哈工大材料力學(xué)I課程教學(xué)大綱.doc

材料力學(xué) - I 課程教學(xué)大綱 課程中文名稱：材料力學(xué) 課程英文名稱： Mechanics of Materials 總學(xué)時(shí)： 98 講課學(xué)時(shí)： 64 習(xí)題學(xué)時(shí)： 8 實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)： 8 上機(jī)學(xué)時(shí)： 18 授課對象： 機(jī)械、建筑、交通、材料、動(dòng)力、能源等專業(yè)本科生 先修課程：高等數(shù)學(xué)，理論力學(xué) 一、課程教學(xué)目的 通過本課程學(xué)習(xí)，要求學(xué)生正確理解構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等基本概念以及平衡、幾何、物理三類方程在求解力學(xué)問題時(shí)的重要作用。能熟練地計(jì)算桿件的應(yīng)力與變形以及分析其強(qiáng)度、剛度與穩(wěn)定性的能力。通過實(shí)驗(yàn)課教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生具有一定的創(chuàng)新性、綜合性的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?二、教學(xué)內(nèi)容及基本要求 強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性 ； 變形固體及其理想化；外力及其分類；變形與位移。 應(yīng)力狀態(tài)分析： 內(nèi)力；應(yīng)力的概念，正應(yīng)力與切應(yīng)力；一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)；切應(yīng)力互等定律；二向應(yīng)力狀態(tài)分析，解析法；二向應(yīng)力狀態(tài)分析，圖解法；三向應(yīng)力狀態(tài)分析；微體平衡。 應(yīng)變狀態(tài)分析： 應(yīng)變概念，線應(yīng)變與切應(yīng)變；位移與應(yīng)變的關(guān)系； 幾何方程；應(yīng)變協(xié)調(diào)條件，相容方程；平面應(yīng)變狀態(tài)分析。 材料的力學(xué)性能、應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系： 材料的力學(xué)性能與基本實(shí)驗(yàn)；軸向拉伸和壓縮實(shí)驗(yàn)；常見工程材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線； 應(yīng)力松馳與蠕變； 各向同性材料的廣義虎克定律；應(yīng)變能；各向同性材料彈性常數(shù)間的關(guān)系；各向異性材料應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。 軸向拉壓： 軸向拉壓桿的內(nèi)力；軸向拉壓桿的應(yīng)力；圣文南原理 ；應(yīng)力集中；軸向拉壓桿的變形，變形能； 軸向拉壓靜不定問題，溫度應(yīng)力，裝配應(yīng)力； 構(gòu)件受慣性力作用時(shí)的應(yīng)力計(jì)算。 扭轉(zhuǎn)： 扭轉(zhuǎn)桿件的內(nèi)力；圓軸扭轉(zhuǎn)橫截面上切應(yīng)力 ；圓軸扭轉(zhuǎn)破壞模式的分析；圓軸扭轉(zhuǎn)變形與變形能；薄壁桿的自由扭轉(zhuǎn)，剪力流。 彎曲： 梁的內(nèi)力，剪力與彎矩；剪力圖與彎矩圖 ；載荷、剪力及彎矩間的關(guān)系；純彎曲梁的正應(yīng)力；有關(guān)彎曲的討論；彎曲切應(yīng)力；開口薄壁非對稱截面梁的彎曲，彎曲中心；梁的彈性彎曲變形，彈性曲線微分方程；直接積分求梁的變形；疊加原理與疊加法求變形；曲桿彎曲。 