求學(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；熟練掌握扭矩圖的繪制；熟練掌握圓軸扭轉(zhuǎn)的強度計算。重點：扭矩圖的繪制，扭轉(zhuǎn)強度計算。難點：扭矩圖的繪制，扭轉(zhuǎn)強度和剛度條件的應(yīng)用。421、2、37．平面彎曲7.1平面彎曲的概念和工程實例7.2梁的計算力學(xué)模型7.3梁的內(nèi)力---剪力和彎矩7.4剪力方程和彎矩方程剪力圖和彎矩圖7.5載荷集度、剪力和彎矩間的關(guān)系7.6純彎曲梁橫截面上的正應(yīng)力7.7梁的正應(yīng)力強度計算7.8梁的切應(yīng)力強度計算7.9梁的變形分析7.10提高彎曲強度的措施教學(xué)要求：要求學(xué)生掌握彎曲內(nèi)力的計算方法；能正確寫出剪力方程和彎矩方程；熟練掌握畫剪力圖和彎矩圖的方法。理解純彎曲的概念；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。掌握梁的撓度與轉(zhuǎn)角概念；了解梁的撓曲線近似微分方程，用疊加法求梁的變形；了解彎曲變形的剛度計算；了解簡單超靜定梁的求解方法。重點：剪力彎矩圖的繪制。彎曲正應(yīng)力的強度條件。彎曲正應(yīng)力的強度條件的應(yīng)用。梁的變形計算。難點：剪力彎矩的計算、剪力彎矩圖的繪制。梁的變形計算。1021、2、38．應(yīng)力狀態(tài)及強度理論8.1應(yīng)力狀態(tài)的概念8.2平面應(yīng)力狀態(tài)8.3空間應(yīng)力狀態(tài)及最大切應(yīng)力、廣義胡克定律8.4強度理論教學(xué)要求：掌握一點處應(yīng)力狀態(tài)的概念；掌握平面應(yīng)力狀態(tài)下應(yīng)力分析的解析法；了解強度理論的概念，了解四個強度理論的應(yīng)用。重點：二向應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力分析的解析法。難點：用解析法求主應(yīng)力大小及方位。41、29．組合變形9.1拉伸（壓縮）與彎曲的組合變形9.2扭轉(zhuǎn)與彎曲的合變形9.3組合變形的工程應(yīng)用教學(xué)要求：了解組合變形的概念；了解拉伸（壓縮）和彎曲、彎扭等組合變形工程問題的解決思路和方法。重點：彎扭組合變形的強度計算方法。難點：彎扭組合變形的強度計算方法。41、2第十章壓桿穩(wěn)定10.1壓桿穩(wěn)定的概念10.2細長壓桿的臨界壓力10.3歐拉公式的適用范圍及中小柔度桿的臨界壓力10.4壓桿的穩(wěn)定性校核10.5提高壓桿穩(wěn)定性的措施教學(xué)要求：了解穩(wěn)定性的概念；了解計算壓桿臨界力和臨界應(yīng)力的方法；了解壓桿穩(wěn)定性校核的方法。重點：壓桿臨界壓力的計算。難點：壓桿穩(wěn)定性校核。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1.拉伸實驗實驗內(nèi)容：測定鑄鐵材料的抗拉強度和低碳鋼材料的屈服極限，觀察比較材料的破壞現(xiàn)象，分析破壞原因。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。232.壓縮實驗實驗內(nèi)容：測定鑄鐵、低碳鋼材料的壓縮強度指標，觀察比較材料的破壞現(xiàn)象，分析破壞原因。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。233.扭轉(zhuǎn)實驗實驗內(nèi)容：測定低碳鋼、鑄鐵材料扭轉(zhuǎn)的強度指標，觀察破壞現(xiàn)象。實驗要求：測定低碳鋼、鑄鐵材料扭轉(zhuǎn)的強度指標，觀察破壞現(xiàn)象。234.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。21、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《工程力學(xué)》的基本知識、基本技能和基本方法，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、分析計算能力、對工程問題的辯證思維能力以及嚴肅認真、實事求是的科學(xué)態(tài)度。在掌握工程力學(xué)基本知識的基礎(chǔ)上，學(xué)生應(yīng)該具備對機械領(lǐng)域的復(fù)雜工程中的力學(xué)問題進行科學(xué)的選擇分析和計算方法的邏輯思維能力。