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1、材料力學(xué)課程教學(xué)大綱一、基本信息課程代碼課程名稱材料力學(xué)課程類型專業(yè)基礎(chǔ)課英文名稱Mechanics of Material總學(xué)時(shí)56理論學(xué)時(shí)48實(shí)踐學(xué)時(shí)8學(xué)分3.5課程負(fù)責(zé)人預(yù)修課程高等數(shù)學(xué)、理論力學(xué)適用對(duì)象機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化課程簡(jiǎn)介(200字內(nèi))材料力學(xué)是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的一門主要的專業(yè)基礎(chǔ)必修課,學(xué)位課。本課程的教學(xué)目的是使學(xué)生對(duì)桿件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性問(wèn)題具有明確的基本概念、必要的基礎(chǔ)知識(shí)、比較熟練的計(jì)算能力以及一定的分析能力和初步的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。培養(yǎng)學(xué)生的力學(xué)素質(zhì)和定性、定量分析能力,為學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)專業(yè)課程及進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和科學(xué)研究奠定良好的基礎(chǔ)。 二、教學(xué)目標(biāo)了解材料力學(xué)的

2、基本理論、基本概念和基本分析方法。使學(xué)生能科學(xué)地辨認(rèn)材料力學(xué)中的各種概念、原理、專業(yè)術(shù)語(yǔ),使學(xué)生知道材料力學(xué)中各種構(gòu)件的分類、受力過(guò)程和變化傾向。理解材料力學(xué)中桿件和梁的幾種變形形式。使學(xué)生能用自己的語(yǔ)言對(duì)各種理論知識(shí)加以敘述、解釋和歸納,并且能夠指出各部分知識(shí)之間的內(nèi)在聯(lián)系和相互區(qū)別。熟悉各種概念、原理和定律,掌握其計(jì)算與應(yīng)用的方法。具體反映在:1. 對(duì)材料力學(xué)的基本理論、基本概念和基本分析方法有明確的認(rèn)識(shí)。2. 掌握一般桿類零件和構(gòu)件的受力與變形原理,具有繪出其合理的力學(xué)計(jì)算簡(jiǎn)圖的初步能力。3. 能夠熟練地分析與計(jì)算桿件在拉、壓、剪、扭、彎時(shí)的內(nèi)力,繪制相應(yīng)的內(nèi)力圖。4. 能夠熟練地分析與

3、計(jì)算桿件在基本變形下的應(yīng)力和變形,并進(jìn)行相應(yīng)的強(qiáng)度和剛度計(jì)算。5. 對(duì)應(yīng)力狀態(tài)理論與強(qiáng)度理論有明確的認(rèn)識(shí),并能夠?qū)⑵鋺?yīng)用于組合變形情況下的強(qiáng)度計(jì)算。對(duì)應(yīng)變狀態(tài)有關(guān)概念有一定了解和認(rèn)識(shí)。6. 熟練地掌握簡(jiǎn)單超靜定問(wèn)題的求解方法。7. 能夠熟練地分析與計(jì)算理想中心受壓桿件的臨界荷載和臨界應(yīng)力,并對(duì)國(guó)家現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范所規(guī)定工程壓桿的穩(wěn)定計(jì)算方法,有深入地了解和認(rèn)識(shí),并能夠熟練地進(jìn)行壓桿的穩(wěn)定性計(jì)算。8. 對(duì)桿件的應(yīng)變能有關(guān)概念、基本原理和基本定理有一定認(rèn)識(shí)和掌握,并能夠熟練地用來(lái)計(jì)算簡(jiǎn)單梁、扭轉(zhuǎn)圓軸和簡(jiǎn)單拉壓桿結(jié)構(gòu)的位移,進(jìn)而計(jì)算簡(jiǎn)單超靜定問(wèn)題的內(nèi)力。9.對(duì)于常用材料的基本力學(xué)性能及其測(cè)試方法有

