吉林大学材料力学课B程教学设计.docx

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吉林大学材料力学课B程教学设计

材料力学课B程教学设计

一、基本描述

课程名称：

材料力学B

课程英文译名：

MechanicsofMaterialsB

课程学时：

84

适用专业：

机械类各专业

开课教研室：

机械学院力学系

课程类型：

学科基础必修课

课程要求：

必修课

开课时间：

第四学期

先修课程：

工程图学、金属工艺学、理论力学

教材：

《材料力学》陈塑寰聂毓琴孟广伟编著

吉林科学技术出版社，2000

主要参考书：

1．《材料力学》刘鸿文主编高等教育出版社第三版，1992

2．《MechnicsofMaterials》S.TimoshemkeJ.Gere.

VanNostrandReinholdCompangy,1978

3．《材料力学》范钦珊主编高等教育出版社，2000

4．《材料力学》初日德，聂毓琴主编

吉林科学技术出版社，1995

二、课程的性质、研究对象及任务

材料力学课程是一门用以培养学生在机械设计中有关力学方面设计计算能力的技术基础课，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日后从事机械设计工作打下基础，因此材料力学课程在机械类专业的教学计划中占有重要的地位和作用，是高等工科院校中机械类专业一门主干课程。

本课程主要研究工程结构中构件的承载能力问题,即研究构件的受力—变形—破坏的规律，确定其强度、刚度和稳定性设计计算的基本理论和基本方法。

本课程的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中的应用；

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试验的原理和方法,具有进行试验研究的初步能力；

6．在满足强度、强度、稳定性的前提下，以最经济的代价为构件选择适宜的材料，设计合理的截面形状和尺寸，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。

三、教材的选择和分析

目前，国内、外有关材料力学的教材很多，其中较有代表性的名著有：

铁摩辛柯与盖尔合著的材料力学、刘鸿文主编的材料力学、单辉祖编著的材料力学、孙训方等编材料力学、苏翼林主编材料力学，范钦珊主编的材料力学为面向21世纪课程教材。

我校曾选用过苏翼林、刘鸿文的教材。

另自行编著了两套材料力学教材，各种教材都具有不同的特点。

下面对选用的主要参考书和教材进行分析。

1．刘鸿文主编的《材料力学》教材：

这本教材的第一版是1979年浙江大学等九院校合编的《材料力学》。

现已出至第三版，最近第四版修订工作已经完成，列入了“面向21世纪系列教程”高教出版社出版计划。

内容包括“教学基本要求”提到的全部传统内容，各章都有相当的深度、广度和权威性，文字严谨、精练、风格统一，是本学科教师应很好钻研的一本好书。

但作为学生用教材，由于教材内容涉及面太宽，有四章部分节次都超出教学大纲的要求，故有相当篇幅不讲，利用率受影响，另外有些陈旧的算法没有更新，想必这些在新版本中得到满意。

2．铁摩辛柯与盖尔于1972年合著的《材料力学》是铁摩辛柯1930年第一版，1941年第二版，1955年第三版《材料力学》基础上的新著。

该书集中反映了60年代在力学上取得的一些伟大成果。

该书编排系统以及阐述具有深入浅出等特点，是一本很好的参考书。

但随着科技的发展，已进入信息时代，对新的教材思想、新的教学内容与方法的探讨，更要结合我国实际。

3．范钦珊主编的《材料力学》是面向21世纪课程教材。

该书内容新、体系新，引入新材料，新方法，与传统的材料力学相比，体系变化大，梯度大，是当今国内最新的好参考书。

4．初日德、聂毓琴主编的《材料力学》是原吉林工业大学力学系的一批老教师在退离教学第一线时留下的一份财富。

这批老教师总结多年从事材料力学教学的经验，根据材料力学课程教学基本要求，结合机械类各专业教学的需要而编写的。

该书对传统的材料力学内容作了精简、调整和充实。

增加了实验分析的内容和一些新方法，新理论，为了加强对学生分析，解决实际问题能力的培养，各章都增加了部分分析思考题。

5．为了适应面向21世纪教学内容和课程体系改革的要求，充分反映了我校材料力学课程教学改革的成果和多年的教学实践经验，由陈塑寰、聂毓琴、孟广伟编著的《材料力学》,于2000年12月由吉林科学技术出版社出版。

