哈工大材料力学i课程教学大纲.docx
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哈工大材料力学i课程教学大纲
《材料力学-I》课程教学大纲
课程中文名称:
材料力学
课程英文名称:
MechanicsofMaterials
总学时:
98讲课学时:
64习题学时:
8
实验学时:
8上机学时:
18
授课对象:
机械、建筑、交通、材料、动力、能源等专业本科生
先修课程:
高等数学,理论力学
一、课程教学目的
通过本课程学习,要求学生正确理解构件的强度、刚度、稳定性等基本概念以及平衡、
几何、物理三类方程在求解力学问题时的重要作用。
能熟练地计算杆件的应力与变形以及分
析其强度、刚度与稳定性的能力。
通过实验课教学,培养学生具有一定的创新性、综合性的
实验能力。
二、教学内容及基本要求
强度、刚度、稳定性;变形固体及其理想化;外力及其分类;变形与位移。
应力状态分析:
内力;应力的概念,正应力与切应力;一点的应力状态;切应力互等定律
;二向应力状态分析,解析法;二向应力状态分析,图解法;三向应力状态分析;微体平衡。
应变状态分析:
应变概念,线应变与切应变;位移与应变的关系;几何方程;应变协调条
件,相容方程;平面应变状态分析。
材料的力学性能、应力应变关系:
材料的力学性能与基本实验;轴向拉伸和压缩实验;常
见工程材料的应力—应变曲线;应力松驰与蠕变;各向同性材料的广义虎克定律;应变能
;各向同性材料弹性常数间的关系;各向异性材料应力—应变关系。
轴向拉压:
轴向拉压杆的内力;轴向拉压杆的应力;圣文南原理;应力集中;轴向拉压杆
的变形,变形能;轴向拉压静不定问题,温度应力,装配应力;构件受慣性力作用时的应
力计算。
扭转:
扭转杆件的内力;圆轴扭转横截面上切应力;圆轴扭转破坏模式的分析;圆轴扭转
变形与变形能;薄壁杆的自由扭转,剪力流。
弯曲:
梁的内力,剪力与弯矩;剪力图与弯矩图;载荷、剪力及弯矩间的关系;纯弯曲梁
的正应力;有关弯曲的讨论;弯曲切应力;开口薄壁非对称截面梁的弯曲,弯曲中心;梁的
弹性弯曲变形,弹性曲线微分方程;直接积分求梁的变形;叠加原理与叠加法求变形;曲杆
弯曲。
复杂内力时杆件应力计算:
斜弯曲;偏心拉伸与压缩;截面核心;弯曲与扭转。
能量原理:
虚功,杆件内力的虚功;虚功原理及其对杆件的应用;莫尔定理;图形互乘法
;虚功原理应用于小变形固体;冲击。
静不定结构:
静不定结构的概念及其分析方法;用力法分析静不定结构;具有对称与反对
称性的静不定结构;连续梁。
材料失效及强度理论:
常用工程材料的失效模式及强度理论概念;关于断裂的强度理论
;关于屈服的强度理论;莫尔强度理论;强度条件与强度计算。
杆件的强度、刚度计算:
强度条件与刚度条件;轴向拉压杆件的强度计算;扭转杆件的强
度、刚度计算;弯曲杆件的强度、刚度计算;复杂内力时杆件的强度、刚度计算;提高构件
强度、刚度的一些措施。
联接:
工程中常见的联接结构;剪切实用计算;挤压实用计算;焊接缝与胶粘接缝的实用
计算。
弹塑性变形与极限载荷分析:
弹塑性变形与极限载荷法概念;应力-应变关系曲线的简化
;静不定桁架的极限载荷;圆轴的弹塑性扭转,残余应力;梁的弹塑性弯曲,塑性铰。
疲劳与断裂:
交变应力与对其描述;疲劳概念与材料的疲劳极限;影响疲劳极限的主要因
素;疲劳强度计算;变幅交变应力下构件的疲劳强度计算;疲劳裂纹扩展与构件的疲劳寿命
压杆稳定:
压杆稳定性概念;确定临界力的静力法,欧拉公式;超过比例极限压杆的临界
力计算;关于压杆稳定性的进一步讨论;中心加载压杆稳定性设计。
三、课程负责人示范性教学设计
1.教学内容设计与学时安排
序号
学时
讲授
方式
讲授内容
1
2
讲课
第一章绪论
• 构件强度、刚度、稳定性
• 连续与非连续;均匀与非均匀;各向同性与各向异性
• 静载荷与动载荷;体积力与表面力;分布力与集中力
• 弹性变形与塑性变形;大变形与小变形;变形与位移
