教学大纲含实验Word文档下载推荐.docx
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执笔人：
聂毓琴
一、课程性质、目的与任务：
课程性质：
材料力学是变形固体力学入门的学科基础课，用以培养学生在工程设计中有关力
学方面的设计计算能力，本课程主要研究工程结构中构件的承载能力问题，通过
揭示构件的强度、刚度和稳定性问题的基本概念及必要的基础知识，培养学生解
决问题的能力；
以理论分析为基础，培养学生的实验动手能力；
发挥其它课程不
可替代的综合素质教育作用。
课程任务：
其主要任务是培养学生：
1．树立正确的设计思想，理论联系实际，解决好经济与安全的矛盾，具备创新精神；
2．全面系统地了解构件的受力变形、破坏的规律；
3．掌握有关构件设计计算的基本概念、基本理论、基本方法及其在工程的应用
4．能将一般构件抽象出力学简图，进行外力分析、内力分析、应力分析、应变分析、应力~应变分析；
5．掌握材料的力学性能的原理和方法，具有进行实验研究的初步能力；
6．在满足强度、刚度、稳定性的前提下，以最经济的代价，为构件选择合适的形状，设计合理的界面形状和尺寸，为设计提供计算依据；
7．了解材料力学的新理论，新方法及发展趋向；
课程目的：
材料力学课程是高等工科院校中机械类专业一门主干课程，是机械类硕士研究生
入学考试的一门专业基础课。
在教学过程中要综合运用先修课程中所学到的有关
知识与技能，结合各种实践教学环节，进行机械工程技术人员所需的基本训练，
为学生进一步学习有关专业课程和有目的从事机械设计工作打下基础，因此材料
力学课程机械类专业的教学计划中占有重要的地位和作用。
二、教学基本要求：
（一）课程的基本要求及提高要求：
基本要求：
1．对材料力学的基本概念和基本分析方法有明确的认识。
2．能熟练地做出杆件在基本变形下的内力图，进行应力和位移、强度和刚度计算。
3．掌握应力状态理论，掌握组合变形下杆件的强度计算。
4．掌握简单静不定问题的求解方法。
5．了解能量法的基本原理，掌握一种计算位移的能量方法。
6．了解压杆的稳定性概念，会计算轴向受压杆的临界力与临界应力。
7．了解低碳钢和灰口铁的基本力学性能及其测试方法。
8.掌握电测实验应力分析的基本原理和方法。
提高要求：
1.薄壁杆件扭转，弯曲中心，莫尔强度理论；
2.功互等定理、位移互等定理和虚功原理；
3.拉压杆的弹塑性分析；
4.综合性、设计性实验。
（二）实验要求：
材料力学课程是一门实践性，设计性很强的技术基础课，实验教学是培养学生创新精神和实践能力的重要教学环节。
共安排6次实验。
1.低碳钢和铸铁的拉伸实验（2学时）；
2.低碳钢和铸铁的压缩实验，测E实验（2学时）；
3.低碳钢和铸铁的扭转实验，测G实验（2学时）；
4.电测实验I（2学时）；
5.电测实验II（2学时）；
6.光测实验，冲击，疲劳，动荷实验（2学时）。
以上实验共计12学时，课内占8学时，课外占4学时。
力学实验中心为开放实验室，开课后要预约实验。
材料力学实验有《材料力学实验指导书》，要求学生上实验课之前要预习《材料力学实验指导书》，并写出预习报告。
实验时每组人数2—3人，每位任课教师要指导一个实验教学班的实验。
实验报告要用学校统一印制的实验报告用纸，教师要认真批阅每份实验报告，评出成绩并做好记录。
三、各章节内容及学时分配：
第一章绪论（2学时）
教学目的与要求
1.了解构件的强度、刚度和稳定性的概念。
2.明确材料力学的课程的地位和任务。
3.理解变形固体的基本假设、条件及其意义。
4.明确内力的概念初步掌握用截面法计算内力的方法。
5.建立正应力、切应力、线应变、切应变的基本概念。