在實驗教學(xué)環(huán)節(jié)中，通過啟發(fā)式教學(xué)、討論式教學(xué)，指導(dǎo)學(xué)生用科學(xué)的手段來驗證理論力學(xué)課程的內(nèi)容，介紹常用設(shè)備和儀器的原理、構(gòu)造和使用維護方法以及綜合實驗內(nèi)容的思路和方案設(shè)計等，從而掌握理論力學(xué)的基本概念及工程中力學(xué)相關(guān)的基本知識。實驗課前要求預(yù)習(xí)，課后及時完成實驗報告，以加深對力學(xué)理論知識的理解，了解理論力學(xué)解決問題的基本思想，培養(yǎng)嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)及對工程結(jié)構(gòu)的力學(xué)計算能力，培養(yǎng)一定的理論分析能力和初步的機床設(shè)備操作能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。六、課程資源庫1.教材：張春梅段翠芳.《工程力學(xué)》.機械工業(yè)出版社.20222.參考書：（1）張秉榮.《工程力學(xué)》（第4版）.機械工業(yè)出版社.2018.（2）紀炳炎.《工程力學(xué)》.高等教育出版社.2016.（3）東北大學(xué)、北京科技大學(xué).《工程力學(xué)學(xué)習(xí)指導(dǎo)及習(xí)題全解》（第5版）.高等教育出版社.2020.（4）唐靜靜范欽珊.《工程力學(xué)習(xí)題全解》（第3版）.高等教育出版社.2020.（5）張?zhí)┤A.微/納米力學(xué)測試技術(shù)及其應(yīng)用.機械工業(yè)出版社.2005.（6）唐靜靜范欽珊.《工程力學(xué)》（第3版）.高等教育出版社.2020.（7）東北大學(xué)、北京科技大學(xué).《工程力學(xué)》（第5版）.高等教育出版社.2020.3.期刊：（1）中國力學(xué)學(xué)會.中國科協(xié).固體力學(xué)學(xué)報.ISSN:0254-7805.（2）中國科學(xué)院.力學(xué)與實踐.ISSN1000-0879.（3）西安交通大學(xué).應(yīng)用力學(xué)學(xué)報.ISSN1000-4939.（4）美國.Journalofappliedmechanics（應(yīng)用力學(xué)）.529B0002.（5）中國力學(xué)學(xué)會.工程力學(xué).ISSN1000-4750.4.網(wǎng)絡(luò)資源：(1)大連理工大學(xué)《工程力學(xué)》.國家精品課https///course/DLUT-1002146001.(2)華中科技大學(xué)《工程力學(xué)》國家精品課./course/HUST-1001515002.(3)北京工業(yè)大學(xué)《工程力學(xué)》國家精品課./VDtI.七、課程考核對課程目標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/評價細則及對課程目標的支撐關(guān)系見表4。表4課程考核對課程目標的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評價細則課程目標123過程化考核課堂表現(xiàn)10%（1）根據(jù)課堂線上自學(xué)情況、課上回答問題、參與討論等進行考核，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?5實驗20%（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?！?0作業(yè)30%（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，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?515綜合測試40%（1）測試成績100分，以測試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識。（3）測試題型為：判斷題、選擇題、作圖題、計算分析題?！獭?020合計：100分404020八、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)和綜合測試等方式對學(xué)生進行考核評價?？己嘶疽螅嚎己丝偝煽冇扇^程性考核成績組成。其中：課堂表現(xiàn)、實驗、作業(yè)共100分（權(quán)重60%）；綜合