材料力學教學大綱

1、材料力學教學大綱大綱說明課程代碼：5125001 課程總學時：64課時(講課54課時，實驗10課時)總學分：4學分課程類別：必修適用專業(yè)：土木工程專業(yè)（本科）預修要求：高等數(shù)學、理論力學課程的性質、目的、任務：材料力學是一門重要的技術基礎課，是其它技術課和專業(yè)課的基礎。材料力學的任務就是在對構件進行力學分析的基礎上，為設計構件時選擇適當?shù)牟牧虾统叽?，以保證達到強度、剛度和穩(wěn)定性的要求，為使設備構件能夠滿足適用、安全和經(jīng)濟的要求，提供基礎理論知識。課程教學的基本要求：通過學習，使學生掌握構件強度、剛度和穩(wěn)定性的基本概念和計算方法；培養(yǎng)學生對工程設計中的強度、剛度、穩(wěn)定問題有明確的概念，必要的知識

2、，能進行初步的設計及實驗分析能力的具備。 本課程的學習中，要密切聯(lián)系實際，培養(yǎng)學生正確的分析問題的方法，注意正確理解掌握基本概念和基本方法?？紤]到課程性質，建議采用多媒體教學手段。實驗是本課程的重要組成部分，在教學中應予以充分重視。大綱的使用說明： 本大綱適用于土木工程本科專業(yè)64課時的材料力學課程使用，可根據(jù)具體的課時情況作適當?shù)脑鰟h。大綱正文第一章 緒論 學時：2學時（講課2學時）本章講授要點：材料力學任務、研究對象、變形固體的基本假設、內(nèi)力和應力的概念、截面法、線應變和角應變。重點：變形固體基本假設、截面法、應力和應變的概念。第一節(jié) 材料力學的任務一、強度、剛度和穩(wěn)定性的概念二、材料力學

3、的任務第二節(jié) 變形固體的基本假設一、連續(xù)性假設二、均勻性假設三、各向同性假設四、小變形假設第三節(jié) 外力及其分類一、外力的分類二、載荷的分類 第四節(jié) 內(nèi)力、截面法和應力的概念一、內(nèi)力的概念二、截面法求內(nèi)力三、應力的概念及單位第五節(jié) 線應變和角應變一、線應變的概念二、角應變的概念第七節(jié) 桿件變形的基本形式 一、軸向拉伸與壓縮二、剪切三、扭轉四、平面彎曲 第二章 軸向拉伸與壓縮 學時：11學時（講課7學時，實驗4學時）本章講授要點：軸向拉伸與壓縮的概念；軸力和軸力圖；橫截面和斜截面上的應力計算；虎克定律；軸向拉壓桿的變形計算；材料的力學性質；軸向拉壓桿的強度計算；應力集中的概念；簡單超靜定問題的基本

4、解法。重點：軸力和軸力圖；應力和應變；虎克定律；變形計算；低碳鋼的力學性能；強度條件的應用難點：簡單超靜定問題第一節(jié) 軸向拉伸與壓縮的概念和實例 一、軸向拉伸與壓縮的概念二、工程實例第二節(jié) 軸向拉壓桿橫截面上的內(nèi)力和應力一、軸力的計算和軸力圖二、應力的計算第三節(jié) 軸向拉壓桿斜截面上的應力一、斜截面上的應力計算二、幾種特殊情況的討論第四節(jié) 金屬材料的機械性質一、低碳鋼在軸向拉伸與壓縮時的機械性質二、其他塑性材料的機械性質三、鑄鐵在軸向拉伸與壓縮時的機械性質第五節(jié) 軸向拉壓桿的強度條件一、許用應力和安全系數(shù)二、軸向拉壓桿的強度條件三、強度條件的應用第六節(jié) 軸向拉壓桿的變形一、應變的概念二、軸向拉壓