该书作为教材，力求做到吸取当今国内、外材料力学的精华，从教学实际出发，既注重理论教学，有紧密联系工程实际，对基本理论、基本概念阐述的简洁明了，例题、习题绝大部分取自工程实际，特别的结合工程实际和基本理论、基本概念设置了分析思考题。

结合当今科技发展的新成果，着重于工程应用，强化工程意识，做到全书结构严谨，实用性强。

四、本课程各章的主要内容与基本要求，重点与难点、学时分配

第一章绪论（2h）

材料力学的任务、主要研究对象、研究方法、截面法、内力、应力，变性和应变的概念。

基本变形。

基本要求：

对材料力学的基本概念和基本分析方法有明确的认识。

明确本门课要干什么，怎样干，如何学好本门课。

重点：

本课程的性质、特点和研究方法。

难点：

关于刚体与变形体的简化模型。

第二章轴向拉伸和压缩（8h）

拉（压）杆的内力、应力和变形，单向虎克定律，材料拉、压时的力学性质，拉（压）杆的强度条件，拉（压）静不定，应力集中的概念。

基本要求：

1）具有将一般杆类零件简化为力学简图的初步能力。

2）能对受拉（压）杆件进行外力分析，内力计算，内力图的画法，应力计算，公式的推导与横截面上应力的分布规律。

3）掌握材料在拉（压）时的力学性质，了解材料力学实验的基本方法。

对塑性材料和脆性材料的性质有所认识。

4）掌握工作应力、极限应力、许用应力与安全系数的概念。

应用拉（压）杆的强度条件解决工程中的三类问题。

5）掌握拉（压）虎克定律，对拉（压）杆进行变形的计算。

6）了解弹性变形能的概念，能计算拉（压）杆的变形能。

7）拉（压）静不定的解法。

8）了解应力集中的概念。

重点：

1）拉（压）杆的外力、内力、应力、变形计算，虎克定律

2）材料的力学性质

3）拉（压）杆的强度条件

4）拉（压）静不定的解法

难点：

1）拉（压）静不定变形协调方程的建立。

2）变性能的性质（特点）。

3）应力集中的概念，圣维南原理。

第三章　扭转和剪切（６ｈ）

扭转的外力、内力、内力图。

圆轴扭转的应力和变形，剪切虎克定律，剪应力互等定理，非圆截面杆扭转的概念，剪切和挤压的实用计算，密圆圆柱螺旋弹簧的应力和变形简介。

基本要求：

１）掌握对轴类零件的外力矩计算，内力计算，内力图的作法。

　　２）纯剪切概念，剪切虎克定律，剪应力互等定理，圆轴扭转时的应力和变形公式的推导与计算，扭转轴的强度条件和刚度条件的建立与应用。

　　３）了解非圆杆扭转时的特点，开口和闭口薄壁杆件受扭的差异。

４）掌握剪切与挤压实用计算的方法。

重点：

１）剪切虎克定律，剪应力互等定理。

　　２）圆轴扭转时应力公式的推导和计算，横截面上应力的分布规律。

　　３）变形的计算公式，圆轴的扭转时强度条件和刚度条件的建立和应用。

难点：

１）圆轴扭转时横截面上剪应力计算公式的推导过程。

　　２）非圆截面杆扭转的特点，开口和闭口薄壁杆件受扭的差异。

　　３）受剪面与受挤面的判定。

　　４）密圈圆柱螺旋弹簧的应力和变形计算公式的推导过程。

第四章　弯曲内力（６ｈ）

　　平面弯曲梁的内力、内力图

基本要求：

１）能用简便方法列出剪力方程，弯矩方程。

画内力图。

　　２）能根据ｑ、Ｑ、Ｍ间的微积分关系，用简便方法画剪力图和弯矩图。

　　３）简单平面刚架的弯矩图的画法。

　　４）了解平面曲杆的弯曲内力的求解方法。

重点：

１）直梁的内力方程和内力图。

　　２）常见直梁和简单平面刚架的弯矩图。

难点：

１）刚架的内力图。

２）曲杆的内力方程。

附录Ⅰ平面图形的几何性质（2h）

静矩，惯性矩，惯性半径，惯性积，极惯性矩，主轴，形心主轴，形心主惯性矩，平行移轴公式。

基本内容：