2
2
讲课
第二章应力状态分析
• 内力、应力概念,正应力与切应力
• 单元体,一点应力状态表示,切应力互等定理
• 三向、二向、单向、纯剪切应力状态
3
2
讲课
习题
• 二向应力状态分析--解析法
• 任意斜截面的应力,主应力、主方向,主切应力、主剪切面
4
2
讲课
• 二向应力状态分析--应力圆
• 三向应力状态,任意斜面应力,应力特征方程,应力不变量
• 内部微体平衡平衡微分方程
• 边界微体平衡应力边界条件
5
2
讲课
第三章应变状态分析
• 应变概念,线应变与切应变
• 位移与应变关系,几何方程
• 应变协调条件,相容方程
6
2
讲课
习题
• 平面应变状态分析--解析法
• 主应变及应变主方向;最大切应变及方向;应变圆
7
2
讲课
第四章材料力学性质应力应变关系
• 材料力学性能与基本实验
• 碳钢拉伸、压缩试验;比例、弹性、屈服、强度极限,延伸率,断面收缩率,冷作硬化
• 铸铁拉伸、压缩试验
8
2
讲课
1.各向同性材料简单应力状态虎克定律
2.各向异性材料广义胡克定律
3.正交异性材料广义胡克定律
4.各向同性材料广义胡克定律
9
2
讲课
• 体积变形与形状变形
• 应变能概念;单向、纯剪切、三向应力状态应变能
• 体变应变能与形变应变能密度
4.各向同性材料弹性常数间关系,极限应力、许用应力、安全系数
10
2
试验课
• 低碳钢拉伸、压缩试验
• 铸铁拉伸、压缩试验
11
2
讲课
第五章轴向拉伸与压缩
• 轴力、平面假设、应力公式
• 圣维南原理、应力集中
• 变形、变形能
12
2
讲课
习题
• 拉、压静不定、温度与装配应力
• 惯性力作用时杆件应力计算
13
2
讲课
• 扭转
• 内力、平面假设、切应力公式
• 圆周扭转破坏模式分析
14
2
讲课
习题
• 变形、应变能
• 非圆截面杆扭转
• 开口薄壁杆的自由扭转
15
2
讲课
第七章弯曲
• 剪力与弯矩、剪力图与弯矩图、外力与内力间关系
• 平面假设、纯弯曲梁横截面应力公式
16
2
习题
作剪力图与弯矩图
17
2
讲课
• 剪力弯曲梁切应力
• 矩形截面梁、基本假设,弯曲切应力公式
• 工字形、圆形、环形截面梁的切应力
• 弯曲中心概念
18
2
讲课
习题
• 平面弯曲梁的变形、挠度与转角
• 挠曲线近似微分方程
• 直接积分法求变形
19
2
讲课
• 叠加法求变形
• 有限差分法求变形简介(为电算大作业做准备)
• 曲杆弯曲简介
20
2
讲课
第八章复杂内力时杆件应力计算
1.复杂内力时杆件内力计算
2.斜弯曲变形、应力计算
3.偏心拉压变形、应力计算
21
2
讲课
习题
• 截面核心
• 弯曲与扭转变形、应力计算
22
2
讲课
第九章能量原理
• 虚功、杆剪内力的虚功
• 虚功原理机对杆件的应用
• 莫尔定理
23
2
讲课
习题
• 图乘法
• 互等定理
24
2
讲课
习题
• 冲击
25
2
讲课
• 静不定结构
• 静不定结构的概念及其分析方法
• 力法,力法正则方程
26
2
习题
• 有对称与反对称性的静不定结构
• 连续梁
• 静不定刚架
27
2
讲课
第十一章材料失效及强度理论
1.常用工程材料失效模式及强度理论概念
2.关于断裂的强度理论
• 关于屈服的强度理论
• 强度条件与强度计算
28
XX文库-让每个人平等地提升自我2
讲课
习题
第十二章杆件的强度与刚度计算
• 杆件失效概念与失效模式
• 轴向拉伸与压缩杆件强度计算
29
2
讲课
• 扭转杆件强度与刚度计算
• 弯曲杆件强度与刚度计算
• 斜弯曲、偏心拉压杆件强度计算
30
2
讲课
习题
• 弯扭杆件强度计算
31
2
讲课
第十三章联接
1.工程中常见的联接结构
• 剪切的实用计算
• 挤压的实用计算
32
6
试验课
1.电测法(开放试验,内容任选)
33
2
讲课
第十四章弹塑性变形与极限载荷分析
1.弹塑性变形与极限载荷概念
2.应力-应变曲线的简化
3.经不定桁架的极限载荷
