《工程力学》教学大纲.docx
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《工程力学》教学大纲
《工程力学》课程教学大纲
一、课程基本信息
英文名称
EngineeringMechanics
课程代码
MSEN2016
课程性质
专业必修课程
授课对象
材料科学与工程，高分子材料与工程，功能材料
学分
2.0
学时
36
指定教材
工程力学（第2版），兰向军、朱晓东、冯志华编著，苏州大学出版社，2016年1月，ISBN978-7-5672-1558-0
二、课程目标（四号黑体）
（一）总体目标：
（小四号黑体）
工程力学是一门理论性较强的技术基础课，其任务是为工程结构的计算提供适当的方法。
通过对实际现象简化并理想化的过程，建立力学模型，并应用数学工具进行演绎，推出结论。
然后依靠实验或试验与实际系统进行比较。
课程内容包括刚体静力学以及变形体静力学，研究物体受力分析、平衡条件、杆件的基本变形以及简单构件的强度和刚度计算。
（二）课程目标：
（小四号黑体）
（课程目标规定某一阶段的学生通过课程学习以后，在发展德、智、体、美、劳等方面期望实现的程度，它是确定课程内容、教学目标和教学方法的基础。
）（五号宋体）
课程目标1：
通过力学概念和基础知识的学习，培养正确的表述问题和分析问题的能力，为解决工程问题打下一定基础。
课程目标2：
研究构件在外力作用下的基本变形、受力与破坏或失效的规律，为合理设计构件提供有关强度、刚度与稳定性分析的理论依据与计算公式。
课程目标3：
介绍工程力学的研究方法，即从物理原理出发，提出科学假设，应用演绎法建立工程问题的数学模型，并结合约束条件加以求解。
课程目标4：
从当代社会对工程师知识结构的要求出发，通过学期论文撰写，提高解决复杂问题的综合能力。
培养同学具备在社会语境下清晰表达工程力学解决问题的语言能力，具有将严谨的工程规范和工艺审美相结合的人文素质。
（三）课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系（小四号黑体）
表1：
课程目标与课程内容、毕业要求的对应关系表（五号宋体）
课程目标
对应课程内容
对应毕业要求
课程目标1
第一章,第二章
1.2能针对一个系统或过程建立合适的数学模型，并利用恰当的边界条件求解。
课程目标2
第三章，第十二章
2.2能对分解后的材料科学与工程的复杂工程问题进行表达与建模。
课程目标3
第十三章，第十四章
3.2能够在安全、环境、法律等现实约束条件下，通过技术经济评价对设计方案的可行性进行研究。
课程目标4
学期论文撰写
4.4能对实验结果进行分析和解释，并通过信息综合得到合理有效的结论。
三、教学内容（四号黑体）
第一章静力学公理与物体受力分析（小四号黑体）
1.教学目标（五号宋体）
掌握静力学公理和约束的概念，了解物体受力分析的基本方法。
2.教学重难点
约束的概念，物体受力图画法。
3.教学内容
1.1刚体和力的概念
1.2静力学公理
1.3约束与约束反力
1.4物体受力分析及受力图
4.教学方法
讲授，习题课。
5.教学评价
习题，期中考试。
第二章平面汇交力系和平面力偶系（小四号黑体）
1.教学目标（五号宋体）
熟练掌握力的投影的计算并能熟练列出平面汇交力系的平衡方程。
掌握力矩和力偶矩的计算。
2.教学重难点
力的投影，力矩和力偶的概念。
力偶矩的等效变换。
平衡问题的解题步骤。
3.教学内容
2.1平面汇交力系的合成
2.2平面汇交力系的平衡条件
2.3平面力偶系
4.教学方法
讲授
5.教学评价
习题，期中考试，期末考试。
第三章平面一般力系（小四号黑体）
1.教学目标（五号宋体）
了解力系的主矢与主矩概念，熟练掌握平面一般力系的平衡方程的应用，并能求解给定载荷下简单结构的约束反力。
了解物体系统平衡问题的分析方法。
能熟练画出简单问题受力图并按照步骤计算。
掌握摩擦问题的分析方法和解题技巧。
2.教学重难点
平衡方程投影式和力矩式的正确建立。
静定与静不定的概念。
物体系统平衡问题的求解策略。
含摩擦的平衡问题解法。
3.教学内容
3.1平面一般力系的简化
3.2平面一般力系的平衡
3.3物体系统的平衡
3.4考虑摩擦时的平衡问题
4.教学方法
讲授，课堂讨论。
5.教学评价
习题，期中考试，期末考试。
