材料力学教案Word格式文档下载.docx

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轴向拉伸与压缩，剪切，扭转，弯曲。

各种基本变形的定义、特征。

几种基本变形的组合。

6、截面法，应力和应变截面法的定义和用法；

为什么要引入应力，应力的定义，正应力，切应力；

为什么要引入应变，应变的定义，正应变，切应变。

第二章轴向拉伸与压缩一、教学目标和教学内容1、教学目标熟练掌握横截面上的应力计算方法，掌握斜截面上的应力计算方法；

具有胡克定律，弹性模量与泊松比的概念，能熟练地计算轴向拉压情况下杆的变形；

了解低碳钢和铸铁，作为两种典型的材料，在拉伸和压缩试验时的性质。

了解塑性材料和脆性材料的区别。

（6）建立许用应力、安全系数和强度条件的概念，会进行轴向拉压情况下构件的强度计算。

（7）了解静不定问题的定义，判断方法，掌握求解静不定问题的三类方程（条件）：

平衡方程，变形协调条件和胡克定律，会求解简单的拉压静不定问题。

2、教学内容拉压静不定问题（10）圆筒形压力容器。

二、重点难点重点：

教学内容中的

（1）～（5），（7）～（9）。

难点：

拉压静不定问题中的变形协调条件。

通过讲解原理，多举例题，把变形协调条件的形式进行归类来解决。

讲解静定与静不定问题的判断方法。

三、教学方式采用启发式教学，通过提问，引导学生思考，让学生回答问题。

四、建议学时学时五、实施学时六、讲课提纲轴向拉（压）杆横截面上的内力1、内力的概念

（1）内力的含义

（2）材料力学研究的内力——附加内力2、求内力的方法——截面法截面法的基本思想假想地用截面把构件切开，分成两部分，将内力转化为外力而显示出来，并用静力平衡条件将它算出。