5、桿的變形和應變、材料的泊松比三、虎克定律四、軸向拉壓桿的變形計算第七節(jié) 直桿軸向拉伸與壓縮時的變形能一、變形（應變）能的概念二、軸向拉壓桿的變形能第八節(jié) 軸向拉伸與壓縮超靜定問題一、超靜定的概念二、軸向拉伸與壓縮超靜定的解法第九節(jié) 溫度應力和裝配應力一、溫度應力二、裝配應力第十節(jié) 應力集中的概念一、應力集中和理論應力集中系數(shù)二、材料對應力集中敏感程度的討論第三章 剪切 學時：2學時（講課2學時）本章講授要點：聯(lián)接件的強度計算方法、剪力互等定理、剪切虎克定律及剪切變形能的計算。重點：剪切的實用計算、擠壓實用計算、剪力互等定理、剪切虎克定律。難點：剪切面面積和計算擠壓面面積的計算、剪切變形能。第一

6、節(jié) 剪切的概念及實用計算一、剪切的概念二、剪切的實用計算第二節(jié) 擠壓和擠壓的實用計算一、擠壓的概念二、擠壓的實用計算 第三節(jié) 剪力互等定理、剪切虎克定律一、純剪切的概念二、剪力互等定理三、剪切虎克定律第四節(jié) 剪切變形能第四章 扭轉 學時：6學時（講課4學時，實驗2學時）本章講授要點：扭轉軸的扭矩和扭矩圖；圓軸扭轉時的應力和變形計算；圓軸扭轉時的強度和剛度條件。重點：扭矩和扭矩圖；圓軸扭轉的強度和剛度條件。第一節(jié) 扭轉的概念及實例一、扭轉變形二、軸第二節(jié)扭矩、扭矩圖一、外力偶矩的計算二、扭矩的計算和扭矩圖第三節(jié)圓軸扭轉時的應力和強度條件一、圓軸扭轉時橫截面上的應力二、極慣性矩三、抗扭截面系數(shù)四、

7、圓軸扭轉的強度條件第四節(jié)圓軸扭轉時的變形和剛度條件一、圓軸扭轉時的變形計算二、圓軸扭轉時的剛度條件第五節(jié)非圓截面桿扭轉的概念一、幾個概念二、非圓截面扭轉軸的應力和變形計算第五章 彎曲內(nèi)力 學時：6學時(講課4學時，習題2學時)本章講授要點：平面彎曲的概念；梁的剪力方程和彎矩方程；剪力和彎矩的計算方法；剪力圖和彎矩圖的作法及運用M、Q、q間的微分關系作內(nèi)力圖。重點：剪力圖和彎矩圖難點：剪力圖和彎矩圖的作法第一節(jié)平面彎曲的概念及實例一、平面彎曲的概念 二、靜定梁的基本形式 第二節(jié)梁的剪力和彎矩一、剪力和彎矩二、剪力方程和彎矩方程 第三節(jié)剪力圖和彎矩圖一、剪力圖和彎矩圖二、根據(jù)剪力方程和彎矩方程作梁

8、的內(nèi)力圖三、基本梁在簡單載荷作用下的內(nèi)力圖 第四節(jié)剪力、彎矩和載荷集度之間的關系 一、微分關系二、根據(jù)微分關系作內(nèi)力圖第五節(jié)平面曲桿和剛架的內(nèi)力簡介第六章 截面的幾何性質 學時：4學時（講課4學時）本章講授要點：靜矩和形心；慣性矩和慣性積、慣性半徑；簡單圖形的慣性矩和慣性積；平行移軸公式和轉軸公式；組合圖形的慣性矩和慣性積；形心主軸和形心主慣性矩。重點：截面的靜矩、形心、慣性矩的計算；平行移軸公式；形心主軸和形心主慣性矩的概念。難點：組合圖形的慣性矩計算第一節(jié)靜矩和形心一、靜矩的概念和計算二、組合圖形的靜矩第二節(jié)慣性矩和慣性半徑一、慣性矩和慣性半徑的概念和計算公式二、簡單圖形的慣性矩三、組合圖