復(fù)雜內(nèi)力時(shí)桿件應(yīng)力計(jì)算： 斜彎曲；偏心拉伸與壓縮；截面核心；彎曲與扭轉(zhuǎn) 。 能量原理： 虛功，桿件內(nèi)力的虛功；虛功原理及其對桿件的應(yīng)用；莫爾定理；圖形互乘法；虛功原理應(yīng)用于小變形固體；沖擊。 靜不定結(jié)構(gòu)： 靜不定結(jié)構(gòu)的概念及其分析方法；用力法分析靜不定結(jié)構(gòu)；具有對稱與反對稱性的靜不定結(jié)構(gòu)；連續(xù)梁。 材料失效及強(qiáng)度理論： 常用工程材料的失效模式及強(qiáng)度理論概念； 關(guān)于斷裂的強(qiáng)度理論；關(guān)于屈服的強(qiáng)度理論；莫爾強(qiáng)度理論；強(qiáng)度條件與強(qiáng)度計(jì)算。 桿件的強(qiáng)度、剛度計(jì)算： 強(qiáng)度條件與剛度條件；軸向拉壓桿件的強(qiáng)度計(jì)算；扭轉(zhuǎn)桿件的強(qiáng)度、剛度計(jì)算；彎曲桿件的強(qiáng)度、剛度計(jì)算；復(fù)雜內(nèi)力時(shí)桿件的強(qiáng)度、剛度計(jì)算；提高構(gòu)件強(qiáng)度、剛度的一些措施。 聯(lián)接： 工程中常見的聯(lián)接結(jié)構(gòu)；剪切實(shí)用計(jì)算；擠壓實(shí)用計(jì)算；焊接縫與膠粘接縫的實(shí)用計(jì)算。 彈塑性變形與極限載荷分析： 彈塑性變形與極限載荷法概念；應(yīng)力 -應(yīng)變關(guān)系曲線的簡化；靜不定桁架的極限載荷；圓軸的彈塑性扭轉(zhuǎn)， 殘余應(yīng)力；梁的彈塑性彎曲，塑性鉸。 疲勞與斷裂： 交變應(yīng)力與對其描述；疲勞概念與材料的疲勞極限；影響疲勞極限的主要因素；疲勞強(qiáng)度計(jì)算；變幅交變應(yīng)力下構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算；疲勞裂紋擴(kuò)展與構(gòu)件的疲勞壽命壓桿穩(wěn)定： 壓桿穩(wěn)定性概念；確定臨界力的靜力法，歐拉公式；超過比例極限壓桿的臨界力計(jì)算；關(guān)于壓桿穩(wěn)定性的進(jìn)一步討論；中心加載壓桿穩(wěn)定性設(shè)計(jì)。 三、課程負(fù)責(zé)人示范性教學(xué)設(shè)計(jì) 1教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)與學(xué)時(shí)安排序號(hào) 學(xué)時(shí) 講授 方式 講授內(nèi)容 1 2 講課 第一章 緒論 構(gòu)件強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性 連續(xù)與非連續(xù)；均勻與非均勻；各向同性與各向異性 靜載荷與動(dòng)載荷；體積力與表面力；分布力與集中力 彈性變形與塑性變形；大變形與小變形；變形與位移 2 2 講課 第二章 應(yīng)力狀態(tài)分析 內(nèi)力、應(yīng)力概念，正應(yīng)力與切應(yīng)力 單元體，一點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)表示，切應(yīng)力互等定理 三向、二向、單向、純剪切應(yīng)力狀態(tài) 3 2 講課 習(xí)題 二向應(yīng)力狀態(tài)分析 -解析法 任意斜截面的應(yīng)力，主應(yīng)力、主方向，主切應(yīng)力、主剪切面 4 2 講課 二向應(yīng)力狀態(tài)分析 -應(yīng)力圓 三向應(yīng)力狀態(tài)，任意斜面應(yīng)力，應(yīng)力特征方程，應(yīng)力不變量 內(nèi)部微體平衡 平衡微分方程 邊界微體平衡 應(yīng)力邊界條件 5 2 講課 第三章 應(yīng)變狀態(tài)分析 