1）静矩，惯性矩，惯性半径，惯性积，极惯性矩的定义。

2）矩形，圆形截面惯性矩，惯性半径的计算，圆形截面极惯性矩的计算。

3）常见截面形心主轴的确定。

4）正确应用平行移轴公式。

重点：

1）常见截面极惯性矩，惯性半径计算。

2）形心主惯性轴的确定。

难点：

1）平面图形几何性质的定义。

2）转轴公式。

3）形心主惯性轴的确定。

第五章　弯曲强度（８ｈ）

　　梁平面弯曲时的正应力，剪应力。

弯曲正应力强度条件，弯曲剪应力强度条件。

弯曲中心的概念。

基本要求：

１）了解纯弯曲时梁横截面上正应力公式的推导过程，应力分布规律，横力弯曲时，横截面上正应力计算，弯曲正应力强度条件。

　　２）了解横力弯曲时横截面上剪应力公式的推导过程，应力分布规律，弯曲剪应力强度条件。

　　３）弯曲中心的概念，能确定常见截面弯曲中心的大致位置。

　　４）掌握提高弯曲强度的一些主要措施。

重点：

1）弯曲正应力公式，弯曲剪应力公式中符号的意义。

　　２）会应用弯曲正应力强度条件，弯曲剪应力强度进行强度计算。

难点：

１）脆性材料的弯曲强度计算。

　　２）弯曲剪应力公式的推导过程。

　　３）薄壁截面梁剪应力流的确定。

　　４）弯曲中心的确定。

第六章　弯曲变形（４ｈ）

挠曲线的微分方程，用积分法和叠加法求梁的变形。

基本要求：

１）能列写出挠曲线的微分方程。

　　２）能写出确定全部积分常数的条件。

　　３）能画出挠曲线的大致形状。

　　４）能根据已知变形（学会查表），求相应的变形。

　　５）掌握提高弯曲刚度的一些主要措施。

重点：

１）挠曲线的微分方程的列写，主要是正确写出各段的弯矩方程。

　　２）知分几段、出现多少积分常数，能写出确定积分常数的支座条件、连续条件、光滑条件。

难点：

１）挠曲线的微分方程的推导过程。

　　２）确定积分常数的条件。

第七章　应力及应变分析　强度理论（８ｈ）

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应力。

广义虎克定律。

常用强度理论。

基本要求：

１）能正确地从受力构件中取出原始单元体。

　　２）能用解析法和图解法确定三向特殊应力状态下的主应力。

３）单元体最大剪应力的确定。

　　４）掌握广义虎克定律。

　　５）对强度理论有明确地认识，掌握常用强度理论的相当应力，并能将其应用于组合变形下构件的强度计算。

重点：

１）一点出应力状态的概念。

　　２）主应力的计算，单元体最大剪应力的确定。

　　３）应力～应变分析，广义虎克定律的应用。

难点：

1）原始单元体的确定。

　　２）极值剪应力与最大剪应力的区别与联系。

３）强度理论建立的依据。

第八章　组合变形构件的强度计算（４ｈ）

　　组合变形的类型，解决的方法和步骤，组合变形下构件的强度计算。

基本要求：

１）能根据外力的受力特点，判定组合变形的类型。

　　２）掌握解决组合变形构件强度计算的方法和步骤。

　　３）能根据危险点的应力状态，应用强度理论解决组合变形下构件的强度计算。

重点：

１）组合变形构件危险截面，危险点的确定。

　　２）根据危险点的应力状态及材料的性质，正确的选用强度理论。

难点：

１）复杂受力构件危险点应力状态的确定。

　　２）强度理论的正确选用。

第九章　实验应力分析（２ｈ）

　　电测实验应力分析的基本原理和方法，应力的测定，光测法的基本原理。

基本要求：

１）明确电测法的基本原理，电阻应变仪的工作原理。

　　２）掌握测量电桥的接法。

　　３）主应力方向已知时的应力测定。

　　４）主应力方向未知时的应力测定。

　　５）了解光测法的基本原理。