举例：

求图示杆件截面m-m上的内力图2-1截面法求内力根据左段的平衡条件可得：

∑fx=0fn-fp=0fn=fp若取右段作为研究对象，结果一样。

截面法的步骤：

截开：

在需要求内力的截面处，假想地将构件截分为两部分。

代替：

将两部分中任一部分留下，并用内力代替弃之部分对留下部分的作用。

平衡：

用平衡条件求出该截面上的内力。

图2-2不允许使用力的可移性原理3、轴向内力及其符号规定

（1）轴向拉（压）杆横截面上的内力——轴向内力，轴向内力fn的作用线与杆件轴线重合，即fn是垂直于横截面并通过形心的内力，因而称为轴向内力，简称轴力。

（2）轴力的单位：

n（牛顿）、kn（千牛顿）（3）轴力的符号规定：

轴向拉力（轴力方向背离截面）为正；

轴向压力（轴力方向指向截面）为负。

4、轴力图何谓轴力图？

杆内的轴力与杆截面位臵关系的图线，即谓之轴力图。

例题2-1轴力图的绘制方法轴线上的点表示横截面的位臵；

按选定的比例尺，用垂直于轴线的坐标表示横截面上轴力的数正值画在基线的上侧,负值画在基线的下侧；

轴力图应画在受力图的对应位臵，fn与截面位臵一一对应。

轴力图的作用使各横截面上的轴力一目了然，即为了清楚地表明各横截面上的轴力随横截面位臵改变而变化的情况。

（4）注意要点：

一定要示出脱离体（受力图）；

根据脱离体写出平衡方程，求出各段的轴力大小；

根据求出的各段轴力大小，按比例、正负画出轴力图。

轴向拉（压）杆横截面及斜截面上的应力1、应力的概念

（1）何谓应力？

内力在横截面上的分布集度，称为应力。

（密集程度）

（2）为什么要讨论应力？

判断构件破坏的依据不是内力的大小，而是应力的大小。

即要判断构件在外力作用下是否会破坏，不仅要知道内力的情况，还要知道横截面的情况，并要研究内力在横截面上的分布集度（即应力）。

（3）应力的单位应力为帕斯卡（pascal），中文代号是帕；

国际代号为pa，1pa=1n/mgpa（吉帕），1gpa=102、横截面上的应力为讨论横截面上的应力，先用示教板做一试验：

图2-4示教板演示观察示教板上橡胶直杆受力前后的变形：

受力前：

ab、cd为轴线的直线受力后：

a’b’、c’d’仍为轴线的直线有表及里作出

（1）观察变形平面假设

（2）变形规律（3）结论横截面上各点的应力相同。

横截面上正应力计算公式（2-1式）应用范围的讨论：

对受压杆件，仅适用于短粗杆；

上述结论，除端点附近外，对直杆其他截面都适用。

申维南（saintvenant）原理指出：

“力作用杆端方式的不同，只会使与杆在不大于杆的横向尺寸的范围内受到影响。

”对于变截面杆，除截面突变处附近的内力分布较复杂外，其他各横截面仍可假定正应力分布。

正应力（法向应力）符号规定：

即：

假设原为平面的横截面在变形后仍为垂直于轴线的平面。

纵向伸长相同，由连续均匀假设可知，内力均匀分布在横截面上10拉应力为正；

压应力为负。

这可由上面的（2-3）式得到证明：

sin2（+90）=-剪应力（切向应力）符号规定：

剪应力以对所研究的脱离体内任何一点均有顺时针转动趋势的为正，反之为负。

极限应力的测定极限应力是通过材料的力学性能试验来测定的。

塑性材料的极限应力

（2）安全系数何谓安全系数？

对各种材料的极限应力再打一个折扣，这个折扣通常用一个大的系数来表达，这个系数称为安全系数。

用n表示安全系数。

确定安全系数时应考虑的因素：

18i）荷载估计的准确性ii）简化过程和计算方法的精确性；

iii）材料的均匀性（砼浇筑）；

iv）构件的重要性；

v）静载与动载的效应、磨损、腐蚀等因素。

容许应力的确定：

（5-4）对于塑性材料：

强度条件

（1）何谓强度条件？

受载构件安全与危险两种状态的转化条件称为强度条件。

19

（2）轴向拉（压）时的强度条件工作应力（5-5）（3）强度条件的意义安全与经济的统一强度计算的三类问题

（1）强度校核：

例题2-5钢木构架如图2-16所示。

bc杆为钢制圆杆，ab杆为木杆。

fp=10kn,木杆ab的横截面面积aab=10000mm=7mpa;

钢杆bc的横截面积为abc=600mm=160mpa校核各杆的强度；

求容许荷载根据容许荷载，计算钢bc所需的直径。

图2-1620校核两杆强度为校核两杆强度，必须先知道两杆的应力，然后根据强度条件进行验算。

而要计算杆内应力，须求出两杆的内力。

由节点b的受力图（图2-16，b），列出静力平衡条件：

fnab-fnbc〃cos30=0171073所以两杆横截面上的正应力分别为pa107310100001073abnabab=7mpapa1033106001020bcnbcbc=160mpa根据上述计算可知，两杆内的正应力都远低于材料的容许应力，强度还没有充分发挥。

因此，悬吊的重量还可以大大增加。

那么点处的荷载可加到多大呢？

这个问题由下面解决。

求容许荷载因为70kn0n7000101000010abab96kn96000n1060010160bcbc而由前面已知两杆内力与p之间分别存在着如下的关系：

4073kn48根据这一计算结果，若以bc杆为准，取kn48，则ab杆的强度就会不足。

因此，为了结构的安全起见，取为宜。

这样，对木杆ab来说，恰到好处，但对钢杆bc来说，强度仍是有余的，钢杆bc的截面还可以减小。

那么，钢杆bc的截面到底多少为宜呢？

这个问题可由下面来解决。

根据容许荷载，设计钢杆bc的直径。

因为所以nbcbcbcnbc钢杆bc的横截面面积应为10051016010bcnbcbc钢杆的直径应为25.4mm10541005bcbc例题2-6简易起重设备如图2-17所示，已知abl63x40x4组成，mpa170，试问当提起重量为w=15kn杆ab是否满足强度条件。