應(yīng)變概念，線應(yīng)變與切應(yīng)變 位移與應(yīng)變關(guān)系，幾何方程 應(yīng)變協(xié)調(diào)條件，相容方程 6 2 講課 習(xí)題 平面應(yīng)變狀態(tài)分析 -解析法 主應(yīng)變及應(yīng)變主方向；最大切應(yīng)變及方向；應(yīng)變圓 7 2 講課 第四章 材料力學(xué)性質(zhì) 應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 材料力學(xué)性能與基本實(shí)驗(yàn) 碳鋼拉伸、壓縮試驗(yàn)；比例、彈性、屈服、強(qiáng)度極限，延伸率，斷面收縮率，冷作硬化 鑄鐵拉伸、壓縮試驗(yàn) 8 2 講課 1各向同性材料簡單應(yīng)力狀態(tài)虎克定律 2各向異性材料廣義胡克定律 3正交異性材料廣義胡克定律 4各向同性材料廣義胡克定律 9 2 講課 體積變形與形狀變形 應(yīng)變能概念；單向、純剪切、三向應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)變能 體變應(yīng)變能與形變應(yīng)變能密度 4各向同性材料彈性常數(shù)間關(guān)系，極限應(yīng)力、許用應(yīng)力、安全系數(shù) 10 2 試驗(yàn)課 低碳鋼拉伸、壓縮試驗(yàn) 鑄鐵拉伸、壓縮試驗(yàn) 11 2 講課 第五章 軸向拉伸與壓縮 軸力、平面假設(shè)、應(yīng)力公式 圣維南原理、應(yīng)力集中 變形、變形能 12 2 講課 習(xí)題 拉、壓靜不定、溫度與裝配應(yīng)力 慣性力作用時(shí)桿件應(yīng)力計(jì)算 13 2 講課 扭轉(zhuǎn) 內(nèi)力、平面假設(shè)、切應(yīng)力公式 圓周扭轉(zhuǎn)破壞模式分析 14 2 講課 習(xí)題 變形、應(yīng)變能 非圓截面桿扭轉(zhuǎn) 開口薄壁桿的自由扭轉(zhuǎn) 15 2 講課 第七章 彎曲 剪力與彎矩、剪力圖與彎矩圖、外力與內(nèi)力間關(guān)系 平面假設(shè)、純彎曲梁橫截面應(yīng)力公式 16 2 習(xí)題 作剪力圖與彎矩圖 17 2 講課 剪力彎曲梁切應(yīng)力 矩形截面梁、基本假設(shè)，彎曲切應(yīng)力公式 工字形、圓形、環(huán)形截面梁的切應(yīng)力 彎曲中心概念 18 2 講課 習(xí)題 平面彎曲梁的變形、撓度與轉(zhuǎn)角 撓曲線近似微分方程 直接積分法求變形 19 2 講課 疊加法求變形 有限差分法求變形簡介（為電算大作業(yè)做準(zhǔn)備） 曲桿彎曲簡介 20 2 講課 第八章 復(fù)雜內(nèi)力時(shí)桿件應(yīng)力計(jì)算 1復(fù)雜內(nèi)力時(shí)桿件內(nèi)力計(jì)算 2斜彎曲變形、應(yīng)力計(jì)算 3偏心拉壓變形、應(yīng)力計(jì)算 21 2 講課 習(xí)題 截面核心 彎曲與扭轉(zhuǎn)變形、應(yīng)力計(jì)算 22 2 講課 第九章 能量原理 虛功、桿剪內(nèi)力的虛功 虛功原理機(jī)對桿件的應(yīng)用 莫爾定理 23 2 講課 習(xí)題 圖乘法 互等定理 24 2 講課 習(xí)題 沖擊 25 2 講課 靜不定結(jié)構(gòu) 靜不定結(jié)構(gòu)的概念及其分析方法 力法，力法正則方程 26 2 習(xí)題 有對稱與反對稱性的靜不定結(jié)構(gòu) 連續(xù)梁 靜不定剛架 27 2 講課 第十一章 材料失效及強(qiáng)度理論 1常用工程材料失效模式及強(qiáng)度理論概念 2關(guān)于斷裂的強(qiáng)度理論 關(guān)于屈服的強(qiáng)度理論 強(qiáng)度條件與強(qiáng)度計(jì)算 28 2 講課 習(xí)題 第十二章 桿件的強(qiáng)度與剛度計(jì)算 桿件失效概念與失效模式 軸向拉伸與壓縮桿件強(qiáng)度計(jì)算 