材料力学课程教学

《材料力学》 课程教学大纲 一、先修课程和课程性质 《材料力学》的先修课程为《高等数学》、《普通物理学》和《理论力学》。 二、适用范围及属性 适用土木类、机械类等各专业。是由基础课向专业课过渡的必修的技术基础课。 三、目的和任务 学习本课程的目的是，培养学生对工程 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 中构件的承载能力具有明确的基本概念、必要的基础知识，熟练的计算能力和初步的实验分析能力。了解21世纪新的科研成果、新技术，初步掌握现代计算技术及试验技术。 本课程学习的任务是： 1、对材料力学的基本概念和基本分析方法有明确的认识；掌握理论分析的研究方法和科学试验的研究方法。 2、具有将机械零部件或结构构件抽象为力学模型的初步能力。 3、能够分析杆件在拉、压、剪、扭、弯时的内力。并作出相应的内力图，计算其应力和变形，并进行强度和刚度计算。 4、对应力状态理论与强度理论有明确的认识；并能将其应用于组合变形下杆件的强度计算。 5、熟练掌握简单超静定问题的求解方法。 6、对能量法的基本原理有明确的认识，熟练掌握一种计算位移的能量方法。 7、会计算中心受压杆件的临界应力，并进行稳定性计算。 8、对于常用材料的基本力学性能及其测试方法有初步认识。 9、对于电测实验应力分析的基本原理和方法有初步认识。 10、初步了解“复合材料的力学行为”、“聚合物的粘弹性行为” 11、初步了解“材料的非线性粘弹性行为”、“材料的屈服与塑性行为”、“材料的断裂行为”和“材料的疲劳行为”。 四、课程内容大纲 第一章、绪论 内容：了解材料力学的任务及研究对象，变形固体的基本假定，杆件变形的基本形式。 重点：变形固体的基本假定。 第二章、轴向拉压应力与材料的力学性能 内容：了解轴向拉伸与压缩的概念和实例。理解内力的概念；掌握内力分析的基本方法—截面法；掌握轴力和轴力图，直杆横截面、斜截面的应力计算。理解最大剪应力，许用应力；掌握强度条件及其应用。 了解低碳钢的拉伸试验，掌握应力一—应变图及其特性一—比例极限，弹性极限，屈服极限，强度极限。了解滑移线，塑性性质一—延伸率，截面收缩率；冷作硬化，铸铁和其它材料的拉伸试验。压缩时材料的力学性能，压缩时的应力一—应变图，了解安全系数的选择与许用应力。了解应力集中的概念。了解简单超静定问题，考虑材料塑性时拉压静不定问题的极限荷载。了解剪切的概念和实例。掌握剪切和挤压的实用计算方法。了解结构可靠性设计概念。 重点：内力概念及其计算方法。直杆横截面上的应力。强度条件及其应用。剪切和挤压的实用计算。 第三章、轴向拉压变形 内容：掌握轴向拉伸与压缩时的变形计算方法；纵向变形，线应变，虎克定律，弹性模量。了解抗拉（压）刚度，横向变形，泊松比和泊松效应。 重点：虎克定律、应力一应变图及其特性。 第四章、扭转 内容：了解扭转的概念和实例，薄壁园筒扭转时的应力和应变，纯剪切，切应变。理解剪切虎克定律，剪切弹性模量，剪应力互等定理。 理解功率、转速和外力矩间的关系，扭矩和扭矩图。熟练计算园轴扭转时的应力和变形，极惯性矩。了解抗扭截面模量，抗扭刚度。了解矩形截面直杆的扭转最大剪应力计算、变形计算和圆轴的极限扭矩。 重点：扭转的概念。园轴扭转时的切应力计算及其强度条件；变形计算及刚度条件。 第五章、弯曲应力 内容：熟练掌握平面弯曲的概念。梁的计算简图。剪力、弯距及其方程。剪力图和弯距图。弯矩、剪力与分布载荷集度间的关系及其应用。 正确推导并熟练应用纯弯曲时的正应力公式。了解弯矩与挠曲线曲率间的关系，抗弯刚度，抗弯截面模量，非对称截面梁平面弯曲的条件，弯曲中心的概念，纯弯曲理论的推广。掌握梁按正应力的强度计算。掌握拉伸（压缩）与弯曲组合时的应力及强度计算，了解梁的极限载荷、截面核心的概念。 掌握矩形、工字形截面梁的剪应力，剪应力强度条件及其应用。了解提高弯曲强度的措施。 重点：平面弯曲的概念。剪力，弯距及其方程、剪力图和弯距图。梁按正应力的强度计算。 第六章、弯曲变形 内容：理解梁的变形与位移，挠度与转角概念。掌握梁的挠曲线及其近似微分方程，用积分方法求梁的挠度和转角，用叠加原理求梁的挠度和转角，梁的刚度校核。了解提高弯曲刚度的措施。 重点：用积分方法求梁的挠度和转角。用叠加原理求梁的挠度和转角。 第七章、应力、应变状态分析 内容：理解应力状态、主应力和主平面的概念。掌握平面应力状态下应力分析的解析法和图解法。了解三向应力园，最大剪应力。掌握广义虎克定律，了解复合材料的应力应变关系。 理解平面应力状态下的应变分析。了解由一点处三个方向的线应变求主应变，三个弹性常数（E、G、μ）间的关系，体积应变，三向应力状态下的弹性比能，体积改变与形状改变比能。 