6.了解杆件四种基本变形的受力的特点和变形特点。
教学内容
材料力学的任务、同相关学科的关系，变形固体的基本假设、主要研究对象、研究方法、截面法、内力、应力、和应变的概念，基本变形。
第二章轴向拉伸和压缩（8学时）
1.了解轴向拉、压的受力特点和变形特点。
2.熟练掌握轴力计算和轴力图的绘制方法。
3.了解轴向拉、压时横截面上正应力公式的推倒过程和应用条件。
4.了解轴向拉、压时斜截面上应力变化规律,特别是最大正应力和最大切应变的大小和
作用面。
5.掌握轴向拉、压时,塑性和脆性材料的力学性质,并能分析解释其破坏原因。
6.掌握工作应力、极限应力许用应力与安全系数的概念。
7.熟练掌握轴向拉压杆的强度条件和三种强度问题的计算方法。
8.明确弹性模量E波松比μ和抗拉、压刚度EA的物理意义,熟练运用胡克定律计算拉
压杆的变形。
9.建立轴向拉、压时弹性变形能的概念和计算方法。
10.熟练掌握一次拉、压静不定的解法（包括温度应变和装配应力）。
11.了解应力集中的概念。
轴力与轴力图，直杆横截面及斜截面的应力，圣维南原理，应力集中的概念。
材料拉伸及压缩时的力学性能，应力-应变曲线。
拉压杆强度条件，安全因数及许用应力的确定。
第三章扭转和剪切（5学时）
1.了解圆轴扭转时的受力特点和变形特点。
2.能够根据轴的传递功率和转速计算外力偶矩。
3.熟练掌握扭矩的符号规定和扭矩图的绘制。
4.掌握切应力互等定理和剪切胡克定律。
5.了解圆轴扭转时横截面上的切应力和扭转变形公式的推导过程和应力分部规律。
6.了解圆轴扭转时斜截面上的应力变化规律,特别是最大正应力和最大切应力的大小和
7.了解塑性和脆性材料的扭转实验。
8.熟练掌握圆轴扭转时变形和刚度条件。
9.熟练掌握建立轴向拉、压时弹性变形能的概念和计算方法。
10.掌握剪切和挤压的实用计算。
11.了解非圆截面杆和薄壁杆件的扭转。
扭矩及扭矩图，切应力互等定理，剪切胡克定律，圆轴扭转的应力与变形，扭转强度及刚度条件，非圆截面杆扭转的概念，密圈圆柱螺旋弹簧的应力和变形简介，剪切及挤压的概念和实用计算。
第四章弯曲内力（6学时）
1.明确平面弯曲的概念。
2.熟练掌握建立剪力方程、弯曲方程和绘制剪力图、弯矩图的方法。
3.掌握平面刚架的内力计算和内力图的绘制方法。
4.熟练运用载荷集中、剪力和弯矩之间的微分关系绘制或校核剪力图和弯矩图的方法。
5.掌握带梁间铰静定梁的内力图的绘制。
6.了解用叠加原理作弯矩图的基本方法。
7.了解平面曲杆的弯曲内力计算和内力方程的建立方法。
平面弯曲的内力，剪力、弯矩方程，剪力、弯矩图，利用微分关系画梁的剪力、弯矩图。
第五章弯曲强度（8学时）
1.明确纯弯曲和横力弯曲的概念。
2.了解梁纯弯曲时横截面上的正应力公式的推导方法和正应力分布规律。
3.熟练掌握弯曲正应力的计算和弯曲正应力的强度条件及其应用。
4.理解矩形截面梁衡截面上弯曲切应力公式的推导过程及切应力的分部规律。
5.掌握常见截面梁衡截面上切应力的计算和弯曲切应力强度条件。
6.建立弯曲中心的概念,横力弯曲时,产生平面弯曲的条件。
7.了解提高粱弯曲强度的主要措施。
弯曲正应力公式，弯曲切应力，弯曲强度条件，薄壁截面梁的弯曲切应力，弯曲中心的概念，提高弯曲强度的措施。
第六章弯曲变形（4学时）
1.明确挠曲线、挠度和转角的概念。
2.理解求解弯曲变形的挠曲线近似非分方程的建立过程及刚度条件。
3.掌握用积分法求弯曲变形及确定积分常数的边界条件和连续条件。
4.掌握用叠加法求弯曲变形。
5.了解提高粱弯曲刚度的主要措施。
挠曲线及其近似微分方程，积分法和叠加法求梁的位移，梁的刚度校核，提高梁弯曲刚度的措施。
第七章应力及应变分析强的计算（8学时）
1.明确什么叫一点处的应力状态?