第十二章轴向拉伸和压缩（小四号黑体）
1.教学目标（五号宋体）
了解材料力学基本方法，理解载荷、内力和应力以及构件强度的概念。
掌握简单结构强度计算的方法。
了解胡克定律，熟练掌握低碳钢受拉时的应力应变曲线和特征应力值。
2.教学重难点
平面假设。
应力以及构件强度的概念。
结构强度计算。
3.教学内容
12.1~2概述
12.3内力和截面法
12.4拉杆的应力
12.6强度条件及应用
12.5胡克定律
12.6材料的力学性质
12.8应力集中
4.教学方法
讲授，习题课，案例教学。
5.教学评价
习题，期末考试，学期论文。
第十三章扭转（小四号黑体）
1.教学目标（五号宋体）
了解圆轴扭转变形的分析方法，掌握切应力和切应变的概念。
理解圆轴扭转应力的分析方法和公式的基本应用。
2.教学重难点
切应力和切应变的概念。
平面假设。
圆轴扭转理论。
扭转角与轴的刚度计算。
3.教学内容
13.1概述
13.2薄壁圆筒扭转
13.3扭矩及扭矩图
13.4圆轴应力
13.5圆轴扭转时的变形
13.6刚度条件
4.教学方法
讲授，课堂讨论。
5.教学评价
习题，期末考试，学期论文。
第十四章梁的弯曲（小四号黑体）
1.教学目标（五号宋体）
了解梁的弯曲应用的场合，掌握弯曲内力概念及其截面法。
掌握梁的剪力图和弯矩图的画法。
了解弯曲正应力的基本概念及求解方法。
了解弯曲变形概念及积分法的步骤。
2.教学重难点
剪力图和弯矩图的画法。
平面假设。
截面几何性质与截面优化。
弯曲正应力、挠度和转角的概念。
积分法计算梁的挠曲线。
3.教学内容
14.1概述
14.2剪力和弯矩
14.3剪力图和弯矩图
14.4弯曲时的正应力
14.5截面的惯性矩
14.6梁的强度条件
14.9弯曲变形
14.10积分法
4.教学方法
讲授，课堂讨论，案例教学。
5.教学评价
习题，期末考试，学期论文。
四、学时分配（四号黑体）
表2：
各章节的具体内容和学时分配表（五号宋体）
章节
章节内容
学时分配
第1讲
第一章静力学公理与物体受力分析
1.1刚体和力的概念
1.2静力学公理
1.3约束与约束反力
1.4物体受力分析及受力图
2
第2讲
第二章平面汇交力系和平面力偶系
2.1平面汇交力系的合成
2.2平面汇交力系的平衡条件
2.3平面力偶系
2
第3讲
第三章平面一般力系
3.1平面一般力系的简化
3.2平面一般力系的平衡
2
第4讲
3.3物体系统的平衡
2
第5讲
习题讨论课求解物系平衡问题
2
第6讲
3.4考虑摩擦时的平衡问题
2
第7讲
第十二章轴向拉伸和压缩
12.1~12.2概述
12.3内力和截面法
12.4拉（压）杆的应力
12.7强度条件及应用
2
第8讲
期中考试
2
第9讲
习题讨论课掌握简单结构强度计算的基本方法
2
第10讲
12.5胡克定律
12.6材料的力学性质
12.8应力集中
2
第11讲
第十三章扭转
13.1概述
13.2薄壁圆筒扭转
13.3扭矩及扭矩图
13.4圆轴应力
2
第12讲
13.5圆轴扭转时的变形
13.6刚度条件
2
第13讲
第十四章梁的弯曲
14.1概述
14.2剪力和弯矩
14.3剪力图和弯矩图
2
第14讲
习题讨论课掌握梁的剪力图和弯矩图画法
2
第15讲
14.1弯曲时的正应力
14.5截面的惯性矩
14.6梁的强度条件
2
第16讲
14.9弯曲变形
14.10积分法
2
第17讲
学期论文交流
课程复习
2
第18讲
期末考试
2
五、教学进度（四号黑体）
表3：
教学进度表（五号宋体）
周次
日期
章节名称
内容提要
授课时数
作业及要求
备注
1
9/1
第一章静力学公理与物体受力分析
物体受力分析，画受力图。
2
习题1-1
1-2
铅笔画图
2
9/8
第二章平面汇交力系和平面力偶系
力的投影，力矩与力偶。
力系简化与平衡。
2
习题
2-1，2-3，2-4，
2-5，2-6，2-10，2-13（a）,2-14,2-17
要有解题步骤
3
9/15
第三章平面一般力系
3.1力系简化
3.2平面一般力系的平衡
力线平移定理，主矢和主矩，力系平衡方程。
2
习题
3-1,3-2,3-6（a）,
3-5,3-8,3-9
计算简图
4
9/22
3.3物体系统平衡
静定和静不定概念，刚化公理的应用。
2
习题
3-11（b）,3-12,3-14,
3-15
5
9/29
习题课
静定概念在求解策略上的应用。
