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材料力学

《材料力学》(4学分)教学大纲

 

一、课程的地位、作用和任务
    《材料力学》是一门技术基础课,在高等工科院校的教学计划中占有重要地位。
    《材料力学》以先修课程《高等数学》、《普通物理》、《理论力学》等为基础,同时又为后续课程《弹性力学》、《实验力学》、《结构力学》等其他技术基础课和专业课提供必要的理论基础。
材料力学又是一门密切联系工程实际的学科,它的一些基本概念、基本理论和基本方法不仅是学习后续课的基础,而且也可以用来解决工程中的实际问题,通过材料力学的学习,要求学生对构件的强度、刚度和稳定性问题具有明确的基本概念、必要的基础知识、比较熟练的计算能力、初步的实验能力和解决工程实际问题的能力。为学习后续课程和进一步提高分析问题和解决问题的能力奠定必要的力学基础。

二、本课程教学基本内容
    1.
截面法、内力、应力,变形和应变的概念
    2.
杆件拉压、扭转和弯曲时的内力与内力图。
    3.
平面图形几何性质。

    4.
拉压杆的应力与应变、胡克定律,材料的拉、压力学性能,剪切胡克定律、切应力互等定理、圆轴扭转应力,对称弯曲梁的正应力,矩形截面梁的弯曲切应力,剪切与挤压应的实用计算,应力集中的概念。

    5.
拉压杆的变形,圆轴的扭转变形和刚度条件,用积分法与叠加法分析梁的位移。
超静定问题的概念,简单超静定问题。

    6.
平面应力状态下的应力和应变分析。三向应力状态下的最大切应力。广义胡克定律。常用的强度理论。
    7.
组合变形下杆件的强度计算。
    8.
稳定性的概念,轴向受压杆的临界载荷与临界应力。
    9.
交变应力与疲劳破坏,持久极限及其影响因素。
    10.
应变能与外力功,用能量原理计算位移。
    11
.动载荷下的应力和变形的计算。

 

三、课程的基本要求
(一)绪论
    1
.了解材料力学的任务、强度、刚度和稳定性的概念。

    2
.了解材料力学的研究对象、变形固体的基本假设。
    3
.了解内力、应力、应变的概念。
    4
.了解杆件变形的四种基本形式。
(二)杆件的内力
    1
.熟练掌握截面法计算轴力,画轴力图。

    2
.熟练掌握截面法计算扭矩,画扭矩图。

    3.
理解对称弯曲的概念。

    4
.熟练掌握截面法计算剪力与弯矩,写剪力方程与弯矩方程,画剪力图与弯矩图。

    5
.熟练掌握载荷集度、剪力和弯矩之间的微分关系及其应用。

    6.
掌握平面刚架与平面曲杆的内力计算。
(三)杆件的应力与强度计算
    1
.熟练掌握拉(压)杆的应力与应变计算,理解胡克定律。

    2
.了解常用材料拉伸和压缩力学性能及其测试方法。

    3
.理解许用应力、安全因数和强度条件,熟练进行强度计算。

    4
.理解纯剪切的概念,切应力互等定理,剪切胡克定律。

    5
.熟练掌握常用截面的形心、静矩、惯性矩的计算及平行移轴公式。

    6.
熟练掌握圆轴扭转切应力和强度计算。

    7.
熟练掌握弯曲正应力和强度计算。

    8.
了解矩形截面梁弯曲切应力的概念,掌握强度计算。

    9.
了解剪切和挤压的概念。掌握剪切和挤压的实用计算方法。

(四)杆件的变形 简单超静定问题

    1
.熟练掌握拉(压)杆的变形计算,熟练掌握简单超静定问题的求解方法。

    2.
熟练掌握圆轴扭转的变形和刚度计算。

    3
.掌握积分法和叠加法求弯曲变形。

    4. 熟练掌握用变形比较法解超静定梁。
    5.
掌握杆件的应变能计算。
(五)应力状态分析? 强度理论

    1
.理解应力状态的概念。

    2
.熟练掌握平面应力状态分析的解析法和图解法。
    3
.了解三向应力状态的最大应力。
    4
.理解广义胡克定律并熟练应用。
    5
.了解复杂应力状态应变能密度的概念及计算。
    6
.理解强度理论的概念及常用的四种强度理论。
(六)组合变形
    1
.熟练掌握拉伸(压缩)与弯曲、斜弯曲、扭转与弯曲组合变形的强度计算,