重点：

１）对于电测实验应力分析的基本原理的认识。

　　２）电测实验应力分析测量电桥的接法。

　　３）测量应力与应变仪读数的关系。

难点：

１）布片方案的选择。

２）测量电桥的接法。

３）光测法的原理。

第十章能量法（8h）

变形能的计算，用能量法计算位移。

基本要求：

1）能计算各种变形下杆件的变形能。

2）对能量法的有关原理有明确的认识。

3）熟练的掌握一种计算位移的能量方法。

重点：

1）计算位移的莫尔积分法。

2）计算莫尔积分的图形互乘法。

难点：

1）能量法的基本原理。

2）虚功原理。

3）卡氏定理。

第十一章静不定结构（6h）

力法解静不定的基本步骤，正则方程，对称性在解静不定问题中的应用。

基本要求：

1）能正确判定出静不定的次数。

2）掌握力法解静不定的基本步骤。

3）用力法正则方程求解静不定结构。

重点：

1）正确的判定出静不定的次数。

2）选取适当的静不定基。

3）建立变形协调方程。

4）应用能量法求解各系数。

难点：

1）复杂结构静不定次数的判定。

2）变形协调方程的建立。

3）正则方程的实质含意。

第十二章动载荷（2h）

动、静载荷的异同，应用动静法、能量法计算动应力，动变形。

基本要求：

1）掌握动载荷与静载荷的异同。

2）能应用动静法计算等加速直线运动，等角速转动构件的动应力。

3）掌握用能量法解决冲击问题的基本公式。

4）了解提高构件抗冲击能力的一些措施。

重点：

1）动静法的正确应用。

2）冲击时动荷系数的计算。

难点：

1）动静法在变形体力学问题中正确的应用，惯性力为分布体积力的正确理解。

2）冲击问题动荷系数的推导过程。

第十三章交变应力（4h）

交变应力与疲劳破坏，材料持久极限及其测定，构件的持久极限及其影响因素，持久极限曲线,构件疲劳强度计算，提高构件疲劳强度的主要措施。

基本要求：

1）掌握交变应力参数计算。

2）疲劳破坏的特点与原因分析。

3）材料的持久极限及其测定。

4）构件的持久极限及影响因素。

5）持久极限曲线（疲劳限图）的绘制。

6）构件的疲劳强度计算。

7）掌握提高构件疲劳强度的主要措施。

重点：

1）交变应力的参数计算。

2）疲劳破坏的原因分析。

3）影响构件持久极限的主要因素。

4）对称循环下构件的疲劳强度计算。

难点：

1）持久极限曲线的绘制。

2）非对称循环下构件的疲劳强度计算。

3）组合变形下构件的疲劳强度计算。

第十四章压杆稳定（4h）

稳定性的概念，轴向受压杆的临界力与临界应力，压杆稳定性的计算。

基本内容：

1）弹性平衡稳定性的概念。

2）细长压杆临界力的欧拉方程。

3）杆端不同约束的影响，长度系数。

4）压杆的柔度计算。

5）欧拉公式的适用范围。

6）经验公式，临界应力总图。

7）压杆的稳定计算。

8）提高压杆稳定性的措施。

重点：

1）压杆的柔度计算。

2）不同柔度压杆的临界力计算。

3）压杆的稳定计算。

难点：

1）稳定性的概念。

2）欧拉公式的推导过程。

3）稳定计算公式的选择。

五教学环节

1课堂讲授（74h）

任课教师必须努力做到以下几点：

1）认真备课，熟练掌握本课程的基本内容。

2）以学生为中心，采用启发式，讨论式等教学方法，注意调动学生的学习主动性和积极性，主观培养学生的逻辑思维能力，准确分析解决问题能力和创新能力，课堂学习气氛活跃。

3）讲课的思路要清晰，要有问题的提出，解决问题的已知条件与抽象力学模型，分析解决问题的思路，总结等，概念要准确，重点要突出，要理论联系实际，多举一些实例，要适时反映本学科发展的状态，特别是将本学科的科研成果引入课堂。

