工程力學機制 課程教學大綱

【工程力學】【EngineeringMechanics】一、基本信息課程代碼：【1080005】課程學分：【4】面向?qū)I(yè)：【機械設(shè)計制造及其自動化】課程性質(zhì)：【院級必修課】開課院系：機電學院機械工程系使用教材：教材《工程力學》第3版，楊慶生主編，科學出版社，2020參考教材1、工程力學、黃孟生、趙引編著，清華大學出版社，20072、工程力學，王明聰、龐永平主編，北京大學出版社，20173、工程力學，吳永東主編，上海交通大學出版社，2013課程網(wǎng)站網(wǎng)址：先修課程：【高等數(shù)學（上）2100012（5）】二、課程簡介工程力學是一門研究物體機械運動一般規(guī)律和有關(guān)工程構(gòu)件強度、剛度、穩(wěn)定性的科學。它包括靜力學、材料力學、運動學與動力學的有關(guān)內(nèi)容。本課程是機電專業(yè)的一門理論性很強的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課。通過對本課程的學習，可以使學生獲得分析、綜合和歸納力學問題的能力，為今后從事機械產(chǎn)品的設(shè)計、制造、維修、調(diào)試、產(chǎn)品開發(fā)與管理工作打下堅實的基礎(chǔ)。本課程的主要任務(wù)是要研究物體受力的分析方法、物體的運動規(guī)律以及受力物體的運動與作用力之間的關(guān)系；研究桿件在基本變形和組合變形時的強度和剛度問題，以及壓桿的穩(wěn)定問題等等。工程力學是現(xiàn)代工程技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)，它在工科院校中是一門重要的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，在機電專業(yè)中起到了一個承上啟下的作用，學生在掌握了工程力學的知識后，可以將其直接為生產(chǎn)和生活服務(wù)，也可以為學生后繼課程，例如機械設(shè)計基礎(chǔ)、機械制造工藝等課程提供重要基礎(chǔ)。工程力學是一門演繹性較強的課程，對訓(xùn)練邏輯思維頗有好處，同時，工程力學的習題變化多端，可以培養(yǎng)學生靈活運用及其分析問題和解決問題的能力。三、選課建議本課程適用于機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)專升本學生選修，選修時間最好在入學的第一學期。學習該課程的基礎(chǔ)知識要求是：高等數(shù)學。課程與專業(yè)畢業(yè)要求的關(guān)聯(lián)性專業(yè)畢業(yè)要求關(guān)聯(lián)LO11：理解他人的觀點，尊重他人的價值觀，能在不同場合用書面或口頭形式進行有效溝通。LO21：能根據(jù)需要確定學習目標，并通過搜集信息、分析信息、討論、實踐、質(zhì)疑、創(chuàng)造等方法來實現(xiàn)學習目標。LO31：能夠應(yīng)用本專業(yè)知識進行產(chǎn)品設(shè)計及工程問題分析。LO32：能夠應(yīng)用計算機輔助繪制工程圖紙、進行產(chǎn)品三維建?；蚬こ虇栴}仿真分析。LO33：具備本專業(yè)工程問題的邏輯分析能力。LO34：能夠應(yīng)用軟件或硬件設(shè)計、編制程序控制機電設(shè)備。LO35：能夠綜合本專業(yè)知識，對機電產(chǎn)品進行安裝調(diào)試。LO41：遵守紀律、守信守責；具有耐挫折、抗壓力的能力。（“責任”為我校校訓(xùn)內(nèi)容之一）。LO51：同群體保持良好的合作關(guān)系，做集體中的積極成員；勇于從不同角度思考問題，勇于提出新設(shè)想。LO61：能在學習、工作中應(yīng)用信息技術(shù)解決問題。