工程力学课程教学大纲.docx

1、工程力学课程教学大纲工程力学课程教学大纲课程编码：30433009 30433010 学 分：9学分 总学时：172学时 说 明【课程的性质】工程力学课程是土木工程专业的专业必修课，是土木工程专业的主干课程 。 同时又为结构力学、钢筋混凝土结构、钢结构、工程设计等专业课程提供必不可少的力学基础知识；并在许多工程技术领域中有着广泛的应用。【教学目的】通过本课程的学习，使学生掌握质点、质点系和刚体的机械运动（包括平衡）的基本规律和研究方法；使学生对工程设计中有关构件的强度、刚度、稳定性等问题具有明确的基本概念，掌握必要的基础理论同时具有一定的计算能力。培养学生应用工程力学的理论和方法，分析、解决工

2、程实际中的力学问题的能力，从而为学习后继课程和工程设计打下坚实的基础。【教学任务】根据“以培养本科应用型创新人才为主”的教学目标 , 本大纲拟定工程力学的教学任务：以培养学生的应用能力为主，通过课堂教学和实践性教学环节相结合，强化学生对基本概念、基本理论、基本方法的理解和掌握：要求学生掌握质点、质点系和刚体的机械运动（包括平衡）的基本规律和研究方法；并对各种杆件的强度、刚度和压杆稳定性的基本问题能够熟练地分析和计算。同时结合本课程特点，培养学生的学习和创造能力。【教学内容】本课程的第一部分（理论力学部分）主要包括静力学、运动学、动力学普遍定理、达朗贝尔原理及虚位移原理等内容。第二部分（材料力学

3、部分）从内容上涵盖了杆件的基本变形、强度理论、组合变形、能量法、压杆稳定、极限分析和动荷载等。【教学原则和方法】教学原则：突出基本概念、基本理论和基本方法；简化数学推演，强化物理和工程概念；充分利用现代教学手段，倡导传统与现代结合的教学模式，师生互动，启发诱导，激活思维，鼓励创新。教学方法：精讲多练、讲练结合，在教学过程中，以理论讲述为主，通过大量习题巩固掌握的知识。【先修课程要求】高等数学、大学物理。学生在学习本课程之前，应掌握的数学知识有：解析几何、矢量代数的基本运算、简单函数和复合函数的导数、微分和偏导数、定积分和不定积分、线积分的概念、一元函数的极值、二阶常系数线性微分方程的求解等。【

4、学时分配】序号内 容学时安排小计理论课时实验课时习题课时上机课时工程力学（理论力学）1第一章 静力学公理和物体的受力分析662第二章 平面汇交力系与平面力偶系663第三章 平面任意力系884第四章 空间力系665第五章 摩擦446第六章 点的运动学227第七章 刚体的简单运动448第八章 点的合成运动669第九章 刚体的平面运动6610第十章 质点动力学基本方程2211第十一章 动量定理2212第十二章 动量矩定理4413第十三章 动能定理6614第十四章 达朗贝尔原理3315第十五章 虚位移原理55小计7070工程力学（材料力学）1第一章 绪论和基本概念222第二章 轴向拉伸和压缩10414

5、3第三章 扭转6284附 录 截面的几何性质555第四章 弯曲应力152176第五章 梁弯曲时的位移667第六章 简单的超静定问题668第七章 应力状态和强度理论999第八章 组合变形72910第九章 压杆稳定62811第二册 第一章 考虑材料塑性的极限分析6612第二册 第二章 能量法6613第二册 第三章 动荷载交变应力2214材料力学求解器44小计86124102合计156124172 【教材与主要参考书】教 材：哈尔滨工业大学理论力学教研室 理论力学 高等教育出版社，2002。孙训方 材料力学第四版 北京：高等教育出版社， 2004.2。参考书：刘延柱 杨海兴 理论力学 高等教育出版社