9、形的慣性矩第三節(jié)慣性積一、慣性積的概念和計算公式第四節(jié)平行移軸公式一、公式及證明二、公式的應用第五節(jié)轉軸公式 主慣性軸一、轉軸公式二、主慣性軸和主慣性矩的計算第七章 平面彎曲梁的強度 學時：6學時（講課4學時，實驗2學時）本章講授要點：平面彎曲梁橫截面的正應力和剪應力計算及其強度條件；提高梁強度的措施。重點：彎曲正應力公式和強度計算。難點：彎曲剪應力的計算、彎曲中心第一節(jié)概述第二節(jié)純彎時梁橫截面上的正應力 一、橫力彎曲和純彎曲的概念二、純彎梁橫截面上的正應力 第三節(jié)橫力彎曲時的正應力 彎曲正應力強度條件 一、橫力彎曲時的正應力二、梁的正應力強度條件三、舉例 第四節(jié)彎曲時的剪應力 一、矩形截面梁

10、的剪應力 二、工字形截面梁的剪應力第五節(jié)梁的剪應力強度條件 一、剪應力強度條件二、強度條件的應用三、彎曲中心的概念第六節(jié)提高梁抗彎強度的措施 一、減小最大彎矩值 二、提高抗彎截面系數(shù) 三、等強度梁的概念 第八章 彎曲變形 學時：4學時（講課4學時）本章講授要點：梁的撓度和轉角；梁的彈性曲線及近似微分方程；積分法、疊加法求梁的變形；梁的剛度條件和提高梁彎曲剛度的措施。重點：梁撓曲線的近似微分方程；梁變形的求解方法和梁的剛度條件。難點：梁變形的求解第一節(jié)彎曲變形的工程實例第二節(jié)撓曲線的微分方程 剛度條件一、撓度和轉角二、撓曲線的近似微分方程三、梁的剛度條件第三節(jié)用積分法求梁的變形一、積分方程二、積

11、分常數(shù)的確定第四節(jié)用疊加法求彎曲變形一、疊加法的基本思路二、疊加法應用舉例第五節(jié)提高梁彎曲剛度的措施一、改善結構形式，減小彎矩數(shù)值二、選擇合理的截面形狀第九章 應力狀態(tài)和強度理論 學時：6學時（講課6學時）本章講授要點：一點處應力狀態(tài)的概念；平面應力狀態(tài)下的應力公式；主應力、主平面；三向應力狀態(tài)；平面應變狀態(tài)分析；廣義虎克定律；四個強度理論及相當應力。重點：一點處應力狀態(tài)的概念、主應力和主平面、主應變、最大剪應力廣義虎克定律和強度理論難點：主平面的確定；三向應力狀態(tài)分析和平面應變狀態(tài)分析第一節(jié)應力狀態(tài)的基本概念 一、一點外的應力狀態(tài) 二、單元體 三、應力狀態(tài)的分類第二節(jié)二向應力狀態(tài)分析一、單元

12、體斜截面上的應力 二、應力圖 三、主應力和主平面第三節(jié)三向應力狀態(tài)一、三向應力圓二、最大正應力和最大剪應力第四節(jié)平面應變狀態(tài)分析一、平面應變狀態(tài)的概念二、主應變和主應變的方向三、應變圓四、應變實測第五節(jié)廣義虎克定律一、廣義虎克定律的表述二、應用舉例第六節(jié)復雜應力狀態(tài)下的變形比能一、變形比能的組成二、三向應力狀態(tài)的變形比能第七節(jié)強度理論 一、強度理論的基本概念 二、四個常用的強度理論 三、強度理論的應用第十章 組合變形 學時：7學時（講課5學時，實驗2學時）本章講授要點：外力的簡化方法；彎扭組合變形和拉（壓）-彎組合變形的強度計算。重點：斜彎曲的強度計算難點：兩個正交面內(nèi)彎扭組合變形的強度計算第