4）上课精神要饱满，教书育人，为人师表，以人格魅力和精神气质，激发学生的求知欲和思维活力，在潜移默化中影响学生。

系里要开展以下教学活动：

1）集体备课。

2）编写制作教师课堂用CAI教学软件。

3）试讲。

4）互相听课。

5）组织专家教授进行课堂教学检查，并对教师进行讲评。

6）教学法研讨，定期召开教学法研究活动，撰写教研论文。

2分析讨论课（4h，占讲课学时）

材料力学课程的特点是：

内容较杂，公式较多，需要大量的练习，在重要的章节要适当安排一些分析讨论课来消化内容。

1）弯曲内力（1h）主要练习内力图。

2）应力分析（1h）

3）能量法（1h）

4）静不定结构（1h）。

3实验（10h）（内6外4）

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5次实验。

1）低碳钢和铸铁的拉伸实验（2h）；

2）低碳钢和铸铁的压缩实验，测E、泊松比实验（2h）；

3）低碳钢和铸铁的扭转实验，测G实验（2h）；

4）电测实验（2h）；

5）光测实验，冲击，疲劳，动荷实验（2h）。

以上实验共计10学时，课内占6学时，课外占4学时。

力学实验室为开放实验室，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《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。

4设计训练

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，另一部分类同题或较难题留给学有余力的同学选做。

1）各主要章课后必做习题作业

第二章P34:

2-1b.c2-8,2-12,2-13,2-16,2-21,2-24,2-28,2-28,2-29,2-37

第三章P66:

3-1b.d,3-5,3-7,3-12,3-14,3-31

第四章P84:

4-,4-3a,4-4d.e,4-6c.d,4-11b.d,4-12a

第五章P109:

5-1,5-2,5-6,5-13,5-22,5-31,5-32

第六章P126:

6-1b,6-2,6-8a

第七章P159:

7-1a,7-2,7-8,7-10,7-11,7-12c,7-13,7-15,7-21,7-23

第八章P179:

8-1,8-5,8-8,8-10,8-14,8-18

第九章P198:

9-1,9-8

第一十章P223:

10-2,10-3a,10-5,10-7,10-12,10-15,10-26,10-27

第一十一章P256:

11-1b,11-3,11-5,11-7,11-10,11-16,11-19,11-22,11-28,36

第一十二章P275:

12-4,12-7,12-10,12-12

第一十三章P296:

13-1,13-4,13-7

第一十四章P323:

14-2,14-4,14-6,14-9,14-26,14-28,14-30

附录ⅠP342:

Ⅰ-1,Ⅰ-3,Ⅰ-6

2）各章课后选做题

第一章P8:

1-5,1-6a,1-7c

第二章P34:

2-3,2-7,2-9,2-19,2-22,2-23,2-27,2-32

第三章P66:

3-3,3-5,3-8,3-11,3-17,3-33

第四章P84:

4-,4-3b,4-4a.c,4-6a.b,4-9b,4-10b,11a.c,12b

第五章P109:

5-3,5-7,5-10,5-12,5-14,5-20,5-25

第六章P125分析题:

6-1,6-2.习题6-1a,6-8b,6-10,6-13,6-15a

第七章P159:

7-3,7-4,7-7,7-14b,7-16,7-22

第八章P179:

8-2,8-6,8-11,8-15,8-19

第九章P198:

9-4,9-10

第一十章P223:

10-6,10-9,10-18,10-19,10-25,10-27,10-28

第一十一章P256:

11-1d,11-17,11-18,11-20,11-21,11-26,30,31

第一十二章P275:

12-2,12-3,12-6,12-10,12-11,12-14,12-15

第一十三章P296:

13-2,13-3,13-5,13-10

第一十四章P323:

14-1,14-3,14-8,14-11,14-16,14-19,14-20,24

附录ⅠP342:

Ⅰ-4,Ⅰ-5

5．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。

6．课程设计（本课程教学中一个独立的教学环节）

六、信息交流、教学相长

1．编写《材料力学》B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。

七．考核办法

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，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，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。

4．