6、，1991。朱照宣 周起钊 殷金全 理论力学 北京大学出版社，1982 。Andrew Pytel、Jaan Kiusalaas Engineering Mechanics (Second Edition) 清华大学出版社 ( 影印版 ) ， 2001 范钦珊 殷雅俊 材料力学 北京：清华大学出版社， 2004.9 。 戴葆青 材料力学教程 北京：北京航空航天大学出版社， 2004.9 。 宋子康 蔡文宏 材料力学第二版 上海：同济大学出版社， 2002.1。 大 纲 内 容工程力学（理论力学）绪论：理论力学的研究对象、主要任务、内容和学习方法。第一编静力学第一章静力学的基本概念和物体的受力分

7、析【教学目的和要求】教学目的：介绍静力学公理和物体的受力分析，为理论力学后面的章节乃至材料力学等后续力学课程的学习打下基础。教学要求：掌握力、刚体、平衡的概念。熟练掌握各种约束及约束反力的特点及其表示方法，学会正确判定二力杆。逐渐掌握三力平衡在画图中的应用。能够迅速正确地画出各种受力图。【内容提要】第一节 静力学公理第二节 约束和约束力第三节 物体的受力分析和受力图【教学重点与难点问题】教学重点：物体的受力分析教学难点：约束的特性、物体的受力分析时，隔离体的选取【复习思考题】1刚化原理是必要条件还是充分条件？2根据力的可传性原理，力的三要素中的作用点还有实际意义吗？第二章汇交力系（平面）【教学

8、目的和要求】教学目的：研究平面汇交力系的合成与平衡问题，它的理论是研究一般力系的基础教学要求：掌握平面汇交力系的几何法和解析法合成的方法，掌握平面汇交力系平衡的几何条件，熟练应用力系的力多边形封闭和静力平衡方程解平面汇交力系的平衡方程。掌握力矩的概念、合力矩定理和力偶、力偶矩的概念和性质，掌握平面力偶系的合成方法和平衡条件，熟练应用平衡方程解决平面力偶系的平衡问题。【内容提要】第一节 平面汇交力系的合成与平衡的几何法一、平面汇交力系的合成的几何法、力多边形法则二、平面汇交力系平衡的几何条件第二节 平面汇交力系的合成与平衡的解析法一、平面汇交力系的合成的解析法二、平面汇交力系的平衡方程第三节 平

9、面力对点之矩的概念和计算一、力对点之矩二、合力矩定理与力矩的解析表达式第四节平面力偶一、力偶与力偶矩二、同平面内力偶的等效定理三、平面力偶系的合成与平衡条件【教学重点与难点问题】：教学重点：汇交力系合成的几何法和解析法及两种情况下的平衡条件；平面力偶的概念。教学难点：平面力偶的概念【复习思考题】1列平衡方程时，投影轴是否可以任意选取，如何选取？2力偶和力的不同点？第三章平面任意力系【教学目的和要求】教学目的：本章运用力向一点的简化方法来研究平面一般力系向一点的简化结果，并以此来研究平面任意力系的平衡问题教学要求：掌握平面任意力系的简化及其结果，掌握平面力系平衡条件的各种表达方式。熟练掌握各种平

10、衡条件的应用。学会处理物体系统平衡的基本方法。会求解平面简单桁架内力。【内容提要】第一节 平面任意力系向平面内一点的简化一、力的平移定理二、平面任意力系向作用平面内一点简化、主矢合主矩三、平面任意力系的简化结果分析第二节 平面任意力系的平衡条件和平衡方程第三节 物体系的平衡.静定和超静定问题第四节平面简单桁架内力计算一、节点法二、截面法【教学重点与难点问题】教学重点：主矢和主矩概念的理解；主矢、主矩以及力系合成的最后结果；应用三种形式的平衡方程求解单个物体的平衡问题；求解物体系统的平衡问题教学难点：物体系的平衡计算时，研究对象、方程的选取和受力分析【复习思考题】1平面任意力系向平面内一点的简化