13、一節(jié)組合變形的概念和實例一、組合變形的概念二、組合變形的分析方法第二節(jié)斜彎曲一、概念二、斜彎曲的強度計算三、中性軸位置四、變形計算第三節(jié)拉（壓）與彎曲的組合 一、偏心拉壓構件 二、構件同時受軸向力和橫向力作用 第四節(jié)彎曲與扭轉的組合 一、一個平面內(nèi)的彎扭組合 二、兩個正交平面內(nèi)的彎扭組合 第十一章 動載荷 學時：3學時（講課3學時）本章講授要點：動載荷和動應力的概念；構件作勻加速直線運動或勻速轉動時的應力；沖擊應力和沖擊變形計算；了解提高構件抗沖擊能力的措施；沖擊韌度的概念。重點：動載荷和動應力的概念，動荷系數(shù)的計算；沖擊應力的計算難點：沖擊應力計算第一節(jié)概述一、動載荷的概念二、動應力的概念第

14、二節(jié)構件作勻加速直線運動或勻速轉動時的應力計算一、用達朗伯原理計算作勻加速直線運動構件的動應力，動荷系數(shù)二、勻速轉動構件的動應力第三節(jié)沖擊應力一、用能量法求沖擊應力，沖擊動荷系數(shù)二、沖擊載荷和沖擊變形第四節(jié)提高構件抗沖擊能力的措施第五節(jié)沖擊韌度一、沖擊韌度的概念二、沖擊韌度的測試方法第十二章 交變應力 學時：3學時（講課3學時）本章講授要點：交變應力及疲勞破壞的概念；持久極限及其影響因素；構件的疲勞強度計算。重點：交變應力、疲勞破壞和持久極限的概念；疲勞強度的計算難點：疲勞強度的計算。第一節(jié)交變應力和疲勞破壞一、交變應力的概念二、疲勞破壞及斷口特征第二節(jié)交變應力的循環(huán)特性、應力幅值和平均應力一

15、、循環(huán)特性二、應力幅值三、平均應力第三節(jié)材料的持久極限及測定一、材料持久極限的概念二、疲勞試驗第四節(jié)影響構件持久極限的因素一、構件外形的影響二、構件尺寸的影響三、構件表面質量的影響第五節(jié)對稱循環(huán)下構件的疲勞強度計算一、強度條件二、強度計算第六節(jié)提高構件疲勞強度的措施一、減緩應力集中二、提高表面光潔度三、提高表層強度第十三章 壓桿穩(wěn)定 學時：4學時（講課4學時）本章講授要點：壓桿穩(wěn)定的概念；臨界力；歐拉公式、直線公式及適用范圍；臨界應力總圖；壓桿穩(wěn)定的校核。重點：壓桿穩(wěn)定的概念；臨界力和臨界應力的概念及計算；壓桿穩(wěn)定的校核。難點：歐拉公式的推導第一節(jié)壓桿穩(wěn)定的概念一、理想壓桿二、壓桿平衡的三種形

16、式第二節(jié)細長壓桿的臨界力 一、兩端鉸支細長壓桿的臨界力二、其他約束細長壓桿的臨界力第三節(jié)壓桿的臨界應力 一、臨界應力 二、歐拉公式的適用范圍 三、超過比例極限時的臨界應力經(jīng)驗公式 四、臨界應力總圖第四節(jié)壓桿的穩(wěn)定校核一、壓桿的穩(wěn)定條件二、穩(wěn)定條件的應用第五節(jié)提高壓桿穩(wěn)定性的措施 一、減小壓桿的的支承長度 二、加固桿端約束 三、合理選擇截面形狀本課程對學生自學的要求：由于本課程理論性很強、課時偏緊，每次課的信息量較大，因而要求學生加強自學，建議自學時間與講課時間1：1 課時分配表：序號內(nèi) 容學 時講課習題實驗小計1第一章緒論222第二章軸向拉伸和壓縮614113第三章剪切224第四章扭轉4265第五章