LO71：愿意服務(wù)他人、服務(wù)企業(yè)、服務(wù)社會；為人熱忱，富于愛心，懂得感恩（“感恩、回報、愛心”為我校校訓(xùn)內(nèi)容之一）LO81：具有基本的外語表達溝通能力與跨文化理解能力。備注：LO=learningoutcomes（學習成果）課程目標/課程預(yù)期學習成果序號課程預(yù)期學習成果課程目標（細化的預(yù)期學習成果）教與學方式評價方式1L0112通過自主講評作業(yè)，能夠進行平面及空間力的計算和桿件在不同情況下的強度校核。討論教學法課堂展示2L0212通過完成課后作業(yè)能夠進行物體靜力學受力分析，畫出受力圖，列出平衡方程；能夠判別桿件的受力情況，采用合理的條件進行強度校核、分析。任務(wù)教學法作業(yè)評價3L0511通過團隊合作完成拉伸、壓縮、彎曲和扭轉(zhuǎn)實驗，知道材料性能的測試方法和思路實驗教學實驗報告4L06120通過網(wǎng)絡(luò)資源查找速騰斷軸事件，整合資料進行技術(shù)分析。問題本位教學法實驗報告六、課程內(nèi)容單元知識點能力要求教學難點1．靜力學的基本概念(4理論課時)1.理解剛體的概念、力的性質(zhì)、平衡的概念等；2.知道平面匯交力系的合成，會求力在坐標軸上的投影，理解平面匯交力系的平衡條件；3.會運用力對點之矩的計算公式和合力矩定理；4.知道力偶的概念；5.知道力的平移定理；6.理解約束與約束反力的概念，知道工程中常見約束及其約束反力的特點。1.掌握合力投影定理；2.會計算力偶矩、知道力偶矩的方向。1.畫受力圖的方法與步驟。2.平面力系(4理論課時)1.知道平面力系的簡化；2.理解平面力系的平衡方程及其應(yīng)用；3.理解考慮摩擦時的平衡問題。1.能夠求平面力系的主矢、主矩、合力；2.會運用平面力系的平衡條件求解物體系統(tǒng)的平衡問題。1.求平面力系合力的步驟。3.空間力系(4理論課時)1.會求空間力的投影，力對軸之矩的計算公式；2.知道空間匯交力系、空間任意力系的簡化過程；3.會運用空間匯交力系、空間平行力系與空間任意力系的平衡方程；4.知道平行力系中心、物體重心的公式，會計算物體重心。1.能夠求空間力系的主矢、主矩、合力；2.會運用空間力系的平衡條件求解物體系統(tǒng)的平衡問題。1.求空間力系合力的步驟；2.求重心（形心）的步驟。4.軸向拉伸與壓縮(6理論課時+6實驗課時)1.知道材料力學的任務(wù)、變形固體及其基本假設(shè)、桿件變形的基本形式；2.會運用截面法求桿件的內(nèi)力；3.理解軸向拉伸與壓縮的概念和實例；4.知道應(yīng)力的概念，會計算直桿拉伸或壓縮時橫截面上的應(yīng)力；5.理解材料在拉伸與壓縮時的力學性能。了解應(yīng)力——應(yīng)變圖及其特性點，了解比例極限、彈性極限、屈服極限、強度極限。6．了解塑性指標：延伸率和斷面收縮率。了解鑄鐵和其它材料的拉伸試驗。了解各種材料的壓縮試驗；7.理解塑性材料與脆性材料的力學性能對比；8.分析安全系數(shù)、許用應(yīng)力的概念；9.會運用直桿拉伸或壓縮時的強度條件；10.會計算直桿拉伸或壓縮時的變形；11.會計算軸線方向的伸長或縮短、線應(yīng)變。1.會畫軸向拉壓桿件的軸力圖；2.理解低碳鋼的拉伸試驗；3.了解彈性模量、胡克定律、橫向應(yīng)變、泊松比。1.使用截面法求軸力。2.軸力的方向；3.拉伸試驗的應(yīng)力——應(yīng)變曲線圖。5.剪切與擠壓(2理論課時+2實驗課時)1.知道剪切與擠壓的概念；2.會運用剪切和擠壓的強度條件。1.會畫剪切變形的剪力圖。1.剪應(yīng)力與剪應(yīng)變概念的理解。6.圓軸扭轉(zhuǎn)(6理論課時+2實驗課時)1.理解扭轉(zhuǎn)的概念與實例；2.掌握軸所傳遞的功率與軸的轉(zhuǎn)速及外力偶矩之間的關(guān)系；3.