11、结果，如果主矩和主矢都不为零，还可以简化吗？2平面任意力系平衡方程的三矩式和两矩+投影式为何有限制条件？第四章空间力系【教学目的和要求】教学目的：研究各力的作用线在空间呈任意分布的力系，及物体重心。教学要求：掌握力在空间直角坐标轴上投影的计算方法，了解在空间力系中，力对点之矩的矢量表示，力对点之矩与力对轴之矩的关系，掌握力对轴之矩的计算及符号表示，熟悉空间汇交力系的解析法合成、平衡条件，用平衡方程解空间汇交力系的平衡问题，熟悉空间一般力系平衡的解析条件，了解用平衡方程求解空间一般力系的平衡问题，掌握简单几何形状物体的重心计算。【内容提要】第一节 空间汇交力系一、力在直角坐标轴上的投影二、空间汇

12、交力系的合成与平衡条件第二节 力对点的矩和对轴的矩一、力对点的矩以矢量表示力矩矢二、力对轴的矩第三节 空间力偶一、力偶矩以矢量表示，力偶矩矢二、空间力偶等效定理三、空间力偶系的合成与平衡条件第四节 重心【教学重点与难点问题】教学重点：力对点的矩和对通过该点的轴之矩之间的关系。教学难点：空间力对点、对轴的矩【复习思考题】1 当力与坐标轴平行或相交时、力对该轴之矩为何值？2 组合物体的重心计算有几种方法？第五章摩擦【教学目的和要求】教学目的：介绍滑动摩擦及定律，使实际工程情况更接近近似理论。教学要求：熟悉滑动摩擦的概念和滑动摩擦力的特征，掌握摩擦角的概念，了解自锁现象，熟悉具有摩擦的平衡问题。【内

13、容提要】第一节 滑动摩擦一、静滑动摩擦力及最大静滑动摩擦力二、动滑动摩擦力第二节摩擦角和自锁现象一、摩擦角二、自锁现象第三节 滚动摩阻的概念【教学重点与难点问题】教学重点：滑动摩擦的概念和计算；摩擦角和自锁现象；滚动摩阻的概念和计算教学难点：摩擦角概念及滚动摩阻的概念和计算【复习思考题】1自锁现象的应用2摩擦角是全约束力与法线间的夹角，“全约束力”该如何理解？3滑动摩擦和滚动摩阻的区别？第二编运动学第六章点的运动【教学目的和要求】教学目的：讨论描述点的运动的三种方式。教学要求：掌握矢量法表示的点的运动方程、速度和加速度之间的数学关系，掌握用直角坐标法和自然法建立点的运动方程并求解点的速度和加速

14、度。【内容提要】第一节 矢量法第二节 直角坐标法第三节 自然法一、弧坐标二、自然轴系三、点的速度四、点的切向加速度合法向加速度【教学重点与难点问题】教学重点：矢量法、直角坐标法和自然法描述点的运动教学难点：自然轴系【复习思考题】1自然轴系与直角坐标系的区别？2两个变量如何求导？第七章刚体的基本运动【教学目的和要求】教学目的：研究刚体的两种简单运动平移和定轴转动。教学要求：掌握刚体平动的定义和特征，掌握刚体定轴转动的定义和特征，掌握由刚体的运动来确定刚体上各点运动的方法，熟悉地计算刚体上各点的速度和加速度。【内容提要】第一节 刚体的平行移动第二节 刚体绕定轴的转动第三节 转动刚体内各点的速度和加

15、速度第四节 轮系的传动比一、齿轮传动二、皮带传动第五节 以矢量表示角速度和角加速度.以矢积表示点的速度和加速度【教学重点与难点问题】教学重点：刚体平移的特点，定轴转动的方程、角速度和角加速度教学难点：以矢量表示角速度和角加速度.以矢积表示点的速度和加速度【复习思考题】1刚体作平移和绕定轴转动时，各点的轨迹如何？第八章点的合成运动【教学目的和要求】教学目的：讨论点的合成运动，分析运动中某一瞬时点的速度和加速度合成规律。教学要求：掌握点的合成运动的基本概念，掌握速度合成定理，能用速度合成定理正确求解点的速度问题，了解牵连运动为平动时的加速度合成定理。【内容提要】第一节 相对运动.牵连运动.绝对运动