列出上三角矩阵逐个求出未知量的手工计算方法。
2
习题
3-16,3-17
6
10/6
3.8摩擦问题
摩擦的近似理论，摩擦问题的解法。
2
习题
3-18,3-19,3-20,3-21
7
10/13
第十二章轴向拉伸和压缩
12.1~2概述，12.3内力和截面法，12.4拉杆应力，12.6强度条件
应力的概念，许用应力和安全系数。
强度条件的三类计算。
2
习题
12-1,12-3,12-5（b）,（c）
12-6,12-7
8
10/20
期中考试
考核刚体静力学部分
2
9
10/27
习题课
强度计算讨论
2
习题
12-11,12-12
10
11/3
12.5胡克定律，12.6材料的力学性质，12.8应力集中
线应变与泊松比。
应力应变曲线。
杆系节点位移计算的近似法。
静不定问题解法。
2
习题
12-9,12-14,12-15,
12-17,12-20,12-21
11
11/10
第十三章扭转
13.1概述，13.2薄壁圆筒扭转，13.3扭矩及扭矩图，13.4圆轴应力
切应变与纯剪切的概念。
平面假设在圆轴应力求解中的应用。
极惯性矩与抗扭截面系数。
2
习题
13-1（c）,13-2,13-3,13-4
13-6,13-8,13-9
12
11/17
13.5扭转变形
13.6刚度条件
圆轴强度计算举例。
单位长度扭转角与刚度计算。
2
习题13-10,13-13
13-12,13-17,13-18
13
11/24
第十四章梁的弯曲
14.1概述，14.2剪力和弯矩，14.3剪力图弯矩图
剪力与弯矩的物理意义及正负号规定。
截面法求任一截面上的剪力和弯矩。
内力图的手工画法。
2
习题14-1,14-2
14
12/1
习题课
理解内力图与载荷、剪力、弯矩三者之间的微分关系。
做到按照工程规范，应用数学技巧，熟练正确地画剪力图和弯矩图。
2
习题14-3,14-4
15
12/8
14.4弯曲正应力
14.5截面惯性矩
14.6强度条件
平面假设与弯曲理论的关系，中性轴和中性层曲率半径的概念。
强度条件的工程应用。
2
习题14-5,14-6,14-7
14-9
16
12/15
14.9弯曲变形14.10积分法
截面挠度和转角。
从挠曲线近似微分方程结合边界条件求出梁的弯曲变形。
2
习题14-15,14-16（a）,（b）
14-20
17
12/22
复习
605幢5309周三上午1，2节1-17
2
18
12/29
期末考试
2
六、教材及参考书目（四号黑体）
1.理论力学（I）（第8版），哈尔滨工业大学理论力学教研室编，高等教育出版社，2016年9月，ISBN978-7-04-045992-0
2.材料力学（I）（第4版），单辉祖编著，高等教育出版社，2016年6月，ISBN978-7-04-045268-6
3.应用力学基础，郭应征、李兆霞主编，高等教育出版社，2000年8月，ISBN7-04-008634-4
4.工程力学基础[德]K.马格努斯、H.H.缪勒著，张维等译，北京理工大学出版社，1997年7月，ISBN7-81045-276-2
七、教学方法（四号黑体）
1．讲授法
多数内容是由教师讲解，可以是PPT，也可以是板书。
教师讲授是根据学生情况，有的放矢。
原则上是讲清基本概念和理论的来龙去脉，吸引学生课堂上的兴趣。
然后举典型例题介绍求解具体问题的方法和步骤。
2．讨论法
习题课对养成良好工程规范很重要，需要同学到黑板上来练习与同学和教师互动学习。
如第一章中的画受力图，第三章中物体系统平衡也要画研究对象的受力图，第十四章中正确画出剪力图和弯矩图是梁的强度计算的前提。
画图是工程师交流想法的工具，手工画图是一种基本功，在本门课程中与列方程式一样是衡量对问题是否理解的重要线索。
3．案例教学法
在力学理论的讲述中，不但讲清楚力学概念的物理意义，而且也注意其工程背景，即人们改造自然中积累经验与日常生活密不可分。
如在刚体静力学中介绍了力系平衡后，可以带着工程力学的眼光去观察苏州古塔和桥梁之美；学习了构件的基本变形之后，能够欣赏明式家具中交椅、案桌中榫卯连接形成简单的框架结构的力学之美，木材纹理的天然之美和装饰牙板的工朴之美。
有些工程技术上的经典案例，如桥梁史上的美国华盛顿州的塔库玛大桥坍塌事故，引出的气流涡漩脱落施加在结构上的周期载荷会导致构件失效，需要在力学理论指导下改进工程设计。