22图2-17解：

查型钢表，得单根l63x40x4=4.058cm图2-18节点d处作用的力：

fp=w（平衡）,计算简图：

2w作用点图2-192330sinkn10530sinkpa170mpa1291005810105nababab杆满足强度要求。

受轴向拉伸（压缩）时杆件的变形计算一、纵向变形虎克定律图2-201、线变形：

l=l1-l（绝对变形）——反映杆的总伸长，但无法说明杆的变形程度（绝对变形与杆的长度有关）2、线应变：

（相对变形）（2-6）——反映每单位长度的变形，即反映杆的变形程度。

故有——物体变形后，在物体上的一些点、一些线或面就可能发生空间位臵的改变，这种空间位臵的改变形和位移的关系——因果关系，产生位移的原因是杆件的变形，杆件变形的结果引起杆件中的一些点、面、线发生位移。

dgbd30sin30cos24sincossinmm43bbmm45概述＊为什么要研究材料的力学性质为构件设计提供合理选用材料的依据。

强度条件：

工作应力理论计算求解通过试验研究材料力学性质得到28＊＊何谓材料的力学性质材料在受力和变形过程中所具有的特征指标称为材料的力学性质。

＊＊＊材料的力学性质与哪些因素有关？

与材料的组成成分、结构组织（晶体或非晶体）、应力状态、温度和加载方式等诸因素有关。

低碳钢的拉伸试验低碳钢是工程上广泛使用的材料，其力学性质又具典型性，因此常用它来阐明钢材的一些特性。

在此阶段可观察到：

在试件表面上出现了大约与试件轴线成45的线条，称为滑移线（又称切尔诺夫线）。

iii强化阶段（dg过了屈服阶段后，要使材料继续变形，必须增加拉力。

原因：

在此阶段，材料内部不断发生强化，因而抗力不断增长。

在此阶段可以发现一个卸载规律——卸载时荷载与变形之间仍遵循直线关系。

图2-24在此阶段可以看到一个现象——冷作硬化现象，即卸载后再加载，荷载与变形之间基本上还是遵循卸载时的直线规律。

31冷作的工程作用：

提高构件在弹性阶段内的承载能力。

在此阶段可测得一个性能指标：

强度极限：

点后，可观察到一个现象——颈缩现象，试件的变形延长度方向不再是均匀的了。

随着试件截面的急剧缩小，载荷随之下降，最后在颈缩处发生断裂。

拉断后对拢，可测得两个两个塑性指标：

延伸率：

脆性材料塑性材料是衡量塑、脆性材料的标准。

（3）拉伸试件的断口分析：

断口：

杯锥状破坏原因：

剪应力所致的剪切断裂低碳钢的力学性能分析：

由轴向拉杆横截面及斜截面上的应力分析可知：

低碳钢的抗剪能力低于抗拉能力。

32铸铁的拉伸试验铸铁也是工程上广泛应用的一种材料。

破坏断口：

粗糙的平断口有些材料（如16mn钢、508a）在拉伸过程中有明显的四个阶段；

有些材料（如黄铜、pcrnimo）没有屈服阶段，33但其他三个阶段却很明显；

有些材料（如35crmnsi）只有弹性和强化阶段。

从上图可见，有些材料（如黄铜）塑性很好，但强度很低；

有些材料（如35crmnsi）强度很高，但塑性很差。

破坏断面与轴线大致成45-55的倾角。

何谓静定？

36杆件或杆系结构的约束反力、各杆的内力能用静力平衡方程求解的，这类问题称为静定问题。

这类结构称为静定结构。