16、第二节 点的速度合成定理第三节 点的加速度合成定理【教学重点与难点问题】教学重点：点的速度和加速度合成定理教学难点：牵连运动和牵连点的概念，加速度合成定理【复习思考题】1加速度合成定理中，何时科氏加速度为零？2速度和加速度合成定理向坐标轴的投影是否和静力学中的平衡方程相同？第九章刚体的平面运动【教学目的和要求】教学目的：讨论刚体更复杂的运动形式刚体的平面运动教学要求：掌握刚体平面运动的基本概念，掌握将刚体的平面运动简化为平面图形在自身形成平面内的平动与转动的合成，掌握求平面图形内各点的速度的基点法、速度投影法、瞬心法，能综合运用点的合成运动和刚体的平面运动知识解有关速度问题。【内容提要】第一节

17、 刚体平面运动的概述和运动分解第二节 求平面图形内各点速度的基点法第三节 求平面图形内各点速度的瞬心法一、定理二、平面图形内各点的速度及其分布第四节 用基点法求平面图形各点的加速度【教学重点与难点问题】教学重点：基点法、瞬心法和速度投影求各点的速度及用基点法求各点的加速度教学难点：瞬心法及用基点法求各点的加速度【复习思考题】1瞬时转动与定轴转动的区别？2求平面图形内各点速度的几种方法？第三编动力学第十章质点运动微分方程【教学目的和要求】教学目的：根据动力学定律得出质点运动基本方程，运用微积分方法求解一个质点的动力学问题教学要求：了解动力学基本定律的内容及其适用范围和参考系，掌握质点运动微分方程

18、的三种形式：矢量式、直角坐标式、自然形式，能应用质点运动微分方程求解动力学的两类问题。【内容提要】第一节动力学的基本定律第二节质点的运动微分方程一、质点运动微分方程在直角坐标轴上的投影二、质点运动微分方程在自然轴上的投影三、质点动力学的两类基本问题【教学重点与难点问题】教学重点：质点运动微分方程教学难点：无【复习思考题】1“质点所受合力的方向就是质点的运动方向。”这一说法是否正确？为什么？第十一章动量定理【教学目的和要求】教学目的：研究动量定理教学要求：掌握动量、冲量等概念，能熟练地计算质点系的动量，熟悉质点和质点系微分形式和积分形式的动量定理及其在直角坐标轴上的投影表达式，掌握质心的概念，能

19、熟练计算质心坐标，掌握质点系质心运动定理及其在坐标轴（直角坐标轴或自然轴系）上的投影表达式，并运用其求解质点系的约束反力，判断哪些问题适合用动量定理和质心运动定理求解，能准确判断出质点系的动量定理和质心运动守恒状态，并熟练地利用守恒计算质点系的运动特征量。【内容提要】第一节 动量与冲量一、动量二、冲量第二节 动量定理一、质点的动量定理二、质点系的动量定理三、质点系动量守恒定律第三节 质心运动定理一、质量中心二、质心运动定理三、质心运动守恒定律【教学重点与难点问题】教学重点：动量定理、质心运动定理教学难点：质心运动定理【复习思考题】1受力分析时如何分清内力、外力？2物体的动量与力偶的作用是否有关