   *2.
了解截面核心的概念。

(七)压杆稳定
    1
.理解稳定性的概念。

    2
.熟练掌握轴向受压杆临界载荷与临界应力的计算,并进行稳定性校核。
(八)交变应力
    1
.掌握交变应力的概念及描述方法。

    2
.掌握疲劳破坏的特点和破坏原因。
    3
.了解材料的疲劳极限、测定方法及其主要影响因素。
    4
.了解对称循环交变应力下的疲劳强度计算。
(九)能量法
    1
.熟练掌握杆件在基本变形和组合变形下的变形能计算。

    2
.理解功互等定理和位移互等定理。
    3
.掌握卡氏定理计算位移的方法。
    4
.熟练掌握莫尔定理计算位移的方法。
(十)超静定结构?
    1
.熟练掌握用力法解简单超静定结构。
    2
.掌握对称与反对称结构的性质。

(十一)动载荷

    1
.掌握构件作匀加速直线运动或匀速转动时的应力与强度计算。
    2
.熟练掌握冲击时构件的应力、变形和强度计算。

说明:
    基本要求的高低用下列词汇区分:(从高到低)对概念、理论和方法分‘理解’、‘了解’二级;对计算分‘熟练掌握’、‘掌握’和‘初步掌握’三级。带*号内容为选学内容,根据总学时数由教师决定。

四、课程习题
    为了帮助学生掌握课程的基本内容,培养分析、计算能力,建议课外习题总量为100~120题。此外,安排适当数量的分析讨论课也是有益。

五、教学实验 (6学时)
实验一(2学时)材料的力学特性实验
    1
.实验内容
    金属的拉伸、压缩及弹性模量E的测定实验。
    2
.实验目的:
    (1)观察低碳钢和铸铁在拉伸,压缩过程中的各种现象,绘出外力和变形间的关系曲线。
    (2)测定低碳钢拉伸时的屈服应力,抗拉强度,延伸率,截面收缩率。
    (3)测定低碳钢压缩时的屈服应力。
    (4)测定铸铁在拉伸、压缩时的抗拉强度与抗压强度。
    (5)观察断口外貌,分析破坏原因。
    (6)在比例极限内验证胡克定律,测定低碳钢的弹性模量E。
    3
.实验要求:
    (1)初步了解万能试验机的构造原理和操作方法。
    (2)初步掌握常用材料力学性能的测定方法。
    (3)要求学生认真完成实验报告。
实验二(2学时)小梁弯曲电测实验
    1
.实验内容

    弯曲正应力实验

    2
.实验目的

    (1)用电测应力分析方法测定纯弯曲梁横截面上的正应力分布规律和正应力的实测数值。
    (2)将测试结果与理论计算结果比较,验证弯曲正应力公式。
    3
.实验要求:
    (1)了解电测应力分析的基本原理。
    (2)掌握电阻应变仪的使用方法。
    (3)要求学生认真完成实验报告。
实验(三)(2学时)弯扭组合电测实验
    1
.实验内容

    弯曲和扭转组合变形应力测定实验。
    2
.实验目的
    (1)用电测应力分析方法,测定圆截面杆在弯曲和扭转组合作用下的弯曲正应力和扭转剪切力。
    (2)用实验方法测定平面应力状态下,主应力的大小和方向并与理论值比较。
    3
.实验要求:
    (1)进一步掌握电测应力分析的基本原理和电阻应变仪的使用方法。
    (2)掌握电阻应变仪的电桥连接方法。
    (3)要求学生认真完成实验报告。

六、主要参考书
    1
.《材料力学》 蔺海荣 冯维明 虞松主编 国防工业出版社
    2
.《材料力学》 []S.铁摩辛柯 科学出版社出版。

    3
.《材料力学》(第五版,上、下册) 刘鸿文主编 高等教育出版社

    4.
《材料力学》(第三版,上、下册) 孙训方主编 高等教育出版社

    5
.《材料力学解题指导及习题集》 清华材料力学教研室编 高等教育出版社

    6
.《材料力学学习指导》 华东材料力学与强度协会编著 中国矿业大学出版社

 

 