例如图2-29，所示的结构：

图2-29何谓超静定及其次数？

杆件或杆系结构的约束反力、各杆的内力不能用静力平衡方程求解的，即未知力的数目超过平衡方程的数目，这些问题称为超静定问题。

未知力多于静力平衡方程的数目称为超静定次数。

为提高图2-29，a所示结构的强度和刚度，可在中间加一杆，如图b所示：

三个未知内力，两个平衡方程（平面汇交力系），一次超静定。

超静定问题的一般解法：

（举例说明）37图2-30解：

（1）静力平衡方程：

fy=0，fr1+fr2=fpfr1、fr2、fp组成一共线力系，二个未知力，只有一个平衡条件，超静定一次。

要解，必须设法补充一个方程。

从变形间的协调关系着手。

静力平衡方程：

（图2-32,c的受力图）装配后由于对称，有19201078514109010785101023103、装配应力的利弊：

装配应力的存在一般是不利的，因为未受力而出现初应力。

一分为二：

利用装配应力的举例：

机械制造上的紧配合；

土木建筑上的预应力。

三、温度应力1、何谓温度应力？

在超静定结构中，由于温度改变而在杆内引起的应力称为温度应力。

412、例题2-9高压蒸汽锅炉与原动机之间以管道连接,示意图见图2-33图2-33管道锅炉、原动机刚度刚度管道受热膨胀时，锅炉、原动机阻碍管道自由伸长，即有ra作用于管道上：

图2-34变形几何方程；

设想解除b端约束，允许管道自由伸长图2-3542端实际不允许自由伸长，因此支反力rb即在轴向压力fn作用下压短时的应变。

温度升高所膨胀的长度，也就是于是温度应力为mpa48010200103、避免温度应力的一些措施如：

本题中的管道可做成下图所示的伸缩补偿节：

图2-3643铁路轨道、砼路面留适当的空隙；

钢桥桁架一端采用活动铰链支座等等。

44何谓应力集中？

先看一个简单的演示试验：

有圆孔的橡皮拉伸试件，画上均匀的方格网，受轴向拉伸：

受力后：

图2-37实验指出：

在截面突变处，有应力剧增的现象。

这种现象称为应力集中。

应力集中系数：

可以发现：

孔附近的网格变形显著的不均匀，而离开孔较远处，网格变形均匀。

（2）应力集中系数的物理意义：

反映杆在静载荷作用下应力集中的程度。

《材料力学》教案编写：

王素英2012—2013学年学期课程名称：

材料力学总课时48学时理论46学时实验（习）学时教师姓名王素英职称：

高级工程师所属单位汽车工程系授课对象本科年级汽车服务工程2011班级使用教材材料力学版本修订版出版社重庆大学出版社制订日期2013一、课程教学目的和任务：

主要介绍杆件的强度、刚度及稳定的计算原理、计算方法。

通过学习使学生对材料力学问题具有比较明确的基本概念，必要基础知识和一定的分析能力，了解研究有关材料力学的一些问题，在学习中和毕业后参加设计构件和简单的科学技术研究工作提供理论基础和计算方法。

二、课程教学基本要求：

三、教学手段：

课堂板书教学+习题练习+实验演示课程考核方式：

平时+作业+实验+期终考试四、主要参考书：

1、孙训方、方孝淑、关来泰编，《材料力学》（第四版）上、下册，高等教育出版社，2006;

2、苏翼林主编，《材料力学》，高等教育出版社，1989;