可以由历史视频资料，力学方程，斯特罗哈数，力学家的来信，工程师的反应加以叙述，既保证叙述的趣味性，又引导学生转向探究现象背后的原因。
对于同学的学期论文，安排同学在课后完成，在同学之间，师生之间形成写作规范的共识后，开始拟题撰写。
在同学递交论文后，在课堂上由同学利用投影仪进行口头交流，有助于培养同学的学术氛围。
八、考核方式及评定方法（四号黑体）
（一）课程考核与课程目标的对应关系（小四号黑体）
表4：
课程考核与课程目标的对应关系表（五号宋体）
课程目标
考核要点
考核方式
课程目标1
遵循工程规范与基本解题能力练习，简单物体平衡。
平时作业，期中考试，期末考试（计算题1）
课程目标2
基本概念，杆件强度和刚度计算。
期末考试（是非题，选择题，计算题3，4）
课程目标3
剪力图弯矩图绘制，物系平衡问题求解。
期末考试（计算题2，5）
课程目标4
个人设计的实验。
力学、人文与审美相结合。
学期论文
（二）评定方法（小四号黑体）
1．评定方法（五号宋体）
（1）考核方式
本课程成绩由平时作业、期中考试、学期论文（即学生个人设计的力学实验）、期末考试四个部分组成。
考试题型以计算题为主（5题，共85分），其余为选择题（3小题，共9分）和是非题（3小题，共6分）。
平时作业要求按照手工计算的格式完成，其中简图必须用铅笔画，解答应划分为逻辑上独立的解题步骤，表述应该结构清晰。
（2）成绩构成
平时成绩*10%+期中考试成绩*5%+学期论文*25%+期末考试成绩*60%
2．课程目标的考核占比与达成度分析（五号宋体）
表5：
课程目标的考核占比与达成度分析表（五号宋体）
考核占比
课程目标
平时
期中
期末
学期论文
总评达成度
课程目标1
%10
%5
9%
课程目标1达成度=平时成绩*0.1+期中成绩*0.05+期末成绩*0.09
课程目标2达成度=期末成绩*0.24
课程目标3达成度=期末成绩*0.27
课程目标4达成度=学期论文成绩*0.25
课程目标2
%24
课程目标3
%27
课程目标4
%25
（三）评分标准（小四号黑体）
课程
目标
评分标准
90-100
80-89
70-79
60-69
＜60
优
良
中
合格
不合格
A
B
C
D
F
课程
目标1
作业认真，格式规范。
简单物体平衡问题步骤完整。
能正确对物体进行受力分析，手工绘制受力图熟练。
作业认真，格式基本规范。
简单物体平衡问题步骤完整。
能正确对物体进行受力分析，受力图基本正确。
作业格式基本规范。
能对物体进行受力分析，但是方程计算有少量错误。
作业格式不够规范。
能对物体进行受力分析，但是计算结果有错误。
作业完成不足1/3；字体潦草，无法辨认；解答不完整，没有画图。
课程
目标2
剪力图，弯矩图手工绘制熟练并正确。
物系问题求解策略正确，计算正确。
剪力图，弯矩图手工绘制熟练。
物系问题求解策略正确，计算基本正确。
剪力图，弯矩图部分正确。
物系问题求解步骤正确，结果部分正确。
剪力图，弯矩图部分正确。
物系问题求解部分正确。
不会画弯矩图；
不会正确进行受力分析。
课程
目标3
能理解材料力学基本变形的平面假设。
能在满足强度和刚度条件下，对简单工程问题进行设计计算。
计算过程熟练并结果正确。
能掌握材料力学基本变形的基本公式。
能在满足强度和刚度条件下，对简单工程问题进行设计计算。
计算过程大致完整并步骤正确。
结果部分正确。
能应用力学公式对简单工程问题进行设计计算。
计算步骤基本正确。
结果部分正确。
能针对题意列出相应的力学公式。
计算步骤基本完整。
基本公式不理解其意义，力学概念不清楚，不能就具体题目进行计算。
课程
目标4
一页A4纸的篇幅，描述力学问题，并且辅助于照片、简图、公式，要求格式规范，语句通顺。
照片美观得体。
文章雅致、有趣、易懂。
一页A4纸的篇幅，描述力学问题，辅助照片、简图、公式，格式比较规范，语句通顺。
照片清楚。
文章有趣、易懂。
一页A4纸的篇幅，描述力学问题，辅助照片、简图、公式，格式基本规范，语句基本通顺。
一页A4纸的篇幅，描述力学问题，辅助照片、简图、公式，格式不够规范。
文章缺少个人见解。
一页A4纸的篇幅，描述力学问题，辅助照片、简图、公式，格式不规范。
文章严重抄袭。
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