• 圆周弹塑性扭转
• 梁的弹塑性扭转
34
2
试验课
• 光弹性测量
35
2
讲课
第十五章疲劳
1.交变应力,疲劳概念
• 交变应力循环特征
• 材料疲劳极限
36
2
讲课
1.构件的疲劳极限
2.对称循环下杆件疲劳计算
37
2
讲课
第十六章压杆稳定
• 压杆稳定平衡与不稳定平衡
• 两端铰支细长压杆临界力、欧拉公式一般形式
• 平衡路径,分支点
• 经验公式
38
2
讲课
习题
• 压杆稳定性计算
41
18
上机
电算大作业
合计
98
2.参考教材
1)《新编材料力学》,张少实主编,机械工业出版社。
简称“教材1”。
2)《材料力学计算机辅助课堂教学多媒体系统(MMCAI)》,张少实
主编。
简称“教材2”。
该参考教材突出了应力分析与应变分析难点和重点内容,用视频、音频、动画、图像、
超文本等超媒体技术,不仅仿真了构件变形动态过程、变形最终结果、应力场等,而且还透
视到构件内部,仿真内部点、线、面的位移或变形。
3)《基于Internet的材料力学电子教材与教学图形库》,张少实主编。
简称“教材3”。
4)《基于Internet的材料力学网络教学系统》,张少实主编。
简称“教材4”。
5)《材料力学多媒体电子教程》,张少实主编。
简称“教材5”。
3.课程内容与体系总体设计
总的指导思想是:
将教学思想与观念改革、课程内容与体系改革、教学手段与方法改革
融为一体,统一进行。
用面向新世纪力学学科的新思想和新观点,来审视、精选、强化、浓
缩和重新组织经典内容,更加满足机械原理、零件和力学等后续课程对于力学基础知识的需
求;适当增加新内容,目的是为当代力学的先进成果和思想开辟窗口和开设接口。
与传统材
料力学相比,课程内容与体系以及理论知识的表述手段上有如下改革:
1)将以变形为课程主线的传统体系改为以应力、应变分析为主线;引入取微元体的分析方
法,从而加强应力、应变分析观点;引入平衡微分方程、应力和位移边界条件、几何方程、
相容方程等弹性力学基本方程。
2)突出力学方程、几何方程、物理方程这三大方程在求解力学问题时的普遍意义和本质所
在。
3)将研究对象从一维杆件扩充到三维弹形体。
同时阐述均匀与非均匀、连续与非连续、各
向同性与各向异性、小变形与大变形、线性与非线性等关于研究对象的基本假设,从而恰当
引入了弹性力学、塑性力学、复合材料力学等学科的新观点和新思想并为此开辟窗口或开
设接口。
4)将传统的杆件拉、压、剪、扭、弯、组合变形等五个章节内容加以浓缩,突出平面假设
,并揭示将这一问题作为三维问题的一个特例,再应用“平面假设”,从而得到问题解这一
方法的本质所在。
5)彻底改变了书中插图是线框图形的传统面貌,代之而来的是运用计算机绘制的立体感与
透明感很强的二维、三维图形与图像,这样更有助于对理论知识做形象直观描述;更能紧密
联系工程实际。
4.作业量:
90-100题。
5.成绩考核
1)作业:
5分
2)实验:
10分
以开放试验为重点,将实验课的教学目的从以往只是验证理论改为在验证理论的同时,
引导学生初步了解和掌握当代科学技术和工程实际中最先进的实验应力分析(如电测和光
测等)的原理和方法;变原来课堂封闭式实验为开放性试验,适当增加具有综合性、设计和
研究性内容的实验,在培养学生动手能力和创新观念上下功夫。
重点考核学生动手能力和创
新思维能力。
3)电算大作业:
10分
以梁的弯曲变形知识为基础,以差分法为基本方法,重点在于用计算机解大规模线性方
程组。
要求学生独立建模、设计算法、编程、调试程序和计算出最终结果。
考核学生综合运
用材料力学基础知识和运用计算机的解题能力。
4)期中考试25分,期末考试50分。
考试以考核学生对基本知识理解程度和综合运用能力为主,期末考试还增设一道综合性较强
,难度系数较大的附加题(10分)。
答对加分,答错不扣分,鼓励学生创造性思维。
6.分章教学实施
章节
教学目的
难点内容与讲授重点
讲授方式
参考教材
第1章