重点：主应力和主平面。平面应力状态下的应力分析—一解析法。广义虎克定律及其应用。平面应力状态下的应变分析。 第八章、复杂应力状态强度问题 内容：了解强度理论的概念，破坏形式的分析，脆性断裂与塑性流动。掌握最大拉应力理论，最大拉应变理论，最大剪应力理论，形状改变比能理论。理解相当应力的概念，莫尔强度理论。掌握扭转与弯曲组合时的强度计算。 重点：强度理论的概念。四种强度理论。扭转与弯曲组合时的强度计算。 第九章、压杆稳定 内容：理解弹性平衡稳定性的概念，稳定平衡和不稳定平衡的概念。掌握细长压杆临界载荷的欧拉公式，不同杆端约束时的长度系数，压杆柔度。理解欧拉公式适用的范围，超过比例极限时的压杆的临界应力的计算。了解经验公式，应力总图。熟练掌握压杆稳定计算的折减系数法或安全系数法。了解提高压杆稳定性的措施。 重点：弹性平衡稳定性的概念。细长压杆临界载荷的欧拉公式。不同杆端约束时的长度系数，柔度，压杆的稳定计算。 第十章、能量法（一） 内容：虚功原理。掌握单位载荷法。图乘法。了解功的互等定理，位移互等定理。掌握卡氏定理的应用。 重点：单位载荷法。卡氏定理。 第十一章、能量法（二） 内容：掌握用能量概念计算杆件受冲击时的应力和位移，动荷系数。了解提高杆件抗冲击能力的措施，断裂韧度的概念。 重点：用能量概念计算杆件受冲击时的应力和位移。 第十二章、疲劳与断裂 内容：理解交变应力下材料的疲劳破坏。了解持久极限及影响持久极限的因素。 重点：交变应力下材料的疲劳破坏。 附录A、截面图形的几何性质 内容：理解静矩、惯性矩、惯性积、惯性半径的慨念。掌握简单图形静矩和惯性矩的计算，平行移轴公式，转轴公式。熟练掌握组合图形的惯性矩和惯性积计算。理解主形心轴和主形心惯性矩。 重点：静矩、惯性矩、惯性积、惯性半径的概念。平行移轴公式。组合图形的惯性矩和惯性积计算。 五、实验项目 （一）、基本实验 1、拉伸与压缩试验 低碳钢拉伸试验：应力一应变图及其特征点，强度指标及塑性指标；低碳钢弹性模量E的测定。铸铁拉伸试验。低碳钢及铸铁的压缩试验。观察实验现象，分析破坏原因。 2、扭转实验 低碳钢、铸铁的扭转实验。破坏现象的分析。 3、纯弯曲正应力测定 用电阻应变仪测定纯弯梁横截面上的正应力分布，并与理论分析比较，验证梁纯弯曲公式的正确性。 4、组合变形杆件主应力测定 用应变花测定主应力，使用应变仪时的半桥和全桥接线；并与理论分析比较。 （二）、提高性实验 1、冲击实验：测定材料的冲击韧度。 2、疲劳实验：了解材料疲劳极限的测定方法及过程。 （三）、选择性实验 1、剪切实验：了解金属材料的剪切强度试验方法。 2、材料横向变形系数的测定：测定材料的泊松比。了解泊松效应。 3、光弹性实验：认识光测法测定试件内应力分布规律及其大小。 4、冷弯实验：测定金属材料的冷弯性能指标。 5、动应力测定实验：测定动载荷作用下的动力响应。 六、教材及参考书： 教  材： 单辉祖. 《材料力学(I)》、《材料力学(II)》，高教出版社，第二版 参考书： 1、孙训芳等. 《材料力学》（上、下），高教出版社，第三版 2、刘鸿文.  《材料力学》（上、下），高教出版社，第三版 七、说明 1、大纲中所列内容只表示教学的范围及深度，其先后次序可根据教师各自的教学经验作不同的安排。 2、学时分配：本大纲适用于70-80学时的机械、土建等工程类专业。学时的具体分配如下： 八、学时分配表： 序 号 教 学 内 容 学 时 备 注 1 第一章：绪论 1   2 第二章：拉伸与压缩的内力、应力、强度条件，剪切 7   3 第三章：变形计算；简单超静定问题的求解、温度应力，拉、压时的力学性质；应力集中的概念 6   4 第四章：扭转的概念、扭矩、剪应力及其强度条件；扭转变形、刚度计算；简单的超静定问题 4   5 附录A：截面图形的几何性质 2   6 第五章：弯曲的概念；弯曲内力、内力图；弯曲正应力及其强度计算；弯曲切应力及其强度计算 12   7 第六章：弯曲变形；积分法、叠加法计算变形、简单超静定问题、刚度计算 4   8 第七章：应力状态的概念；平面应力状态的解析法、图解法；三向应力状态的最大应力；平面应变状态的应变分析；广义胡克定律 8   9 第八章：强度理论及其应用；斜弯曲、拉压弯组合、弯扭组合变形 6   10 第九章：压杆的稳定问题；不同支承压杆的临界载荷临界应力；稳定条件及其应用 6   11 第十章：能量法的基本概念；功能原理、互等定理，单位力法计算结构位移，卡氏定理、图乘法计算结构位移 8   12 第十一章：动载荷的概念； 冲击应力的计算，了解断裂韧度的概念。 4   13 第十二章：交变应力、疲劳极限。 2   合计   70