29 2 講課 扭轉(zhuǎn)桿件強(qiáng)度與剛度計(jì)算 彎曲桿件強(qiáng)度與剛度計(jì)算 斜彎曲、偏心拉壓桿件強(qiáng)度計(jì)算 30 2 講課 習(xí)題 彎扭桿件強(qiáng)度計(jì)算 31 2 講課 第十三章 聯(lián)接 1工程中常見的聯(lián)接結(jié)構(gòu) 剪切的實(shí)用計(jì)算 擠壓的實(shí)用計(jì)算 32 6 試驗(yàn)課 1電測法（開放試驗(yàn)，內(nèi)容任選） 33 2 講課 第十四章 彈塑性變形與極限載荷分析 1彈塑性變形與極限載荷概念 2應(yīng)力-應(yīng)變曲線的簡化 3經(jīng)不定桁架的極限載荷 圓周彈塑性扭轉(zhuǎn) 梁的彈塑性扭轉(zhuǎn) 34 2 試驗(yàn)課 光彈性測量 35 2 講課 第十五章 疲勞 1交變應(yīng)力，疲勞概念 交變應(yīng)力循環(huán)特征 材料疲勞極限 36 2 講課 1構(gòu)件的疲勞極限 2對稱循環(huán)下桿件疲勞計(jì)算 37 2 講課 第十六章 壓桿穩(wěn)定 壓桿穩(wěn)定平衡與不穩(wěn)定平衡 兩端鉸支細(xì)長壓桿臨界力、歐拉公式一般形式 平衡路徑，分支點(diǎn) 經(jīng)驗(yàn)公式 38 2 講課 習(xí)題 壓桿穩(wěn)定性計(jì)算 41 18 上機(jī) 電算大作業(yè) 合計(jì) 98 2 參考教材 1）新編材料力學(xué)，張少實(shí)主編，機(jī)械工業(yè)出版社。簡稱“ 教材1 ”。 2）材料力學(xué)計(jì)算機(jī)輔助課堂教學(xué)多媒體系統(tǒng)（MMCAI）， 張少實(shí) 主編。簡稱“ 教材 2 ”。 該參考教材突出了應(yīng)力分析與應(yīng)變分析難點(diǎn)和重點(diǎn)內(nèi)容，用視頻、音頻、動(dòng)畫、圖像、超文本等超媒體技術(shù)，不僅仿真了構(gòu)件變形動(dòng)態(tài)過程、變形最終結(jié)果、應(yīng)力場等，而且還透視到構(gòu)件內(nèi)部，仿真內(nèi)部點(diǎn)、線、面的位移或變形。 3）基于Internet的材料力學(xué)電子教材與教學(xué)圖形庫，張少實(shí)主編。簡稱“ 教材 3 ”。 4） 基于 Internet的材料力學(xué)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)，張少實(shí)主編。簡稱“ 教材 4 ”。 5）材料力學(xué)多媒體電子教程，張少實(shí)主編。簡稱“ 教材 5 ”。 3課程內(nèi)容與體系總體設(shè)計(jì) 總的指導(dǎo)思想是：將教學(xué)思想與觀念改革、課程內(nèi)容與體系改革、教學(xué)手段與方法改革融為一體，統(tǒng)一進(jìn)行。用面向新世紀(jì)力學(xué)學(xué)科的新思想和新觀點(diǎn)，來審視、精選、強(qiáng)化、濃縮和重新組織經(jīng)典內(nèi)容，更加滿足機(jī)械原理、零件和力學(xué)等后續(xù)課程對于力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的需求；適當(dāng)增加新內(nèi)容，目的是為當(dāng)代力學(xué)的先進(jìn)成果和思想開辟窗口和開設(shè)接口。與傳統(tǒng)材料力學(xué)相比，課程內(nèi)容與體系以及理論知識(shí)的表述手段上有如下改革： 1） 將以變形為課程主線的傳統(tǒng)體系改為以應(yīng)力、應(yīng)變分析為主線；引入取微元體的分析方法，從而加強(qiáng)應(yīng)力、應(yīng)變分析觀點(diǎn)；引入平衡微分方程、應(yīng)力和位移邊界條件、幾何方程、相容方程等彈性力學(xué)基本方程。 2）突出力學(xué)方程、幾何方程、物理方程這三大方程在求解力學(xué)問題時(shí)的普遍意義和本質(zhì)所在。 