为什么要研究一点处的应力状态?
2.明确主平面、主应力和应力状态分析。
3.熟练掌握各种组合变形的危险点（或指定点）处原始单元体的截取及各面上的正应力。
4.熟练掌握二向应力状态分析的解析罚和图解法及单元体与应力圆之间的一一对应关
系。
5.了解三向应力圆的画法,熟练掌握单元体内的最大切应力的计算。
6.了解平面英里状态下的应便分析。
7.掌握广义胡克定律及应用。
8.了解复杂应力状态下的比能、体积改变比能和形状改变比能。
9.了解什么是强度理论?
为什么要建立强度理论?
建立强的理论的依据是什么?
10.熟练掌握四种常用强度理论进行强度计算的方法及强度理论的选择。
应力状态的概念，平面应力状态下的应力分析和应变分析的解析法及图解法，三向应力状态的简介，广义胡克定律，体积应变，三向应力状态下应变能、体积改变能、畸变能的概念。
第八章组合变形构件的强度计算（4学时）
1.了解组合变形机构的强度计算的基本方法和步骤。
2.掌握斜弯曲和拉弯曲组合变形构件的应力和强度计算。
3.熟练掌握圆轴扭转与其他变形的组合时的应力和强度计算。
强度理论的概念，破坏形式的分析，脆性断裂和塑性屈服，四个经典强度理论。
组合变形的类型，解决的方法和步骤，组合变形下杆件的强度计算，截面核心的简介（土建类）。
第九章实验应力分析（2学时）
1.明确实验应力的分析的目的和电测法的基本原理。
为什么要进行温度补偿?
2.熟练掌握测量电桥的接法及其应用。
3.掌握二向应力的状态主方向已知时的应力测定。
4.了解二向应力的状态主方向未知时的应力测定。
5.了解电测法的主要优缺点。
电测试验应力分析的基本原理和方法，应力测定，光测法的基本原理。
第十章能量法（8学时）
1.掌握轴向拉压、圆轴扭转、平面弯曲和组合变形时的杆件变形能的计算,了解变形能
的特点。
2.掌握计算位移的莫尔积分法。
3.熟练掌握一种计算位移地能量法。
如计算莫尔积分的图形互乘法
4.了解虚功和虚位移互等定理及其应用。
杆件应变能计算，卡氏定理，莫尔定理，用能量法计算位移。
第十一章静不定结构（6学时）
1.明确静不定机构的概念,掌握判定静不定次数的方法。
2.掌握用力法解静不定的基本步骤。
3.熟练掌握解一次静不定机构的变形比较法。
4.理解力法正则方程的力学意义和建立过程,并用力法正则方程解静不定结构。
5.掌握利用机构在几何物理和载荷方面的对称性和反对称性,来简化静不定次数的方
法。
用力法解简单静不定的基本步骤，正则方程，对称性在解静不定问题中的应用。
第十二章动载荷（2学时）
1.掌握匀加速直线运动杆件和匀速转动圆环的动应力计算。
2.理解用能量法求解自由落体和水平冲击动载荷系数Kd公式的推导过程及动荷系数的
物理意义。
3.熟练掌握自由落体和水平冲击时的动载荷、动应力和动变形的计算。
4.了解冲击实验和提高构件抗冲击能力的措施。
构件作等加速运动和匀速转动的应力计算，冲击时的应力和变形计算，动、静异同，动应力，动变形的计算。
第十三章交变应力（3学时）
1.了解疲劳破坏的特点和原因。
2.掌握描述交变应力的参数计算。
3.明确材料的持久极限及其测定。
4.了解影响构件持久极限的主要原因。
5.掌握对称循环下构件的疲劳强度计算。
6.理解非对称循环时的材料持久极限曲线及其简化折线。
7.了解非对称循环时,构件的持久极限简化折线及其构件的疲劳强度计算。
8.了解在弯扭组合交变应力下构件的疲劳强度计算。
9.了解提高构件疲劳强度的主要措施。
疲劳破坏的概念，S-N曲线及材料的疲劳极限，影响构件疲劳极限的主要因素，有限寿命简介，提高构件疲劳强度的措施，交变应力与疲劳破坏，持久极限及其影响因素。