《材料力学》(5学分)教学大纲


、课程的地位、作用和任务
    《材料力学》是一门技术基础课,在高等工科院校的教学计划中占有重要地位。
    《材料力学》以先修课程《高等数学》、《普通物理》、《理论力学》等为基础,同时又为后续课程《弹性力学》、《实验力学》、《结构力学》等其他技术基础课和专业课提供必要的理论基础。
    材料力学又是一门密切联系工程实际的学科,它的一些基本概念、基本理论和基本方法不仅是学习后续课的基础,而且也可以用来解决工程中的实际问题,通过材料力学的学习,要求学生对构件的强度、刚度和稳定性问题具有明确的基本概念、必要的基础知识、比较熟练的计算能力、初步的实验能力和解决工程实际问题的能力。为学习后续课程和进一步提高分析问题和解决问题的能力奠定必要的力学基础。

二、本课程教学基本内容
    1.
截面法、内力、应力,变形和应变的概念
    2.
杆件拉压、扭转和弯曲时的内力与内力图。
    3.
平面图形几何性质。

    4.
拉压杆的应力与应变、胡克定律,材料的拉、压力学性能,剪切胡克定律、切应力互等定理、圆轴扭转应力,对称弯曲梁的正应力,矩形截面梁的弯曲切应力,剪切与挤压应的实用计算,应力集中的概念。

    5.
拉压杆的变形,圆轴的扭转变形和刚度条件,用积分法与叠加法分析梁的位移。
超静定问题的概念,简单超静定问题。

    6.
平面应力状态下的应力和应变分析。三向应力状态下的最大切应力。广义胡克定律。常用的强度理论。
    7.
组合变形下杆件的强度计算。
    8.
稳定性的概念,轴向受压杆的临界载荷与临界应力。
    9.
交变应力与疲劳破坏,持久极限及其影响因素。

    10.
应变能与外力功,用能量原理计算位移。
    11.
用力法解超静定结构。

    12
.动载荷下的应力和变形的计算。

    13
.非圆截面杆的扭转和非对称弯曲问题。

三、课程的基本要求
(一)绪论
    1
.了解材料力学的任务、强度、刚度和稳定性的概念。

    2
.了解材料力学的研究对象、变形固体的基本假设。
    3
.了解内力、应力、应变的概念。
    4
.了解杆件变形的四种基本形式。
二)杆件的内力
    1
.熟练掌握截面法计算轴力,画轴力图。

    2
.熟练掌握截面法计算扭矩,画扭矩图。

    3.
理解对称弯曲的概念。

    4
.熟练掌握截面法计算剪力与弯矩,写剪力方程与弯矩方程,画剪力图与弯矩图。

    5
.熟练掌握载荷集度、剪力和弯矩之间的微分关系及其应用。

    6.
掌握平面刚架与平面曲杆的内力计算。
(三)杆件的应力与强度计算
    1
.熟练掌握拉(压)杆的应力与应变计算,理解胡克定律。

    2
.了解常用材料拉伸和压缩力学性能及其测试方法。

    3
.理解许用应力、安全因数和强度条件,熟练进行强度计算。

    4
.理解纯剪切的概念,切应力互等定理,剪切胡克定律。

    5
.熟练掌握常用截面的形心、静矩、惯性矩的计算及平行移轴公式。

    6.
熟练掌握圆轴扭转切应力和强度计算。

    7.
熟练掌握弯曲正应力和强度计算。

    8.
掌握矩形截面梁弯曲切应力和强度计算。

    9.
了解剪切和挤压的概念。掌握剪切和挤压的实用计算方法。

(四)杆件的变形 简单超静定问题

    1
.熟练掌握拉(压)杆的变形计算,熟练掌握简单超静定问题的求解方法。

    2.
熟练掌握圆轴扭转的变形和刚度计算。

    3.掌握积分法和叠加法求弯曲变形。
    4.
熟练掌握用变形比较法解超静定梁。
    5.
掌握杆件的应变能计算。
(五)应力状态分析? 强度理论

    1
.理解应力状态的概念。

    2
.熟练掌握平面应力状态分析的解析法和图解法。
    3
.了解三向应力状态的最大应力。
    4
.理解广义胡克定律并熟练应用。
    5
.了解复杂应力状态应变能密度的概念及计算。
    6
.理解强度理论的概念及常用的四种强度理论。
(六)组合变形
    1
.熟练掌握拉伸(压缩)与弯曲、斜弯曲、扭转与弯曲组合变形的强度计算,