4、初步認(rèn)識(shí)。10. 對(duì)于電測(cè)實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析的基本原理和方法有初步認(rèn)識(shí)。三、教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)要求1.緒論內(nèi)容要求:了解材料力學(xué)的任務(wù)、變形固體的概念;理解變形固體的基本假設(shè);熟悉桿件變形的基本形式分類。 重點(diǎn):桿件的四種基本變形。 難點(diǎn):理解變形固體的四個(gè)基本假設(shè)。2.軸向拉伸和壓縮內(nèi)容要求:了解軸向拉伸和壓縮的概念、內(nèi)力的概念及其分類。掌握軸向拉壓內(nèi)力的計(jì)算方法及內(nèi)力圖的繪制;理解應(yīng)力的概念及其分布規(guī)律;正確計(jì)算橫截面、斜截面的應(yīng)力及變形計(jì)算。熟悉常見材料在拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性質(zhì);理解拉壓變形理論、胡克定律、拉壓桿的應(yīng)變能。熟悉安全因素和許用應(yīng)力的概念;掌握拉壓桿的強(qiáng)度條件和強(qiáng)度計(jì)算。 掌握拉壓桿變

5、形及位移超靜定計(jì)算、裝配應(yīng)力溫度應(yīng)力的計(jì)算方法;理解應(yīng)力集中的概念及圣維南原理。重點(diǎn):軸向拉壓桿內(nèi)力、應(yīng)力、變形的計(jì)算。難點(diǎn):根據(jù)小變形原理計(jì)算點(diǎn)的位移。3.剪切與擠壓內(nèi)容求要:了解實(shí)用計(jì)算的概念;掌握剪切強(qiáng)度和擠壓強(qiáng)度的實(shí)用計(jì)算方法。重點(diǎn):剪切和擠壓強(qiáng)度的實(shí)用計(jì)算。難點(diǎn):剪切面和擠壓面的確定。4.扭轉(zhuǎn)內(nèi)容要求:熟悉薄壁圓筒的扭轉(zhuǎn)概念和計(jì)算;理解純剪切的概念及切應(yīng)力互等定理。掌握傳動(dòng)軸的外力偶矩的計(jì)算,以及扭矩的概念和扭矩圖的繪制。掌握?qǐng)A桿扭轉(zhuǎn)時(shí)的應(yīng)力、變形計(jì)算及強(qiáng)度、剛度條件。熟悉等直圓桿扭轉(zhuǎn)時(shí)的應(yīng)變能,等直非圓桿自由扭轉(zhuǎn)時(shí)的應(yīng)力和變形;了解密圈螺旋彈簧的應(yīng)力和變形的計(jì)算。重點(diǎn):圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)的

6、應(yīng)力和變形計(jì)算。難點(diǎn):綜合考慮圓軸扭轉(zhuǎn)的強(qiáng)度和剛度條件設(shè)計(jì)軸的直徑。5.彎曲內(nèi)力內(nèi)容要求:了解平面彎曲、對(duì)稱彎曲的概念及梁的計(jì)算簡(jiǎn)圖;掌握梁的剪力方程和彎矩方程;理解載荷集度與剪力、彎矩之間的關(guān)系;正確作出梁和平面剛架的剪力圖和彎矩圖及曲桿的內(nèi)力圖。重點(diǎn):剪力方程與彎矩方程;剪力圖與彎矩圖。難點(diǎn):平面剛架的彎矩方程與彎矩圖。6.平面圖形的幾何性質(zhì)內(nèi)容要求:了解靜矩、慣性矩、慣性積的概念及其特點(diǎn);掌握平面圖形形心的計(jì)算方法;掌握慣性矩的計(jì)算方法及平行移軸公式。重點(diǎn):平面圖形形心的確定及慣性矩的計(jì)算。難點(diǎn):平行移軸公式。7.彎曲應(yīng)力內(nèi)容要求:了解純彎曲的概念,純彎曲時(shí)橫截面的應(yīng)力的分布規(guī)律;掌握彎