3）將研究對象從一維桿件擴(kuò)充到三維彈形體。同時(shí)闡述均勻與非均勻、連續(xù)與非連續(xù)、各向同性與各向異性、小變形與大變形、線性與非線性等關(guān)于研究對象的基本假設(shè)，從而恰當(dāng)引入了彈性力學(xué)、塑性力學(xué)、 復(fù)合材料力學(xué)等學(xué)科的新觀點(diǎn)和新思想并為此開辟窗口或開設(shè)接口。 4）將傳統(tǒng)的桿件拉、壓、剪、扭、彎、組合變形等五個(gè)章節(jié)內(nèi)容加以濃縮，突出平面假設(shè)，并揭示將這一問題作為三維問題的一個(gè)特例，再應(yīng)用“平面假設(shè)”，從而得到問題解這一方法的本質(zhì)所在。 5）徹底改變了書中插圖是線框圖形的傳統(tǒng)面貌，代之而來的是運(yùn)用計(jì)算機(jī)繪制的立體感與透明感很強(qiáng)的二維、三維圖形與圖像，這樣更有助于對理論知識(shí)做形象直觀描述；更能緊密聯(lián)系工程實(shí)際。 4作業(yè)量： 90-100題。 5成績考核 1）作業(yè)：5分 2）實(shí)驗(yàn)：10分 以開放試驗(yàn)為重點(diǎn)，將實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)目的從以往只是驗(yàn)證理論改為在驗(yàn)證理論的同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生初步了解和掌握當(dāng)代科學(xué)技術(shù)和工程實(shí)際中 最先進(jìn)的 實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析（如電測和光測等）的原理和方法；變原來課堂封閉式實(shí)驗(yàn)為開放性試驗(yàn)，適當(dāng)增加具有綜合性、設(shè)計(jì)和研究性內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)，在培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新觀念上下功夫。重點(diǎn)考核學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維能力。 3）電算大作業(yè)：10分 以梁的彎曲變形知識(shí)為基礎(chǔ)，以差分法為基本方法，重點(diǎn)在于用計(jì)算機(jī)解大規(guī)模線性方程組。要求學(xué)生獨(dú)立建模、設(shè)計(jì)算法、編程、調(diào)試程序和計(jì)算出最終結(jié)果?？己藢W(xué)生綜合運(yùn)用材料力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和運(yùn)用計(jì)算機(jī)的解題能力。 4）期中考試 25分, 期末考試50分。 考試以考核學(xué)生對基本知識(shí)理解程度和綜合運(yùn)用能力為主，期末考試還增設(shè)一道綜合性較強(qiáng)，難度系數(shù)較大的附加題（ 10分）。答對加分，答錯(cuò)不扣分，鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)造性思維。 6分章教學(xué)實(shí)施 章節(jié) 教學(xué)目的 難點(diǎn)內(nèi)容與講授重點(diǎn) 講授方式 參考教材 第 1章 材料力學(xué)的任務(wù)、研究對象和范圍 強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性概念； 變形固體 講課 演示 CAI課件 教材 1 教材 2 教材 4 教材 5 第 2章 應(yīng)力、應(yīng)力狀態(tài)概念和應(yīng)力分析 變形體內(nèi)部和邊界處所取微體的平衡 應(yīng)力概念 