《材料力学》课程教学大纲

Mechanic of  Materials

课程编号：07211220                      学 时 数: 56    

适用专业:  土木工程（本科）              学 分 数:   3.5          

执 笔 人:  郭 剑                         编写日期:  2016年8月

一、课程的性质和目的

本课程属于土木工程专业的专业基础课程。通过本课程的学习，使学生理解构件的强度、刚度和稳定性问题的基本概念、构件受力、变形的规律和材料的力学性质；掌握构件满足强度、刚度和稳定性所需的条件，为既安全又经济地设计构件提供必要的理论基础和科学的计算方法；提高学生的计算能力、初步的实验能力和解决工程实际问题的能力，为学习后续课程和进一步提高分析问题和解决问题的能力奠定必要的力学基础。

二、课程教学内容和学时分配（理论教学52学时+实践教学4学时）

第一章   绪论（2学时）

教学内容：材料力学的任务、研究方法、研究对象，与其他课程的关系。内力与截面法、应力与应变，杆件的基本变形形式。  

教学要求：

1、了解材料力学的任务、强度、刚度和稳定性的概念；材料力学的研究对象、变形固体的基本假设；内力、应力、应变的概念；

2、掌握杆件变形的四种基本形式，内力与截面法。

重点：变形固体理想模型的假设，构件的四种基本变形形式，内力与截面法。

难点：内力与截面法。

第二章   轴向拉伸和压缩（6学时）

教学内容：拉压杆内力、应力及其强度计算，拉压杆的变形，材料在拉伸与压缩时的力学性质，拉压杆的超静定问题，应力集中的概念。

教学要求：

1、了解应力分布的实验验证及应力集中概念，拉压杆的超静定问题；

2、理解拉伸与压缩的概念，材料在拉伸与压缩时的力学性能；

3、掌握截面法计算轴力，画轴力图，拉压杆横截面与斜截面上的应力，  拉压杆的强度计算，拉压杆的变形，胡克定律。

重点：拉压杆的轴力及轴力图，拉压杆横截面及斜截面上的应力，拉压杆的强度计算，胡克定律。

难点：拉压杆斜截面上的应力。

第三章   剪切（2学时）

教学内容：连接件的剪切与挤压强度计算。

教学要求：

1、了解剪切、挤压的概念；

2、掌握剪切与挤压的实用计算方法。  

重点：剪切与挤压的实用计算。

难点：剪切与挤压的实用计算。

第四章   扭转（4学时）

教学内容：薄壁圆筒的扭转，圆轴扭转的内力、应力及其强度计算，圆轴的扭转变形及其与刚度计算，剪切虎克定律、剪应力互等定律。

教学要求：

1、了解圆轴扭转的应力分析；

2、理解扭转的概念，薄壁圆筒的横截面上的内力、应力；

3、掌握扭转内力——扭矩与扭矩图，剪应力互等定理、剪切胡克定律，圆轴扭转时横截面上的应力，圆轴扭转的变形，圆轴扭转的强度计算与刚度计算。

重点：扭转内力，剪应力互等定律、剪切胡克定律，圆轴扭转横截面上的应力及强度计算与刚度计算。

难点：圆轴扭转时横截面上的应力。

第五章   平面图形的几何性质（4学时）

教学内容：面积矩和形心，惯性矩和惯性积，回转半径。

教学要求：

1、理解主轴、主惯性矩、形心主轴、形心主惯性矩的定义，回转半径的含义；

2、掌握面积矩和形心、惯性矩和惯性积的计算，惯性矩和惯性积平行移轴公式的计算；组合图形惯性矩和惯性积的计算；有对称轴截面图形的形心主惯性矩的计算。

重点：面积矩和形心，惯性矩，形心主惯性矩。

难点：惯性矩和惯性积的移轴公式。

第六章   弯曲内力（6学时）

教学内容：梁的平面弯曲的基本知识，梁的横截面的内力（弯矩，剪力），单跨梁的内力图（弯矩图，剪力图）的绘制。

教学要求：

1、理解弯矩、剪力与荷载集度之间的微分关系；

2、掌握梁的弯曲、纵向对称面、平面弯曲的概念，理解计算简图的由来；梁的内力计算及列方程绘制内力图；利用弯矩，剪力与分布荷载集度间的微分关系绘剪力图和弯矩图；按叠加原理作内力图。