• 材料力学的任务、研究对象和范围
• 强度、刚度和稳定性概念;
• 变形固体
• 讲课
• 演示CAI课件
• 教材1
• 教材2
• 教材4
• 教材5
第2章
• 应力、应力状态概念和应力分析
• 变形体内部和边界处所取微体的平衡
• 应力概念
• 一点应力状态概念
• 二向应力状态分析--解析法
• 主应力、主方向、主切应力、主剪切面
• 平衡微分方程
• 应力边界条件
• 讲课
• 演示CAI课件
• 网上自学
• 教材1
• 教材2
• 教材4
第3章
• 微体变形、应变及应变分析
• 应变与位移关系
• 变形的协调
• 应变概念
• 平面应变分析--解析法
• 几何方程
• 平面应变的相容方程
• 讲课
1.教材1
2.教材3
3.教材4
第4章
• 各向异性、正交异性、各向同性线弹型材料应力应变关系
• 应变能
• 材料力学性质
• 各向同性线弹型材料广义虎克定律
• 体变与形变应变能
• 低碳钢与铸铁的拉伸与压缩试验
• 极限应力、许用应力、安全系数
1.讲课
2.实验
• 教材1
• 教材3
• 教材5
第5章
• 轴向拉伸与压缩应力与变形
• 平面假设
• 应变能
• 静不定
1.讲课
2.演示CAI课件
3.讨论
• 上网自学
1.教材1
• 教材2
• 教材4
• 教材5
第6章
• 扭转应力与变形
• 平面假设
• 扭转轴应力与变形
• 扭转破坏现象分析
• 讲课
• 演示CAI课件
• 教材1
• 教材2
• 教材4
第7章
1.弯曲应力与变形
• 平面假设
• 弯曲梁正应力
• 剪力弯曲梁切应力
• 弯曲中心
• 讲课
• 讨论
• 演示CAI课件
1.教材1
2.教材2
• 教材3
• 教材4
• 教材5
第8章
1.复杂内力时杆件应力计算
• 叠加法求应力
• 弯扭
• 讨论
• 演示CAI课件
• 上网自学
• 教材1
• 教材2
• 教材4
第9章
1.能量原理
• 杆件变形能
• 莫尔积分
• 互等定理
1.讲课
2.上网自学
1.教材1
2.教材4
第10章
• 静不定系统及其解法
• 静不定次数
• 力法、力法正则方程
• 对称性问题
• 讲课
• 讨论
• 教材1
• 教材4
第11章
1.材料失效模式
• 强度理论
1.强度理论概念
2.常用的强度理论
1.讲课
• 讨论
• 上网自学
1.教材1
2.教材4
第12章
1.杆件强度与刚度计算
1.强度与刚度条件
2.基本变形时杆件强度与刚度计算
1.讲课
• 讨论
• 习题
1.教材1
2.教材2
• 教材3
• 教材5
第13章
1.联接
1.剪切与挤压的概念
• 剪切与挤压的实用计
算
1.讨论
2.演示CAI课件
1.教材1
2.教材2
• 教材5
第14章
1.弹塑性变形
2.极限载荷法
1.弹塑性变形
• 极限载荷
• 残余应力
1.讲课
• 讨论
• 上网自学
1.教材1
2.教材4
第15章
1.疲劳
• 疲劳失效
• 材料疲劳极限
• 构件疲劳极限
• 疲劳强度条件
• 讲课
• 演示CAI课件
• 教材1
• 教材2
• 教材4
第16章
1.压杆稳定
• 变形体稳定平衡与不稳定平衡
• 欧拉公式
• 稳定性计算
• 讲课
• 讨论
• 示CAI课件
• 上网自学
1.教材1
2.教材2
3.教材4
• 教材5
改变传统的“一本教材一支笔,一块黑板一张口”的教学模式,应用多媒体技术,通过
演示课件,开展启发式教学。
教学过程中,要以学生为主体,改变过去那种喋喋不休的说教
方法,让学生多观察、多思考,多分析,从而引导学生自己得出某些结论。
开展课堂讨论式
授课方式,采取教师讲解与师生共同讨论相结合方式
- 配套讲稿:
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- 特殊限制:
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- 哈工大 材料力学 课程 教学大纲