《力學(xué)基礎(chǔ)》教學(xué)大綱

《力學(xué)基礎(chǔ)》教學(xué)大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：01150331課程性質(zhì)：專業(yè)選修課學(xué)分：3學(xué)分學(xué)時：48學(xué)時（理論40學(xué)時，實驗8學(xué)時）先修課程：大學(xué)物理、高等數(shù)學(xué)C、機械制圖等后續(xù)課程：機械原理、機器人機械基礎(chǔ)等適用專業(yè)：機器人工程專業(yè)開課單位：機械工程學(xué)院一、課程說明《力學(xué)基礎(chǔ)》是機器人工程專業(yè)的一門專業(yè)選修課。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(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：熟悉工程中常見各類約束的性質(zhì)，掌握物體的受力分析方法，以及各類力系的簡化方法和平衡條件，并能求解各種靜定結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)問題。課程目標(biāo)2：掌握桿件在常見荷載條件下的強度、剛度及穩(wěn)定性計算方法，能運用強度、剛度及穩(wěn)定性理論對桿件進(jìn)行校核、截面設(shè)計及載荷確定等工程設(shè)計計算任務(wù)。掌握材料的力學(xué)性能及工程力學(xué)實驗的基本知識和操作技能。能夠利用本課程的理論和方法解決一些工程實際問題，提高學(xué)生工程問題的邏輯思維和分析、計算能力。課程目標(biāo)3：課程以“育人為本、德育為先”作為教育方針，培養(yǎng)學(xué)生愛國敬業(yè)、誠信友善的社會主義核心價值觀。注重科學(xué)思維方法的訓(xùn)練和科學(xué)倫理的教育，拓展學(xué)生專業(yè)知識和工作學(xué)習(xí)能力，訓(xùn)練學(xué)生掌握自主學(xué)習(xí)的方法和技能，適應(yīng)社會科學(xué)技術(shù)發(fā)展的能力。從專業(yè)角度培養(yǎng)學(xué)生遵紀(jì)守法的職業(yè)道德，專業(yè)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)穆殬I(yè)態(tài)度，求真務(wù)實、開拓創(chuàng)新的科學(xué)精神與職業(yè)精神。課程注重理論和實踐結(jié)合，實驗中要求學(xué)生體力和腦力相結(jié)合，從而培養(yǎng)善于思維、富于創(chuàng)造的應(yīng)用型人才。三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求《力學(xué)基礎(chǔ)》課程教學(xué)目標(biāo)對機器人工程專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見表1。表1課程教學(xué)目標(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：具有從事機器人工程領(lǐng)域所需的數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識，并能夠綜合應(yīng)用這些知識解決機器人工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題。1.1掌握機器人工程領(lǐng)域所需的數(shù)學(xué)、大學(xué)物理等科學(xué)知識，具備理解和表述復(fù)雜工程的計算和分析能力。課程目標(biāo)1：熟悉工程中常見各類約束的性質(zhì)，掌握物體的受力分析方法，以及各類力系的簡化方法和平衡條件，并能求解各種靜定結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)問題。課程目標(biāo)2：掌握桿件在常見荷載條件下的強度、剛度及穩(wěn)定性計算方法，能運用強度、剛度及穩(wěn)定性理論對桿件進(jìn)行校核、截面設(shè)計及載荷確定等工程設(shè)計計算任務(wù)。掌握材料的力學(xué)性能及工程力學(xué)實驗的基本知識和操作技能。能夠利用本課程的理論和方法解決一些工程實際問題，提高學(xué)生工程問題的邏輯思維和分析、計算能力。H6.工程與社會：能夠基于機器人工程相關(guān)背景知識進(jìn)行合理分析，評價機器人工程專業(yè)的工程實踐和復(fù)雜工程問題解決方案對社會、健康、安全、法律以及文化的影響，并理解應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任。6.1具有機器人工程專業(yè)及其相關(guān)領(lǐng)域工程學(xué)習(xí)和社會實踐經(jīng)歷。課程目標(biāo)3：課程以“育人為本、德育為先”作為教育方針，培養(yǎng)學(xué)生愛國敬業(yè)、誠信友善的社會主義核心價值觀。注重科學(xué)思維方法的訓(xùn)練和科學(xué)倫理的教育，拓展學(xué)生專業(yè)知識和工作學(xué)習(xí)能力，訓(xùn)練學(xué)生掌握自主學(xué)習(xí)的方法和技能，適應(yīng)社會科學(xué)技術(shù)發(fā)展的能力。從專業(yè)角度培養(yǎng)學(xué)生遵紀(jì)守法的職業(yè)道德，專業(yè)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)穆殬I(yè)態(tài)度，求真務(wù)實、開拓創(chuàng)新的科學(xué)精神與職業(yè)精神。課程注重理論和實踐結(jié)合，實驗中要求學(xué)生體力和腦力相結(jié)合，從而培養(yǎng)善于思維、富于創(chuàng)造的應(yīng)用型人才。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.理論部分理論部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配見表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.靜力基礎(chǔ)1.1靜力學(xué)的基本概念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：使學(xué)生了解靜力學(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、32.平面力系的平衡問題2.1平面匯交力系的合成與平衡2.2平面力偶系的平衡問題2.3力的平移定理2.4平面任意力系向的簡化2.5平面任意力系簡化結(jié)果分析2.6平面任意力系的平衡方程及應(yīng)用2.7平面平行力系的平衡問題2.8物體系的平衡問題靜定和超靜定問題教學(xué)要求：使學(xué)生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；掌握平面力系的平衡方程及應(yīng)用；熟練求解簡單物體系的平衡問題。重點：力的投影、力對點之矩的計算、平面力系的平衡方程及應(yīng)用。難點：物體系的平衡問題。81、33.