7、曲時(shí)截面的正應(yīng)力及切應(yīng)力的計(jì)算;熟悉彎曲強(qiáng)度計(jì)算;理解提高彎曲強(qiáng)度的措施。重點(diǎn):彎曲正應(yīng)力及切應(yīng)力的計(jì)算。難點(diǎn):根據(jù)彎曲正應(yīng)力與切應(yīng)力強(qiáng)度條件進(jìn)行截面設(shè)計(jì)。8.彎曲變形內(nèi)容要求:了解撓度和轉(zhuǎn)角的概念;理解梁的撓曲線近似微分方程;掌握用積分法和疊加法計(jì)算梁的轉(zhuǎn)角和撓度,并熟練應(yīng)用梁的彎曲剛度條件進(jìn)行剛度校核;熟悉簡(jiǎn)單超靜定梁的計(jì)算;理解提高彎曲剛度的措施。重點(diǎn):疊加法求梁的轉(zhuǎn)角和撓度。難點(diǎn):積分法求梁的轉(zhuǎn)角和撓度。9.應(yīng)力和應(yīng)變分析及強(qiáng)度理論內(nèi)容要求:了解應(yīng)力狀態(tài)的的概念及其分類;掌握二向應(yīng)力狀態(tài)的解析法和圖解法;了解三向應(yīng)力狀態(tài)的應(yīng)力圓及單元體的表示法,復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)變能密度;熟悉廣義胡克

8、定律及四種常用的強(qiáng)度理論。重點(diǎn):二向應(yīng)力狀態(tài)的解析法和圖解法;強(qiáng)度理論。難點(diǎn):應(yīng)力狀態(tài)分析的解析法與圖解法。 10.組合變形內(nèi)容要求:了解組合變形的概念,理解疊加原理;掌握拉伸(壓縮)與彎曲組合變形及彎曲與扭轉(zhuǎn)的組合變形的計(jì)算方法;了解偏心壓縮的計(jì)算方法和截面核心的概念。重點(diǎn):拉伸(壓縮)與彎扭組合變形;扭轉(zhuǎn)與彎曲的組合變形。難點(diǎn):扭轉(zhuǎn)與彎曲的組合變形。11.壓桿穩(wěn)定內(nèi)容要求:了解壓桿穩(wěn)定性的概念;掌握各種約束條件下臨界力的歐拉公式,經(jīng)驗(yàn)公式的適用條件及臨界力的計(jì)算;熟悉提高壓桿穩(wěn)定性計(jì)算;理解提高壓桿穩(wěn)定性的措施。重點(diǎn): 穩(wěn)定性計(jì)算。難點(diǎn): 正確選擇歐拉公式或經(jīng)驗(yàn)公式。12.動(dòng)荷載和交變應(yīng)力

9、內(nèi)容要求:熟悉動(dòng)靜法;掌握構(gòu)件作等加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)、等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)及構(gòu)件受沖擊載荷作用時(shí)的動(dòng)應(yīng)力計(jì)算;了解沖擊韌性、交變應(yīng)力及疲勞破壞的概念;熟悉交變應(yīng)力的循環(huán)特征、應(yīng)力幅和平均應(yīng)力的概念及確定方法;了解沖擊韌性、疲勞強(qiáng)度的測(cè)試方法。重點(diǎn):動(dòng)應(yīng)力計(jì)算;疲勞破壞的特點(diǎn)。難點(diǎn):動(dòng)應(yīng)力計(jì)算。四、實(shí)踐內(nèi)容1.實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的與要求材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)是材料力學(xué)教學(xué)的一個(gè)重要的實(shí)踐性環(huán)節(jié)。學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)這一教學(xué)環(huán)節(jié),培養(yǎng)他們的動(dòng)手能力,用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。掌握電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)、電阻應(yīng)變儀、彎扭組合實(shí)驗(yàn)裝置等實(shí)驗(yàn)設(shè)備的操作方法和注意事項(xiàng)。了解電阻應(yīng)變片測(cè)量應(yīng)變的原理,掌握應(yīng)變片在測(cè)量電橋中的各種接線方法。