一點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)概念 二向應(yīng)力狀態(tài)分析 -解析法 主應(yīng)力、主方向、主切應(yīng)力、主剪切面 平衡微分方程 應(yīng)力邊界條件 講課 演示 CAI課件 網(wǎng)上自學(xué) 教材 1 教材 2 教材 4 第 3章 微體變形、應(yīng)變及應(yīng)變分析 應(yīng)變與位移關(guān)系 變形的協(xié)調(diào) 應(yīng)變概念 平面應(yīng)變分析 -解析法 幾何方程 平面應(yīng)變的相容方程 講課 1教材1 2教材3 3教材4 第 4章 各向異性、正交異性、各向同性線彈型材料應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 應(yīng)變能 材料力學(xué)性質(zhì) 各向同性線彈型材料廣義虎克定律 體變與形變應(yīng)變能 低碳鋼與鑄鐵的拉伸與壓縮試驗(yàn) 極限應(yīng)力、許用應(yīng)力、安全系數(shù) 1講課 2實(shí)驗(yàn) 教材 1 教材 3 教材 5 第 5章 軸向拉伸與壓縮應(yīng)力與變形 平面假設(shè) 應(yīng)變能 靜不定 1講課 2演示CAI課件 3討論 上網(wǎng)自學(xué) 1教材1 教材 2 教材 4 教材 5 第 6章 扭轉(zhuǎn)應(yīng)力與變形 平面假設(shè) 扭轉(zhuǎn)軸應(yīng)力與變形 扭轉(zhuǎn)破壞現(xiàn)象分析 講課 演示 CAI課件 教材 1 教材 2 教材 4 第 7章 1彎曲應(yīng)力與變形 平面假設(shè) 彎曲梁正應(yīng)力 剪力彎曲梁切應(yīng)力 彎曲中心 講課 討論 演示 CAI課件 1教材1 2教材2 教材 3 教材 4 教材 5 第 8章 1 復(fù)雜內(nèi)力時(shí)桿件應(yīng)力計(jì)算 疊加法求應(yīng)力 彎扭 討論 演示 CAI課件 上網(wǎng)自學(xué) 教材 1 教材 2 教材 4 第 9章 1能量原理 桿件變形能 莫爾積分 互等定理 1講課 2上網(wǎng)自學(xué) 1教材1 2教材4 第 10章 靜不定系統(tǒng)及其解法 靜不定次數(shù) 力法、力法正則方程 對稱性問題 講課 討論 教材 1 教材 4 第 11章 1材料失效模式 強(qiáng)度理論 1強(qiáng)度理論概念 2常用的強(qiáng)度理論 1講課 討論 上網(wǎng)自學(xué) 1教材1 2教材4 第 12章 1桿件強(qiáng)度與剛度計(jì)算 1強(qiáng)度與剛度條件 2基本變形時(shí)桿件強(qiáng)度與剛度計(jì)算 1講課 討論 習(xí)題 1教材1 2教材2 教材 3 教材 5 第 13章 1聯(lián)接 1剪切與擠壓的概念 剪切與擠壓的實(shí)用計(jì) 算 1討論 2演示CAI課件 1教材1 2教材2 教材 5 第 14章 1彈塑性變形 2極限載荷法 1彈塑性變形 極限載荷 殘余應(yīng)力 1講課 討論 上網(wǎng)自學(xué) 1教材1 2教材4 第 15章 1疲勞 疲勞失效 材料疲勞極限 構(gòu)件疲勞極限 疲勞強(qiáng)度條件 講課 演示 CAI課件 教材 1 教材 2 教材 4 第 16章 1壓桿穩(wěn)定 變形體穩(wěn)定平衡與不穩(wěn)定平衡 歐拉公式 穩(wěn)定性計(jì)算 講課 討論 示 CAI課件 上網(wǎng)自學(xué) 1教材1 2教材2 3教材4 教材 5 改變傳統(tǒng)的“一本教材一支筆，一塊黑板一張口”的教學(xué)模式，應(yīng)用多媒體技術(shù)，通過 演示課件，開展啟發(fā)式教學(xué)。教學(xué)過程中，要以學(xué)生為主體，改變過去那種喋喋不休的說教方法，讓學(xué)生多觀察、多思考，多分析，從而引導(dǎo)學(xué)生自己得出某些結(jié)論。開展課堂討論式授課方式，采取教師講解與師生共同討論相結(jié)合方式