空間力系3.1力在空間直角坐標(biāo)軸上的投影3.2空間力對點之矩和力對軸之矩3.3空間任意力系的簡化及平衡3.4重心教學(xué)要求：使學(xué)生掌握力在空間直角坐標(biāo)軸上的投影及力對軸之矩的計算；了解空間任意力系的簡化和簡化結(jié)果分析；掌握空間任意力系的平衡方程及應(yīng)用；了解物體重心概念及簡單形體重心的求解方法。重點：力在空間直角坐標(biāo)軸上的投影、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：物體系的空間力系平衡問題。41、34.摩擦4.1滑動摩擦4.2摩擦角和自鎖4.3考慮摩擦?xí)r物體的平衡問題4.4滾動摩阻的概念教學(xué)要求：使學(xué)生掌握滑動摩擦、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、3材料力學(xué)引言5.軸向拉伸和壓縮5.1軸向拉壓的概念和工程實例5.2截面法軸力與軸力圖5.3軸向拉（壓）桿橫截面上的應(yīng)力與斜截面上的應(yīng)力5.4材料拉（壓）時的變形和胡克定律5.5材料在軸向拉（壓）時的力學(xué)性能5.6軸向拉（壓）桿的強度計算5.7拉壓桿的超靜定問題簡介5.8應(yīng)力集中的概念5.9剪切和擠壓的實用計算5.10剪切和擠壓的實用計算教學(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)；掌握材料力學(xué)的基本假設(shè)；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。842、36.圓軸扭轉(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：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。422、37.彎曲7.1平面彎曲的概念和工程實例7.2梁的計算簡圖及分類7.3剪力和彎矩剪力圖和彎矩圖7.4剪力、彎矩與均布載荷集度之間的微分關(guān)系7.5純彎曲梁橫截面上的正應(yīng)力7.6梁彎曲時的強度計算7.7提高彎曲強度的措施教學(xué)要求：使學(xué)生掌握彎曲內(nèi)力的計算方法；掌握剪力圖和彎矩圖的畫法。理解純彎曲的概念；掌握梁彎曲時正應(yīng)力的強度計算；了解梁彎曲時切應(yīng)力的強度計算；掌握提高梁彎曲強度的措施。重點：剪力和彎矩的計算、剪力圖與彎矩圖的繪制、梁彎曲正應(yīng)力的強度計算。難點：剪力圖與彎矩圖的繪制、梁彎曲正應(yīng)力的強度計算。622、38.壓桿穩(wěn)定10.1壓桿穩(wěn)定的概念10.2細(xì)長壓桿的臨界力——歐拉公式10.3壓桿的臨界應(yīng)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。22、3合計4082.實驗部分實驗部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配見表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.拉伸試驗實驗內(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。22、32.壓縮試驗實驗內(nèi)容：測定鑄鐵、低碳鋼材料的壓縮強度指標(biāo)，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。22、33.扭轉(zhuǎn)試驗實驗內(nèi)容：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。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。21、2、34.彎曲試驗實驗內(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，掌握電測基本原理。21、2、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《力學(xué)基礎(chǔ)》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(yán)肅認(rèn)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(jìn)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(yán)謹(jǐn)?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.推薦教材：張春梅、段翠芳.《工程力學(xué)》[M],北京：機械工業(yè)出版社，2022.2.參考書：（1）張秉榮.《工程力學(xué)》（第4版）[M],北京：機械工業(yè)出版社.2018.（2）紀(jì)炳炎.《工程力學(xué)》[M],北京：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）[M],北京：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）[M],北京：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[M],北京：機械工業(yè)出版社.2005.（6）唐靜靜范欽珊.《工程力學(xué)》（第3版）[M],北京：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）[M],北京：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).ISSN1000-47504.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(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)課堂出勤情況和課堂回答問題情況進(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?42實驗10（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?！獭?2作業(yè)20（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，包括線上作業(yè)和線下作業(yè)，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?84期末考核60（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）主要考核物體的受力分析、平衡方程的應(yīng)用；內(nèi)力圖的繪制，構(gòu)件的內(nèi)力、應(yīng)力和變形的計算，構(gòu)件的強度、剛度和穩(wěn)定性校核的相關(guān)分析與計算等內(nèi)容。（3）考試題型為：判斷題、選擇題、簡答題、綜合分析題、繪圖題和分析計算題等?！獭獭?52510合計：100分453718八、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?？己嘶疽螅海訌娺^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60%），試題類型為填空題、選擇題、判斷題、簡答題、計算題和分析題等類型，