10、2.實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置與要求序號(hào)實(shí)驗(yàn)名稱實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)要求學(xué)時(shí)1拉伸實(shí)驗(yàn) 了解實(shí)驗(yàn)設(shè)備、觀察低碳鋼及鑄鐵受拉伸直至破壞的過(guò)程、測(cè)定各項(xiàng)機(jī)械性能指標(biāo) (ss 、sb 、d 、y) 、比較低碳鋼(塑性材料)與鑄鐵(脆性材料)拉伸時(shí)的機(jī)械性質(zhì)。必做22壓縮實(shí)驗(yàn) 測(cè)定低碳鋼壓縮時(shí)的屈服極限ss和鑄鐵強(qiáng)度極限sb、觀察低碳鋼和鑄鐵壓縮時(shí)的變形破壞現(xiàn)象。選做23扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn) 測(cè)定低碳鋼的切切屈服極限ts、切切強(qiáng)度極限tb及單位扭轉(zhuǎn)角Q,同時(shí)測(cè)定鑄鐵的切切強(qiáng)度極限tb及單位扭轉(zhuǎn)角 觀察比較低碳鋼(塑性材料)和鑄鐵(脆性材料)在受扭轉(zhuǎn)力過(guò)程中的變形情況和破壞特征,分析其原因。必做24彎曲實(shí)驗(yàn) 測(cè)定鋼梁純彎曲時(shí)橫截面上的

11、正應(yīng)力分布,并與理論值比較,以驗(yàn)證彎曲正應(yīng)力公式。 了解電測(cè)的基本原理,初步學(xué)會(huì)靜態(tài)電阻應(yīng)變儀的使用。選做2彎扭組合實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)用電測(cè)法測(cè)定平面應(yīng)力狀態(tài)下一點(diǎn)處應(yīng)力大小、方向的原理和方法。 測(cè)定薄壁圓管在彎曲與扭轉(zhuǎn)組合變形下表面一點(diǎn)處的主應(yīng)力大小和方向。必做26沖擊實(shí)驗(yàn) 測(cè)定低碳鋼、鑄鐵的沖擊韌度aku,了解金屬在常溫下沖擊韌性指標(biāo)的測(cè)定方法。 觀察塑性材料與脆性材料承受沖擊破壞時(shí)的斷口情況,并進(jìn)行比較。必做2五、學(xué)時(shí)分配本課程計(jì)劃56學(xué)時(shí),其中講課48學(xué)時(shí)。課程主要內(nèi)容和學(xué)時(shí)分配見課程學(xué)時(shí)分配表。 課程學(xué)時(shí)分配表教學(xué)內(nèi)容講課習(xí)題課討論課實(shí)驗(yàn)其他合計(jì)緒論 22軸向拉伸和壓縮 628剪切與擠壓22扭

12、轉(zhuǎn)426彎曲內(nèi)力66平面圖形的幾何性質(zhì)22彎曲應(yīng)力44彎曲變形44應(yīng)力和應(yīng)變分析 強(qiáng)度理論68組合變形628壓桿穩(wěn)定44動(dòng)荷載224合計(jì)48856六、教學(xué)方法與手段本課程教學(xué)內(nèi)容的選取應(yīng)注意三個(gè)方面,一是精選內(nèi)容以減少與己學(xué)課程理論力學(xué)的重疊現(xiàn)象;二是采用分層次和模塊式的課程結(jié)構(gòu),授課內(nèi)容安排由廣而深,由易到難;三是新增目前工程上常用的新型材料的力學(xué)性能分析,與時(shí)代保持同步。 改革原有考試制度,使一成不變的閉卷式考試多樣化。充分利用學(xué)校先進(jìn)教學(xué)設(shè)備,開展形式多樣化、生動(dòng)、趣味化的教學(xué)方法。研制或引進(jìn)課程的多媒體教學(xué)軟件,采用多媒體課程教學(xué)。七、考核方式與要求課程考核內(nèi)容為本大綱規(guī)定內(nèi)容,期末考試方式為閉卷考試。課程總評(píng)成績(jī)=3

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