材料力学I课程教学大纲.docx
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材料力学I课程教学大纲
西安建筑科技大学
“材料力学（I）”课程教学大纲
英文名称：
MaterialMechanics
课程编号：
210203
课程类型：
学科基础课
学时：
96学分：
6
适用对象：
土木工程专业
先修课程：
高等数学、理论力学
建议使用教材及参考书：
《材料力学》，孙训方等，高等教育出版社，2002年
《材料力学》，刘鸿文等，高等教育出版社，2002年
《材料力学》，铁木辛柯，科学出版社，1978年
一、课程的性质、目的和任务
材料力学是一门技术基础课，它不仅为学习专业课程打下坚实的理论基础，而且为工程构件的设计提供必要的理论基础和计算方法。
因此，通过本课程的学习，要求学生能较熟练地进行受力分析，培养学生对结构的受力情况、稳定情况；对构件的强度、刚度和稳定性的问题，具有明确的基本概念、必要的基础知识，比较熟练的计算能力和初步的实验分析能力。
二、教学内容及要求
第一章绪论
内容：
材料力学的任务和研究对象，变形固体的概念及其基本假设；杆件变形的基本形式。
基本要求：
1．掌握构件的强度、刚度和稳定性问题的概念。
2．理解杆件基本变形形式的受力和变形特点。
重点：
材料力学的任务和研究对象。
难点：
可变形固体的基本假设。
第二章轴向拉伸和压缩
内容：
轴向拉伸和压缩的概念及工程实例，内力和截面法，轴力和轴力图，拉（压）杆横截面及斜截面上的应力，轴向拉伸和压缩时的变形，低碳钢的拉伸（压缩）试验，应力——应变曲线图及特征点，铸铁和其他材料的拉伸（压缩）试验，容许应力，安全系数，强度条件，应力集中的概念，拉（压）超静定问题的概念及其解法，剪切的实用计算，挤压的实用计算。
基本要求：
1．理解内力和应力的概念。
2．掌握轴力的计算和轴力图的绘制。
3．掌握拉（压）杆横截面的应力。
4．掌握轴向拉伸和压缩时的变形计算。
5．掌握低碳钢和铸铁和的拉（压）试验。
6．理解容许应力、安全系数的概念。
7．了解应力集中的概念。
8．掌握拉（压）超静定问题的解法。
9．掌握剪切和挤压的实用计算。
重点：
内力、轴力、截面法。
应力、应变、虎克定律及拉（压）强度条件，应掌握它们的概念，且熟悉掌握轴力的计算，轴力图的绘制及拉（压）强度条件的应用，低碳钢的应力——应变曲线图及特征点。
难点：
拉压超静定问题。
剪切面和挤压面面积的计算。
第三章扭转
内容：
扭转的概念及工程实例；传动轴的功率、转速与外力偶矩间的关系；扭矩和扭矩图。
簿壁圆筒扭转，纯剪切的概念，剪切虎克定律，剪应变，剪切弹性模量，剪应力互等定理。
圆轴扭转的剪应力；极惯性矩，抗扭截面模量；扭转强度条件。
扭转超静定问题。
矩形截面杆扭转的主要结果。
基本要求：
1．理解扭转的概念。
2．掌握扭矩的计算和扭矩图的绘制。
3．理解纯剪切的概念。
4．掌握剪切虎克定律和剪应力互等定理。
5．掌握圆轴扭转的剪应力及其强度条件。
6．掌握圆轴扭转时的变形及其刚度条件。
7．了解矩形截面杆扭转的主要结果。
重点：
扭矩和扭矩图的绘制，剪应力和扭转角及其强度和刚度的计算
难点：
纯剪切的概念，剪切虎克定律及剪应力互等定理。
附录I截面的几何性质
内容：
静矩、惯性矩、惯性积、惯性半径，简单图形和组合图形静矩的计算及形心位置的确定。
简单图形惯性矩和惯性积的计算；平行移轴公式、转轴公式；组合图形惯性矩和惯性积的计算。
形心主惯性轴和形心主惯性矩。
基本要求：
1．理解静矩、惯性矩、惯性积、惯性半径的概念。
2．掌握简单图形和组合图形静矩的计算及形心位置的确定。
3．掌握简单图形惯性矩和惯性积的计算。
4．掌握平行移轴公式。
5．了解转轴公式。
6．掌握组合图形惯性矩和惯性积的计算。
7．理解形心主惯性轴和形心主惯性矩。
重点：