第十四章压杆稳定（4学时）
1.明确压杆稳定和临界力的概念。
2.理解两端铰支细长压杆临界力计算公式推导过程。
3.了解长度系数的力学意义,掌握四种常见约束下细长压杆临界力的计算。
4.明确压杆的柔度和欧拉公式的适用范围。
掌握临界应力总图
5.掌握压杆的稳定校核。
6.了解提高压杆稳定的措施。
压杆稳定的概念，细长压杆临界载荷的欧拉公式，临界应力、经验公式、临界应力总图，压杆的稳定校核，安全因数法，折减系数法（土建类），提高稳定性的措施。
附录A平面图形的几何性质（2学时）
1.掌握静矩和形心的概念、性质和计算。
2.掌握惯性矩、惯性半径、极惯性矩和惯性积的概念、性质和计算。
3.掌握平行移轴公式及组合图形惯性矩的计算。
4.了解转轴公式,主惯性轴、主惯性矩、形心主轴和形心主惯性矩的概念、性质和计算。
静矩、形心、惯性矩、惯性积、惯性半径、积惯性矩、主轴、形心主惯矩、截面二次矩、平行移轴公式、转轴公式。
四、实验：
1.实验目的与任务
大量与《材料力学》相关的产品和科研成果作为《材料力学实验》实践教学的内容，通过参观图片实物、实验扩展以及学生自己观察、分析和动手实践达到实验的目的。
实验课采用开放实验教学方式，实验前学生必须提前到实验室预约本课程12学时实验要
求学生自己动手做，2学时实验为扩展性实验。
要求学生在实验前预习指导书，指导教师概述实验的原理和方法及仪器的使用等，并具体操作，由学生独立完成5次实验报告。
2.实验教学基本要求
（1）材料的机械性能测试：
材料的各项强项指标，如屈服强度、强度极限、持久极限等。
测量材料的弹性性能，如弹性极限、弹性模量等，认识低碳钢和铸铁的基本力学性能，了解其测试方法，对于常用材料的基本力学性能及测试方法有初步认识；
（2）验证性实验：
材料力学的一些理论是以假设为基础而导出的，例如杆件弯曲理论就以平面假设为基础。
用实验验证这些理论的正确性＆使用范围，更可加深对理论的认识和理解。
对剪变模量测试的理论误差要求在10％以内，对静态电测应力值要求误差在10％以内，对所有的设备仪器的精度示值要求在规定范围内；
（3）应力分析实验：
在某些情况下，例如因构件几何形状不规则或应力复杂等，应力计算并无适用的理论。
这时，用诸如电测、光弹性等实验应力分析的方法直接测定构件的应力，便成为有效的方法。
对经过较大简化后得到的理论计算或数值计算，其结果的可靠性更有赖于实验应力分析的验证。
重点掌握静态测试技术，掌握电测实验的基本原理和方法；
（4）具有熟练整理实验数据、分析误差、独立完成实验报告的能力；
（5）锻炼分析能力、实验方法设计能力和实验操作能力。
3.实验教材或指导书
《材料力学实验指导书》吉林大学校内讲义2005版。
4.实验项目一览表
序号
实验项目
内容提要
实验
类型
学时
分配
主要仪器
设备
地点
备注
1
拉伸实验
低碳钢与铸铁拉伸
验证性
2
万能试验机
力学实验室
压缩实验
低碳钢、铸铁压缩
3
测定钢的弹性模量E
钢的弹性模量E及泊松比的测定
4
扭转破坏试验
低碳钢与铸铁扭转破坏
扭转试验机
5
扭转变形求G
剪变模量G的测定
6
纯弯梁弯曲正应力的电测应力测定
电测法测正应力
静态电阻应变仪
7
等强度梁正应力电测应力测定
掌握等强度梁正应力电测应力测定方法
8
静不定框架的应力电测应力测定
验证静不定框架的理论公式
9
弯扭组合变形主应力的电测应力测定
掌握测定主应力方法和测量技术
10
光弹性应力分析
初步掌握光弹性实验原理
扩展性
0.5
光弹仪
11
金属冲击实验
测定低碳钢和中碳钢的冲击值并比较冲击韧性
摆捶式冲试验机,游标卡尺
12
金属疲劳实验
了解确定持久极限的方法及所用设备