钦珊等编，《工程力学》（静力学和材料力学），高等教育出版社，2005。

1.具有判别简单的工程实际问题的主要变形形式，并能将它抽象为力学模型的初步能2.能够分析简单杆件在各种变形时的内力，并能正确地绘出相应的内力图，确定出危险截面；

3.对一般常用材料的力学性能应具有基本知识；

4.掌握简单杆件在各种基本变形时的应力和变形计算，能够确定危险点的位置及其应力状态，求出相应的主应力和相当应力；

5.能够正确运用强度、刚度和稳定条件对简单受力杆件进行校核和选择截面。

案（首页）课程名称材料力学课程编号总计：

48学时其中：

讲课：

46学时实验：

2学时上机：

学时类别必修课（）选修课（理论课（）实验课（）任课教师职称教授授课对象专业班级：

汽车服务工程11本科基本教材教学目的要求1.具有判别简单的工程实际问题的主要变形形式，并能将它抽象为力学模型的初步能力；

2.能够分析简单杆件在各种变形时的内力，并能正确地绘出相应的内力图，确定出危险截面；

4.掌握简单杆件在各种基本变形时的应力和变形计算，能够确定危险点的位置及其应力状态，求出相应的主应力和相当应力；

第一章、绪论（理论学时2）；

第二章、轴向拉伸与压缩（理论学时6、试验学时2）；

第三章、剪切（理论学时2）；

第四章、平面图形几何性质（理论学时2）；

第五章、扭转（理论学时4）；

第六章、弯曲内力（理论学时6,习题课2）；

第七章、弯曲应力（理论学时4）；

第八章、弯曲变形（理论学时4）；

第九章、应力状态分析和强度理论（理论学时4）；

第十章、组合变形（理论学时2）；

第十一章、压杆的稳定性（理论学时2）。

第十二章、交变应力和冲击应力（理论学时2）复习4学时第一章教学单元授课时间授课方式（请打）理论课（）讨论课（）实验课（）习题课（课时安排授课题目第一章绪论教学目的1.了解材料力学的任务；

2.掌握可变形固体的性质及其基本假设；

3.掌握材料力学主要研究对象（杆件）的几何特征；

4.杆件变形的基本形式。

本次教学重点难点：

文字叙述多，有些概念一时难以建立。

主要方法采用文字教材进行课堂教学，下次课堂通过提问了解学生掌握的程度。

教学基本内容第一章绪论第一节材料力学的任务第二节可变形固体及其基本假设第三节杆件变形的基本形式作业考题思考题：

1～10习题：

1-1、1-2课后小结1.材料力学主要研究构件的强度、刚度和稳定性问题。

2.材料力学可变形固体有连续性假设、均匀性假设和各向同性假设。

3.材料力学主要研究对象是等直杆。

4.材料力学杆件变形的基本形式有轴向、拉伸或轴向压缩、剪切、扭转和弯曲。

第二章教学单元授课时间授课方式（请打）理论课（）讨论课（）实验课（）习题课（课时安排授课题目第二章轴向拉伸与压缩教学目的熟悉轴向拉伸和压缩、内力、轴力、应力集中和超静定的概念；

轴向拉（压）杆横截面和斜截面上的应力的概念；

掌握拉伸图的定义；

熟悉截面法的步骤和轴力图的画法，应力、总应力、最大工作应力、位移、变形和应变等概念；

掌握轴向拉（压）虎克定律及其应用；

熟悉低碳钢拉伸力学性能的四个阶段和衡量材料塑性的两个指标；

了解其他材料的拉压力学性本次教学重点重点：

掌握轴力图的画法；

强度条件的应用；

掌握应力求解和虎克定律应用；

低碳钢拉伸力学性能的四个阶段和衡量材料塑性的两个指标；

主要方法教学基本内容第二章拉伸与压缩第一节轴向拉伸和压缩的概念第二节内力和截面法轴力和轴力图第三节拉压杆应力第四节轴向拉伸或压缩时的变形第五节材料在拉伸和压缩时的力学性能第六节轴向拉伸和压缩的强度计算第七节拉伸和压缩静不定问题作业考题思考题：

1～20习题:

2-1，2-2，2-3，2-7，2-9，2-11，2-23，2-28，2-31课后小结第三章教学单元授课时间授课方式（请打）理论课（）讨论课（）实验课（）习题课（课时安排授课题目第三章剪切教学目的了解榫接、焊接实用计算的项目和方法。