简单图形和组合图形静矩的计算及形心位置的确定，简单图形惯性矩的计算；平行移轴公式；组合图形惯性矩的计算。
难点：
组合图形惯性矩的计算,转轴公式，形心主惯性矩。
第四章弯曲内力
内容：
平面弯曲的概念及工程实例；梁的计算简图；剪力和弯矩，剪力方程和弯矩方程，剪力图和弯矩图，弯矩、剪力和荷载集度的微分关系及其在绘制和校核剪力图和弯矩图中的应用，叠加法作弯矩图。
基本要求:
1．理解平面弯曲的概念。
2．掌握剪力方程和弯矩方程。
3．掌握剪力图和弯矩图弯矩的绘制。
4．了解叠加法作弯矩图。
重点：
梁在任一指定截面处的剪力和弯矩值的计算；剪力方程和弯矩方程；剪力图和弯矩图。
难点：
弯矩、剪力和荷载集度间的微分关系。
第五章弯曲应力
内容：
纯弯曲时的正应力公式；抗弯刚度，抗弯截面模量；纯弯曲理论的推广；矩形截面梁的剪应力，工字形及其它形状截面梁的剪应力。
梁的正应力和剪应力强度条件；梁的合理截面，提高弯曲强度的措施。
基本要求：
1．掌握弯曲时的正应力公式。
2．掌握矩形截面梁的剪应力。
3．掌握工字形及其它形状截面梁的剪应力。
4．掌握梁的正应力和剪应力强度条件。
5．了解提高弯曲强度的措施。
重点：
弯曲正应力及其强度计算。
难点：
弯曲剪应力。
深度和广度：
要求能正确地推导正应力公式和正确地使用该公式，并能熟练地使用正应力强度条件灵活地进行强度计算。
第六章弯曲变形
内容：
梁的变形和位移的概念；挠度和转角；梁的挠曲线及其近似微分方程式。
用积分法求梁的挠度和转角；位移边界条件和变形连续条件。
用迭加法求梁的挠度和转角；梁的刚度校核；提高弯曲刚度的措施；用形变比较法解简单超静定梁。
基本要求：
1．理解梁的变形和位移的概念；挠度和转角的概念。
2．掌握梁的挠曲线近似微分方程式。
3．掌握用积分法求梁的挠度和转角。
4．掌握用迭加法求梁的挠度和转角。
5．掌握梁的刚度校核。
6．了解提高弯曲刚度的措施。
7．了解用形变比较法解简单超静定梁。
重点：
梁的挠曲线近似微分方程，叠加法。
难点：
积分法，用形变比较法求解简单超静定梁。
第七章应力状态和强度理论
内容：
应力状态的概念，单元体，主应力和主平面；应力状态的分类。
二向应力状态下的应力分析——解析法，斜截面上的应力，主应力和主平面的确定。
三向应力状态的举例与（简单）分析，最大正应力。
广义虎克定律；比能，体积改变比能和形状改变比能。
强度理论的概念；最大拉应力理论；最大伸长线应变理论；最大剪应力理论；形状改变比能理论；相当应力；各种强度理论的使用范围。
基本要求：
1．理解应力状态、单元体、主应力和主平面的概念。
2．了解应力状态的分类。
3．掌握二向应力状态下应力分析的解析法。
4．掌握斜截面上的应力，主应力和主平面的确定。
5．掌握广义虎克定律。
6．了解体积改变比能和形状改变比能。
7．理解强度理论的概念。
8．掌握四个常用强度理论。
9．了解各种强度理论的使用范围。
重点：
平面应力状态的解析法，广义虎克定律，四个常用强度理论
难点：
应力状态的概念，强度理论的概念。
第八章组合变形
内容：
组合变形的概念及工程实例；斜弯曲时的应力和强度计算；拉（压）与弯曲组合时应力和强度计算；偏心压缩（拉伸）；截面核心；弯曲与扭转组合时的强度计算。
基本要求：
1．理解组合变形的概念。
2．掌握斜弯曲时的应力和强度计算。
3．掌握拉（压）与弯曲组合时应力和强度计算。
4．掌握偏心压缩（拉伸）。
5．理解截面核心的概念。
6．掌握弯曲与扭转组合时的强度计算。
重点：
斜弯曲，弯扭组合时的强度计算
难点：
截面核心
第九章能量方法
内容：
外力功与应变能；杆件发生各种基本变形时的应变能；卡氏定理。
能量方法计算杆件的位移，能量方法求解超静定问题。
基本要求：
1．理解外力功与应变能的概念。
2．掌握杆件发生各种基本变形时的应变能计算。
3．掌握卡氏定理计算杆件的位移。
4．掌握能量方法求解超静定问题。
重点：
卡氏定理。
难点：