理解圓軸扭轉(zhuǎn)時的應(yīng)力和變形；4.會計算圓截面的極慣性矩、抗扭截面模量；5.知道圓軸的抗扭剛度。1.會計算扭矩并畫出扭矩圖；2.會運用圓軸扭轉(zhuǎn)的強度條件與剛度條件。1.求極慣性矩、抗扭截面模量。7.平面彎曲內(nèi)力(2理論課時)1.知道平面彎曲（對稱彎曲）的概念和實例；2.了解梁的計算簡圖，理解剪力與彎矩的概念；3.會寫剪力方程與彎矩方程并準確畫出剪力圖與彎矩圖；4.理解分布載荷集度、剪力和彎矩之間的微分關(guān)系。1.會繪制剪力圖與彎矩圖。1.梁的彎曲內(nèi)力的理解。8.平面彎曲梁的強度與剛度計算(12理論課時+2實驗課時)1.知道純彎曲的概念、會運用梁在純彎曲時的正應(yīng)力計算公式；2.理解抗彎截面模量的計算。3.會運用梁的正應(yīng)力強度條件；4.知道梁的切應(yīng)力計算公式；5.知道梁的變形概念；6.理解撓度與轉(zhuǎn)角的概念；7.會運用疊加法求梁的撓度與轉(zhuǎn)角。1.知道提高梁彎曲強度的主要措施；2.知道提高梁的彎曲剛度的措施。1.理解梁的撓曲線近似微分方程。9.應(yīng)力狀態(tài)與強度理論(4理論課時)1.理解應(yīng)力狀態(tài)的概念；2.理解主應(yīng)力和主平面的概念；3.會運用平面應(yīng)力狀態(tài)的應(yīng)力分析——解析法；4.知道強度理論的概念；5.知道強度失效的兩種形式——塑性屈服與脆性斷裂；6.理解相當應(yīng)力的概念及其在不同強度理論中的表達式。1.理解最大拉應(yīng)力理論、最大切應(yīng)力理論、形狀改變比能理論和莫爾強度理論。1.應(yīng)力狀態(tài)的理解。10.組合變形時桿件的強度計算(2理論課時+4實驗課時)1.理解組合變形的概念和疊加原理；2.會運用拉伸（壓縮）與彎曲組合變形的強度計算公式；3.會運用彎曲與扭轉(zhuǎn)組合變形的強度計算公式。1.會進行組合變形的強度計算。1.疊加原理。11.壓桿穩(wěn)定性的概念(2理論課時)1.推導(dǎo)細長壓桿的臨界載荷和歐拉公式；2.根據(jù)壓桿的分類，繪制臨界應(yīng)力總圖。1.了解提高壓桿穩(wěn)定性的措施。1.歐拉公式。七、課內(nèi)實驗名稱及基本要求序號實驗名稱主要內(nèi)容實驗時數(shù)實驗類型備注1拉伸試驗（金屬材料）1.掌握電子萬能試驗機/電液萬能試驗機在金屬材料拉伸試驗時的工作原理與操作方法；2.學會測量試件的尺寸；3.學會數(shù)據(jù)的記錄與處理；4.學會通過數(shù)據(jù)提取試件特征量。2驗證型2拉伸試驗（非金屬材料）1.掌握電子萬能試驗機/電液萬能試驗機在非金屬材料拉伸試驗時的工作原理與操作方法；2.學會測量試件的尺寸；3.學會數(shù)據(jù)的記錄與處理；4.學會通過數(shù)據(jù)提取試件特征量2驗證型3壓縮試驗1.掌握電子萬能試驗機/電液萬能試驗機在壓縮試驗時的工作原理與操作方法；2.學會測量試件的尺寸；3.學會數(shù)據(jù)的記錄與處理；4.學會通過數(shù)據(jù)提取試件特征量。2驗證型4剪切試驗1.掌握電子萬能試驗機/電液萬能試驗機在剪切試驗時的工作原理與操作方法；2.學會測量試件的尺寸；3.學會數(shù)據(jù)的記錄與處理；4.學會通過數(shù)據(jù)提取試件特征量。2驗證型5扭轉(zhuǎn)實驗1.掌握電子萬能試驗機/電液萬能試驗機在扭轉(zhuǎn)試驗時的工作原理與操作方法；2.學會測量試件的尺寸；3.學會數(shù)據(jù)的記錄與處理；4.學會通過數(shù)據(jù)提取試件特征量。2驗證型6純彎曲實驗1.掌握電子萬能試驗機/電液萬能試驗機在純彎曲試驗時的工作原理與操作方法；2.學會測量試件的尺寸；3.學會數(shù)據(jù)的記錄與處理；4.學會通過數(shù)據(jù)提取試件特征量。2驗證型7壓桿穩(wěn)定試驗1.掌握電