重点：梁的内力求解及内力图绘制，利用弯矩，剪力与分布荷载集度间的微分关系绘剪力图和弯矩图，按叠加原理作内力图。

难点：利用弯矩，剪力与分布荷载集度间的微分关系绘内力图。

第七章  弯曲应力（6学时）

教学内容：弯曲正应力，弯曲剪应力，梁的强度计算，提高梁弯曲强度的主要措施。

教学要求：

1、理解弯曲正应力与剪应力的公式推导，提高梁弯曲强度的主要措施；

2、掌握正应力与剪应力的计算，梁的最不利位置确定及梁的强度计算。

重点：梁的弯曲正应力与剪应力的计算，梁的强度计算。

难点：对梁的正应力与剪应力公式的理解及梁的最不利位置的确定。

第八章   弯曲变形（4学时）

教学内容：梁的挠曲线近似微分方程，梁弯曲变形及其刚度条件，提高梁的抗弯能力的主要途径。

教学要求：

1、了解梁变形的两个基本量（挠度和转角）及梁的挠曲近似微分方程；

2、理解简单超静定梁的解法，理解提高梁的抗弯能力的主要途径；

3、掌握积分法计算梁的弯曲变形，用叠加法计算梁的弯曲变形，梁的刚度条件。  

重点：用积分法和叠加法计算梁的弯曲变形，梁的刚度条件。

难点：确定积分常数的位移边界连续条件；间接叠加法的应用。

第九章   应力状态和强度理论（6学时）

教学内容：平面应力状态分析的解析法、图解法，广义胡克定律；强度理论的概念，断裂准则，屈服准则。

教学要求：

1、了解广义胡克定律；

2、理解强度理论的概念，平面应力状态分析的图解法，断裂准则；

3、掌握平面应力状态分析的解析法；屈服准则。

重点：平面应力状态分析的解析法，屈服准则及应用。

难点：平面应力状态分析的图解法的应用，强度理论的应用。

第十章   组合变形（6学时）

教学内容：组合变形的概念，斜弯曲，拉伸（压缩）与弯曲的组合变形，偏心压缩，截面核心，弯扭组合变形。

教学要求：

1、了解截面核心的含义及确定方法；

2、理解组合变形的概念；

3、掌握斜弯曲概念及计算，拉伸（压缩）与弯曲的组合变形的计算，掌握偏心压缩，弯扭组合变形的计算。

重点：斜弯曲，拉（压弯），偏心压缩及弯扭组合的强度计算。

难点：对组合变形及截面核心的理解。

第十一章   压杆稳定（6学时）

教学内容：压杆稳定的基本概念，轴心受压直杆临界力的欧拉公式，欧拉公式的适用范围，临界应力总图，压杆的稳定计算，提高压杆稳定性的措施。

教学要求：

1、了解压杆稳定性的概念；

2、理解欧拉公式的适用范围、临界应力总图、经验公式求中小柔度压杆临界力；

3、掌握轴心受压直杆临界力的欧拉公式，压杆的稳定计算及提高压杆稳定性的措施。

重点：轴心受压直杆临界力的欧拉公式，压杆的稳定计算及提高其稳定性的措施。

难点：欧拉公式的适用范围及应用，压杆的稳定计算。

三、实践教学（4学时）

1、现场教学

在讲授第三章剪切部分内容时,在攀枝花市市区寻找一钢结构厂房,带领学生到现场,结合厂房实际情况,针对连接件的知识点进行现场讲解，通过现场参观的方式让学生掌握工程实际中连接件的具体连接方式，将抽象的力学问题具体化，增加学生的实践经验。

内    容:参观连接件的工程实例，并对具体连接件进行受力分析。

教学要求:

(1)了解柱脚、梁端、屋架下弦等节点的焊接、螺栓连接方式；

(2)掌握螺栓连接的受力分析方法。

重点：连接件的受力分析方法。

难点：连接件的受力分析方法。

2、模型制作

在上完第八章弯曲变形之后，指导学生用PVC或者竹皮制作模型，以解决理论与实践脱节、学生学习积极性不高的问题，使学生具备建模能力、分析计算能力、实验能力及自学能力。