能量方法求杆件的位移。
第十章压杆稳定
内容：
压杆稳定的概念；稳定平衡与不稳定平衡；临界压力；计算细长压杆临界压力的欧拉公式；杆端约束不同对临界压力的影响；长度系数，临界压力，压杆柔度；欧拉公式的适用范围。
经验公式；临界应力总图。
压杆的稳定计算；折减系数法。
基本要求：
1．理解压杆稳定的概念。
2．掌握临界力的欧拉公式。
3．掌握临界应力的欧拉公式。
4．了解欧拉公式的适用范围。
5．理解临界应力总图。
6．了解压杆稳定的安全计算。
重点：
压杆稳定的概念，临界压力和临界应力的计算，以及压杆稳定校核的方法——折减系数法。
难点：
压杆稳定的概念，压杆稳定的安全计算。
第十一章动载荷和交变应力
内容：
动载荷的概念及工程实例；匀加速直线运动时杆件的应力和变形计算；动荷系数；杆件受冲击时的应力和变形计算；提高抗冲击的措施。
交变压力概念：
应力循环与循环特征；疲劳破坏特点；材料的持久极限及影响构件持久极限的主要因素。
提高构件疲劳强度的措施。
基本要求：
1．理解动载荷的概念。
2．掌握匀加速直线运动时杆件的应力和变形计算。
3．掌握杆件受冲击时的应力和变形计算。
4．了解交变压力概念，应力循环与循环特征。
5．理解疲劳破坏特点。
6．了解影响构件持久极限的主要因素。
重点：
构件受冲击时的应力和变形计算，疲劳破坏的特点。
难点：
动荷系数的计算。
三、教学基本要求
1．课堂讲授：
教学方法采用课堂讲授与课件配合使用、以讲授为主，使学生从中学到本课程的基本内容，并学会分析和解决问题的方法。
2．作业方面：
布置作业的目的：
加深对基本概念的理解，熟练并掌握计算方法。
习题数量基本上每次课（2学时）布置3~4个题。
3．考核方式：
考试以笔试为主，题型有选择题、填空题和计算题。
平时成绩占20%。
四、实践教学环节
（一）拉伸和压缩试验
内容：
测定低碳钢的弹性模量、屈服极限、强度极限、延伸率、截面收缩率、压缩屈服极限；测定铸铁抗拉强度、抗压强度极限
目的和要求：
1．测定低碳钢的弹性模量，验证胡克定律；
2．测定低碳钢的屈服极限、强度极限、延伸率、截面收缩率；
3．观察低碳钢拉伸过程中的弹性、屈服、强化、颈缩、断裂等现象；
4．测定铸铁的拉伸强度极限；
5．测定低碳钢的压缩屈服极限；
6．测定铸铁抗压强度极限；
7．比较低碳钢、铸铁压缩变形和破坏现象；
8．绘制P－ΔL曲线,比较两种材料的机械性质。
（二）扭转试验
内容：
测定低碳钢屈服极限、剪切弹性模量，测定铸铁剪切强度极限
目的和要求：
1．测定低碳钢剪切屈服极限，剪切弹性模量，剪切强度极限，单位扭转角，验证胡克定律；
2．测定铸铁剪切强度极限
3．观察低碳钢和铸铁在扭转过程中的变形现象和破坏形式，分析破坏原因，绘制T－Δφ曲线
（三）纯弯曲梁正应力的电测试验
内容：
用电测法测定梁纯弯曲时横截面上的正应力分布。
目的和要求：
1．了解电测应力的方法和电阻应变仪的使用；
2．测定纯弯曲梁横截面上的正应力分布，并与理论值进行比较。
（四）弯扭组合时的主应力电测实验
内容：
本实验是以薄壁圆筒在弯、扭组合变形时的受力为例，介绍用电测法确定构件上一点应力状态的方法。
目的和要求：
1、测定薄壁圆筒在弯、扭组合变形时表面某点处的主应力大小及方向，并与理论值进行比较。
2、掌握多点静态应变测量技术。
五、学时分配
章
学时分配
小计
讲课
习题课
实验课
上机课
讨论课
其它
1
2
2
2
8
2
4
14
3
6
2
8
附录I
6
6
4
8
2
10
5
6
2
8
6
6
2
8
7
8
8
8
8
2
10
9
6
2
8
10
6
6
11
6
6
机动
2
2
合计
76
8
10
2
96
制定者：
张为民冯仲齐
审定者：
赵冬批准者：
冯小娟校对者：
朱寅
制定日期：
2004年5月
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