20、？第十二章动量矩定理【教学目的和要求】教学目的：推导动量矩定理并阐明其应用教学要求：掌握质点系动量矩的概念及其计算，掌握转动惯量的概念及其计算，能熟练正确地运用平行移轴定理计算刚体的转动惯量，能应用动量矩定理（包括动量矩守恒定理）求解有关有转动的质点系的运动学问题，能熟练地建立和求解刚体定轴转动微分方程。【内容提要】第一节 质点和质点系的动量矩一、质点的动量矩二、质点系的动量矩第二节 动量矩定理一、质点的动量矩定理二、质点系的动量矩定理三、动量矩守恒定律第三节 刚体绕定轴转动的微分方程第四节 刚体对轴转动惯量一、简单形状物体的转动惯量计算二、回转半径三、平行轴定理第五节 质点系相对于质心的动量

21、矩定理第六节 刚体的平面运动微分方程【教学重点与难点问题】教学重点：动量矩定理；刚体绕定轴转动和刚体平面运动的微分方程教学难点：动量矩定理【复习思考题】1不同运动形式物体的动量矩如何计算？对不同轴的动量矩之间的关系是什么？第十三章动能定理【教学目的和要求】教学目的：讨论力的功、动能、势能等概念，推导动能定理和机械能守恒定律，并综合运用动量定理、 动量矩定理和动能定理分析复杂的动力学问题。教学要求：正确理解力的功和功率的概念，熟练计算重力、弹性力和力矩的功，熟悉什么约束反力不做功或做功之和等于零，熟练掌握质点和刚体动能的计算，能熟练地应用动能定理求解质点系动力学问题，掌握动力学普遍定理中各个定理

22、的特点、适用范围及其用途，能综合应用动力学普遍定理求解较复杂的动力学问题。【内容提要】第一节 力的功一、重力的功二、弹性力的功三、定轴转动刚体上作用力的功四、平面运动刚体上力系的功第二节 质点和质点系的动能一、质点的动能二、质点系的动能第三节 动能定理一、质点的动能定理二、质点系的动能定理 三、理想约束及内力的功第四节 功率.功率方程.机械效率一、功率二、功率方程 三、机械效率第五节 势力场.势能.机械能守恒定律一、势力场二、势能三、机械能守恒定律第六节 普遍定理的综合应用【教学重点与难点问题】教学重点：动量定理、 动量矩定理和动能定理的综合应用教学难点：无【复习思考题】1哪些问题适合用动能定

23、理求解，哪些问题适合用动量定理和动量矩定理求解？2针对不同问题，研究对象如何选取？第十四章达朗伯定理【教学目的和要求】教学目的：讨论用静力学中研究平衡问题的方法来研究动力学问题教学要求：正确理解惯性力的概念，熟悉并掌握刚体作平动、定轴转动和平面运动时惯性力系的简化结果，深入领会达朗伯定理的实质，熟练地应用达朗伯定理求解质点系的动力学问题。【内容提要】第一节 惯性力. 质点的达朗贝尔原理第二节 质点系的达朗贝尔原理第三节 刚体惯性力系的简化一、刚体作平移二、刚体定轴转动三、刚体作平面运动【教学重点与难点问题】教学重点：达朗贝尔原理教学难点：惯性力的概念和加法【复习思考题】1对哪种物体需要加惯性力

24、，如何加？第十五章虚位移原理【教学目的和要求】教学目的：讨论用虚位移原理分析系统的平衡问题，是研究静力学平衡的另一途径教学要求：正确理解约束、约束方程和理想约束等基本概念，正确理解虚位移的概念，掌握虚位移的计算，掌握虚功的概念及计算方法，熟记理想约束的实例，掌握虚位移定理的基本思想，较熟练地应用虚位移定理求解机构和结构的静力平衡问题。【内容提要】第一节 约束.虚位移.虚功一、约束及其分类二、虚位移三、虚功第二节 虚位移原理【教学重点与难点问题】教学重点：虚位移原理教学难点：虚位移、虚功、理想约束的概念【复习思考题】1 虚位移和实位移的异同？2 如何给出质点系在给定位置上的虚位移？工程力学（材料