榫接、焊接实用计算求法。

主要方法采用文字教材进行课堂教学，使学生掌握普通螺栓、铆钉连接实用计算方法。

教学基本内容第三章剪切第一节概述第二节剪切强度计算第三节挤压强度计算第四节计算实例作业考题思考题：

1～6。

习题：

3-3，3-4，3-5，3-10课后小结计算时首先要确定连接件的剪切面和挤压面，然后再按剪切强度条件和挤压强度条件进行计算。

第四章教学单元授课时间授课方式（请打）理论课（）讨论课（）实验课（）习题课（课时安排授课题目第四章平面图形的几何性质教学目的掌握截面的面积矩计算方法；

组合截面的面积矩和形心的计算方法；

截面的惯性矩、极惯性矩、惯性积的计算方法；

截面的惯性半径的概念。

掌握惯性矩和惯性积的平行移轴公式及其应用；

组合截面的惯性矩、惯性积的计算方法；

截面的主惯性轴和主惯性矩的概念；

组合截面的形心主惯性轴和形心主惯性矩的计算方法。

了解惯性矩和惯性积的转轴公式及其应用。

本次教学重点重点：

熟记矩形、圆形、圆环形截面的惯性矩，以及圆环形截面的极惯性矩的表达式；

惯性矩的平行移轴公式及其应用。

主要方法采用文字教材进行课堂教学，使学生掌握一些截面的几何性质。

教学基本内容第四章第一节概述第二节第三节惯性矩和惯性积第四节平行移轴公式作业考题题4-1、4-3、4-5、4-10。

课后小结熟记矩形、圆形、圆环形截面的惯性矩，以及圆环形截面的极惯性矩的表达式；

熟记平行移轴公式的表达式。

授课方式（请打）理论课（）讨论课（）实验课（）习题课（课时安排授课题目第五章扭转教学目的1.掌握产生扭转变形的外力特点和变形特点；

圆轴扭转时的剪应力推导公式，强度条件及应用；

掌握圆轴扭转时横截面上剪应力分布特点；

圆轴扭转时的刚度条件；

熟悉圆轴扭转时斜截面上应力分布的特点；

2.熟练掌握扭矩计算方法，正负号的规定和作扭矩图方法；

建立剪切扭转角、剪应变、剪切虎克定律、剪切弹性模量的概念。

3.了解圆轴扭转破坏分析方法。

熟悉掌握扭矩图的画法；

圆轴扭转时的强度条件及应用；

圆轴扭转时的刚度条件。

扭转变形的变形特点、剪切扭转角、剪应变；

圆轴扭转时的应力推导公式；

圆轴扭转时斜截面上应力分布的特点。

主要方法采用文字教材进行课堂教学，使学生掌握扭矩的概念及扭矩图画法。

教学基本内容第五章扭转第一节扭转概念和实例第二节外力偶矩的计算扭矩和扭矩图第三节纯剪力第四节圆轴扭转时的应力和变形第五节圆轴扭转时的强度和刚度计算第六节扭转静不定问题第七节非圆截面杆扭转简介作业考题思考题：

1～13；

习题：

5-1，5-2，5-3，5-4，5-5，5-11，5-13课后小结1.结合教材熟悉所讲的概念及扭矩图的画法。

2.外力偶矩的公式是mt=9.55nkw/n。

第六章教学单元授课时间授课方式（请打）理论课（）讨论课（）实验课（）习题课（课时安排授课题目第六章弯曲内力教学目的1.明确弯曲的概念，掌握产生平面弯曲的条件（截面形状条件、外力条件）；

掌握剪力和弯矩的定义及其正负号的规定；

计算梁内指定横截面上内力的方法和计算q（x）=0的截面位置、弯矩极值以及弯矩零点的截面位置的方法。

掌握用“方程法”作梁的剪力图和弯矩图的步骤；

均布荷载和集中荷载的剪力图和弯矩图的画法；

掌握“叠加法”作梁的弯矩图；

剪力、弯矩与荷载间的微分和积分关系。