内容： 用PVC或者竹皮制作梁，并讨论提高弯曲强度和刚度的措施。

教学要求：

(1)用PVC或者竹皮制作梁，在相同加载的前提下不破坏，并实现重量最轻、变形最小；

(2)用小论文的方式结合模型讨论提高弯曲强度和刚度的措施。

重点：提高弯曲强度和刚度的措施。

难点：模型方案设计及制作。

四、课程教学的基本要求

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；全面系统地了解构件的受力变形、破坏的规律；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；将一般构件抽象成力学简图，进行外力分析、内力分析、应力分析、应变分析；掌握测定材料力学性能的原理和方法，具有进行实验研究的初步能力；在满足强度、刚度和稳定性的前提下，以最经济的代价，为构件选择合适的材料，设计合理的截面形状和尺寸，为构件设计提供计算依据；了解材料力学的新理论，新方法及发展趋向。

2、本课程以课堂讲授为主，采用多媒体教学。每章结束后组织一次讨论课，以小组讨论的方式进行，讨论后每个小组提出本章未能解决的问题，教师当堂对共性问题进行解答；

3、为达到课程教学基本要求，本课程要求学生在课外完成一定量的习题。通过练习题，首先要求学生提高课程基本内容的掌握，并学会应用这些原理和方法解决具体问题，其次要求提高学生的计算能力、分析能力和书面表达能力。采取的形式主要是课后布置作业，每次课后习题量为2－4题。

五、课程考核内容及方式

（一）考试资格：按照学校学生手册的有关规定执行；

（二）考试内容：全学期教学内容，注重考察能力；

（三）考试方式：教学过程考核、课内实验考核及期末闭卷笔试。

（1）课程教学过程环节考核（作业、出勤、课堂表现）25%；

(2) 模型制作15%

(3) 末考卷面成绩60%。

期末考试课程考核内容及占比：

（1）绪论1%-5%

（2）轴向拉伸与压缩5%-10%

（3）剪切1%-5%

（4）扭转1%-5%

（5）平面图形的几何性质1%-5%

（6）弯曲内力5%-15%

（7）弯曲应力15%-25%

（8）弯曲变形1%-5%

（9）应力状态和强度理论5%-15%

（10）组合变形5%-10%

（11）压杆稳定5%-10%

六、本课程与其他课程的联系和分工

本课程是《结构力学》、《弹性力学》、《钢结构》、《钢筋混凝土》、《抗震结构》等其它专业基础课和工程结构等专业课程的先行课，为后续课程奠定必要的理论基础和计算方法，同时他又以先修课《高等数学》、《普通物理》、《理论力学》等为基础。《材料力学》只讲述结构计算的原理和方法，在荷载方面只作简单说明，在材料上只考虑匀质材料。《材料力学》在有关建筑结构的专业课程中得到应用，设计规范的应用，实际荷载情况和实际材料性质的讨论，则是专业课程的内容。

七、建议教材与教学参考书

1、范钦珊.《材料力学》（第三版）.2014.清华大学出版社；

2、鞠彦忠主编.《材料力学》（第二版.）.2014.华中科技大学出版社；  

3、张如三.《材料力学》（第五版）.1997.中国建筑工业出版社；

4、单辉祖.《材料力学》（第二版.上、下册）.1997.高等教育出版社；

5、刘鸿文.《材料力学》（第四版.上、下册）.2004.高等教育出版社；

6、孙训方等编.《材料力学》（第三版.）.2012.高等教育出版社；

7、范钦珊.《材料力学学习指导与解题指南》（第一版）.2005.清华大学出版社。

八、考核方式及成绩评定方法

1、考核的方式

指导教师对每一个实验学生进行考核，考核成绩分为：优秀、良好、中等、及格、不及格五等。

2、成绩评定标准

①认真、正确完成实验，实验报告写的字迹秀美，条理阐述清楚、得当，程序完善，顺理成章。出勤率达100%，能够熟练掌握各种测量仪器的应用者，考核成绩定为优秀。

②认真、正确完成实验，实验报告写的字迹工整，条理阐述清楚，程序完善。出勤率达100%，能够比较熟练掌握各种测量仪器的应用者，考核成绩定为良好。

③较为认真地完成实验，实验报告写的比较好，条理阐述比较清楚，符合程序规定。出勤率达80%以上，能较好的掌握各种测量仪器的应用者，考核成绩定为中等。

④较为认真地完成实验，实验报告写的字迹比较潦草，但条理阐述还算清楚。出勤率达70%以上，会使用各种测量仪器者，考核成绩定为及格。

⑤不认真做实验或抄袭别人的实验报告，或出勤率不足2/3，或不能正确的使用各种测量仪器者，考核成绩定为不及格。