25、力学）第册第一章 绪论和基本概念【教学目的和要求】教学目的：介绍材料力学的任务，研究方法，基本研究条件（基本假设），研究对象，杆件变形的基本形式，使学生对本课程有粗浅的了解。教学要求：了解课程的性质、任务和研究对象；建立构件的强度、刚度、稳定性等基本概念；建立变形固体概念，理解并牢记其基本假设；了解材料弹性变形和塑性变形的基本特征；了解杆件的基本变形形式。 【内容提要】第一节 材料力学的任务第二节 材料力学与生产实践的关系第三节 可变形固体的性质及基本假设第四节 材料力学主要研究对象（杆件）的几何特征第五节 杆件变形的基本形式【教学重点与难点问题】 教学重点：强度、刚度、稳定性的概念；变形固体

26、的基本假设；弹性变形和塑性变形的概念；内力、截面法、应力、应变的概念。教学难点：本章无难点。【复习思考题】1杆件有几种变形形式，每种变形的特点是什么？第二章 轴向拉伸与压缩【教学目的和要求】 教学目的：研究轴向拉（压）杆件变形特点、条件，内力、应力、变形和应变的计算，研究材料的力学性能，许用应力，安全系数，建立轴向拉压的强度条件。教学要求：正确熟练的绘制轴力图，掌握正截面、斜截面上的应力分布及计算，变形及应变能的计算；掌握低碳钢、铸铁拉压试验的设备、方法及内容；了解许用应力的概念，熟练理解轴向拉压强度公式解决的三类问题【内容提要】第一节 轴向拉伸和压缩的概念第二节 内力截面法轴力及轴力图一、内

27、力二、截面法、轴力及轴力图第三节 应力拉（压）杆内的应力一、应力的概念二、拉（压）杆横截面上的应力三、拉（压）杆斜截面上的应力第四节 拉（压）杆的变形虎克定律第五节 拉（压）杆的应变能第六节 材料在拉伸和压缩时的力学性能一、材料的拉伸和压缩试验二、低碳钢试样的拉伸图及其力学性能三、其他金属材料在拉伸时的力学性能四、金属材料在压缩时的力学性能五、几种非金属材料的力学性能第七节 强度条件安全系数许用应力一、拉（压）杆的强度条件二、许用应力和安全第八节 应力集中的概念【教学重点与难点问题】教学重点：拉（压）杆的内力、内力图和应力的概念及计算；材料在拉伸和压缩时的力学性质；许用应力的概念和强度条件，强

28、度方面的三类问题；拉压杆的变形和位移计算。教学难点：变截面杆拉（压）变形及位移的计算；材料力学性质的实验测量及工程应用。变形能的计算；简单桁架结构结点位移的计算。【复习思考题】1轴向拉（压）杆的应力和变形推导的假设是什么？2低碳钢的拉伸曲线分几个阶段？每个阶段的变形特点和力学性能有何不同？3利用强度条件可以解决哪几类问题？第三章 扭 转【教学目的和要求】教学目的：解决扭转强度、扭转变形和扭转刚度的计算，也为求解扭转超静定问题作准备教学要求：要求学生建立扭转变形的概念；掌握传动轴的外力偶矩的计算 , 扭矩计算及扭矩图的绘制；掌握圆轴扭转变形的特点；明了建立圆轴扭转横截面上切应力计算公式时所需要的三个关系：变形几何关系、物理关系和静力关系，这是材料力学中的三个最基本的关系，是材料力学研究问题的依据；熟练掌握横截面上扭转切应力的分布规律和任一点切应力的计算公式；会判断扭转问题的危险截面、危险点 , 并能熟练地运用强度、刚度条件求解扭转强度和刚度方面的三类问题。 【内容提要】第一节 概述第二节 薄壁圆筒的扭转第三节 传动轴的外力偶矩扭矩及扭矩图一、传动轴的外力偶矩二、扭矩及扭矩图第四节 等直圆杆扭转时的应力强度条件一