   *2.
了解截面核心的概念。

(七)压杆稳定
    1
.理解稳定性的概念。

    2
.熟练掌握轴向受压杆临界载荷与临界应力的计算,并进行稳定性校核。
(八)交变应力
    1
.掌握交变应力的概念及描述方法。

    2
.了解疲劳破坏的特点和破坏原因。
    3
.了解材料的疲劳极限、测定方法及其主要影响因素。
    4
.掌握对称循环交变应力下的疲劳强度计算。
   *5
.了解非对称循环交变应力、弯扭组合交变应力下的疲劳强度计算。
(九)能量法
    1
.熟练掌握杆件在基本变形和组合变形下的变形能计算。

    2
.理解功互等定理和位移互等定理。
    3
.掌握卡氏定理计算位移的方法。
    4
.熟练掌握莫尔定理计算位移的方法。
(十)超静定结构?
    1
.熟练掌握用力法解简单超静定结构。
    2
.掌握对称与反对称结构的性质。

(十一)动载荷

    1
.掌握构件作匀加速直线运动或匀速转动时的应力与强度计算。
    2
.熟练掌握冲击时构件的应力、变形和强度计算。
    3
.了解材料的冲击韧度及测定方法。
    4
.掌握综合性问题的计算。

(十二)扭转与弯曲的几个补充问题

    1. 了解非圆截面杆扭转的概念,初步掌握其计算。

    2. 了解非对称弯曲和弯曲中心的概念。

    3. 初步掌握组合梁的计算。

说明:
    基本要求的高低用下列词汇区分:(从高到低)对概念、理论和方法分‘理解’、‘了解’二级;对计算分‘熟练掌握’、‘掌握’和‘初步掌握’三级。带*号内容为选学内容,根据总学时数由教师决定。

四、课程习题
    为了帮助学生掌握课程的基本内容,培养分析、计算能力,建议课外习题总量为100~120题。此外,安排适当数量的分析讨论课也是有益。

五、教学实验 (6学时)
实验一(2学时)材料的力学特性实验
    1
.实验内容
    金属的拉伸、压缩及弹性模量E的测定实验。
    2
.实验目的:
    (1)观察低碳钢和铸铁在拉伸,压缩过程中的各种现象,绘出外力和变形间的关系曲线。
    (2)测定低碳钢拉伸时的屈服应力,抗拉强度,延伸率,截面收缩率。
    (3)测定低碳钢压缩时的屈服应力。
    (4)测定铸铁在拉伸、压缩时的抗拉强度与抗压强度。
    (5)观察断口外貌,分析破坏原因。
    (6)在比例极限内验证胡克定律,测定低碳钢的弹性模量E。
    3
.实验要求:
    (1)初步了解万能试验机的构造原理和操作方法。
    (2)初步掌握常用材料力学性能的测定方法。
    (3)要求学生认真完成实验报告。
实验二(2学时)小梁弯曲电测实验
    1
.实验内容

    弯曲正应力实验

    2
.实验目的

    (1)用电测应力分析方法测定纯弯曲梁横截面上的正应力分布规律和正应力的实测数值。
    (2)将测试结果与理论计算结果比较,验证弯曲正应力公式。
    3
.实验要求:
    (1)了解电测应力分析的基本原理。
    (2)掌握电阻应变仪的使用方法。
    (3)要求学生认真完成实验报告。
实验(三)(2学时)弯扭组合电测实验
    1
.实验内容

    弯曲和扭转组合变形应力测定实验。
    2
.实验目的
    (1)用电测应力分析方法,测定圆截面杆在弯曲和扭转组合作用下的弯曲正应力和扭转剪切力。
    (2)用实验方法测定平面应力状态下,主应力的大小和方向并与理论值比较。
    3
.实验要求:
    (1)进一步掌握电测应力分析的基本原理和电阻应变仪的使用方法。
    (2)掌握电阻应变仪的电桥连接方法。
    (3)要求学生认真完成实验报告。

六、主要参考书
    1
.《材料力学》 蔺海荣 冯维明 虞松主编 国防工业出版社
    2
.《材料力学》 []S.铁摩辛柯 科学出版社出版。

    3
.《材料力学》(第五版,上、下册) 刘鸿文主编 高等教育出版社

    4.
《材料力学》(第三版,上、下册) 孙训方主编 高等教育出版社

    5
.《材料力学解题指导及习题集》 清华材料力学教研室编 高等教育出版社

    6
.《材料力学学习指导》 华东材料力学与强度协会编著 中国矿业大学出版社