PQ-6型疲劳试验仪,千分表,钢板尺
13
动态应变电测应力测量
了解动态应变测量方法及原理
静动态应变测试系统
五、考核方式：
1.采取平时成绩与期末考试相结合的方法。
平时成绩占10分-30分，其中包括出席，作业完成情况，实验及实验报告。
期末考试成绩占90分-70分，期末考试既要考查基本知识，基本理论，更要注意考查学生综合运用所学知识解决问题的能力要给学生自我发挥潜能的余地，引导学生从“死记硬背”中解脱出来，自觉地在培养创新精神和实践能力上下工夫。
2.期末考试卷采用密封，流水作业的方法。
3.对于“专题报告”完成好的学生可免去期末的考试，以口试答辩形式评定成绩。
六、备注：
1．作业要求
分析思考题和习题是引导学生主动探索，理解与掌握知识，掌握计算方法和技巧，培养运用知识解决问题的能力的重要环节。
因此在各主要章的课后都有习题作业，教师要认真批阅，评出成绩，记入平时成绩之中，并在课堂上对作业进行讲评。
另外，为了配合内容的消化理解，各章后配有分析思考题，分析难点思考题不作为书面作业，要求同学要看，要思考，对难点的问题利用课堂提问的方式来分析讨论。
由于书后的习题较多，有些题目比较难，作业分两部分留，一部分是按“基本要求”达到的水平，要求必做，必交的，建议为100-150题，另一部分类同题或较难题留给学有余力的同学选做。
2．课外科技活动
要培养学生独立思维，研究分析问题的能力，以及理论联系实际，努力将所学的知识用于解决各种工程实际问题的能力。
教师可提出问题，同时鼓励学生自己提出问题，带问题查阅资料，勇于探索，大胆创新，并以专题报告的形式公开发表自己的见解。
为激发学生们的主动学习和研究探索问题的积极性，把“专题报告”计入到平时成绩中，对其中特别优秀者，经面试和综合评定，达到要求者可不参加期末考试，直接评定成绩。
对成绩不满意者，也可再参加期末考试。
3．课程设计（本课程教学中一个独立的教学环节）
4．信息交流、教学相长
1）编写《材料力学》课程学习指南，其中所用教材，教学环节，考核办法等有关规定，教学日历，教学内容，基本要求及重点与难点；
设计训练环节及内容。
所有信息可网上查询，使学生一开始学习就知道“学什么”，“为什么要学”，“怎样学”和“怎样考核”，调动学生的学习主动性和积极性。
2）教师通过讲评作业，肯定学生的知识，能力诸方面的进步，指出学习中存在问题，并提出希望与要求，引导学生端正学习态度，掌握正确的学习方法。
3）通过定期（一学期至少三次）召开学生座谈会或问卷调查，认真听取学生教学工作的反映，了解学生在想什么，有什么要求。
教师要有的放矢的改进教学。
5.授课时使用多媒体课件
材料力学教学中应用了课堂教学软件，通过多年的教学实践，经过不断修改和完善，我们制作的“材料力学课堂教学软件”日臻完善，已成为教学中重要的环节。
利用多媒体课堂教学软件。
省去了在黑板上画图和繁琐的公式推导过程,节省了课堂教学的宝贵时间。
动画、图片和视图使深奥抽象的理论知识形象化、可视化,同时加大了课堂教学的信息量,激发了学生学习的兴趣和学习的积极性,大大提高了课堂的教学效果。
学生们的工程意识得到了加强，同时学习成绩也有了明显提高。
通过教学实践,以材料力学课堂教学软件为主,同时结合投影,黑板作为辅助工具,采用这种三结合的课堂教学手段,活跃了课堂气氛,具有很好的课堂教学效果,通过材料力学课堂教学软件的开发、研制和实践，提高了课程教学效果和质量，使学生的力学能力得到了显著提高，深受学生的欢迎，同时得到吉林大学教务处的肯定和重视。
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