材料力學孫訓芳課件

一、課程基本信息

二、課程簡介

材料力學課程是一門用以培養學生在工程檢驗與設計中有關力學方面設計與計算能力的技術基礎課，本課程主要研究工程結構中構件的承載能力問題。通過材料力學的學習，能夠對構件的強度、剛度和穩定性問題具有明確的基本概念，必要的基礎知識，比較熟練的計算能力，一定的分析能力和初步的實踐能力。

材料力學課程是高等工科院校中土木工程專業一門主幹專業課程。在教學過程中要綜合運用先修課程中所學到的有關知識與技能，結合各種實踐教學環節，進行土木工程畢業生所需的基本訓練，為學生進一步學習有關後續專業課程和有目的從事工程檢驗與設計工作打下基礎。因此材料力學課程在土木工程專業的教學計劃中佔有重要的地位和作用。

三、課程目標

材料力學是由基礎理論課過度到專業課程的技術基礎課。通過該課程的學習，要求學生對杆件的強度、剛度和穩定性問題具有明確的基本概念、必要的基礎知識、比較熟練的計算能力、一定的分析能力和初步的實驗能力。

四、教學內容及要求

第一章 緒論及基本概念（2課時）

內容：材料力學的任務和研究對象；變形固體的基本假設；內力、截面法；應力的概念；線應變和剪應變；杆件變形的基本形式。

重點講解：內力、應力和應變的概念和胡克定律。介紹本課程重點內容及學習方法。

第二章 軸向拉伸與壓縮（6課時）

內容：軸向拉伸和壓縮的基本概念和實例；截面法、軸力和軸力圖；直杆橫截面和斜截面上的應力，最大剪切應力；低碳鋼和鑄鐵的拉伸試驗及拉伸時材料的力學性質；低碳鋼和鑄鐵的壓縮試驗及壓縮時材料的力學性質；許用應力，強度條件；聖維南原理；軸向拉伸和壓縮時的變形；應變能、比能；應力集中的概念。

重點講解軸向拉（壓）杆內力、應力以及強度計算的概念，截面法在求解拉（壓）杆內力中的具體應用。詳細介紹材料在拉伸與壓縮時的力學性能。重點講解軸向拉（壓）杆的應變和變形計算公式。對拉壓應變能作一般性介紹。對斜截面上的應力、應力集中的概念及連接部分的強度計算作一般性介紹。

第三章 扭轉（6課時）

內容：扭轉的概念和實例；扭矩和扭矩圖；薄壁圓筒扭轉時的應力和變形；純剪切、剪切虎克定律、剪應力互等定理；圓軸扭轉時的應力和變形；強度和剛度條件；扭轉時的彈性應變能；非圓截面扭轉的概念。

重點講解圓軸扭轉時的應力和變形計算，強度和剛度條件。對非圓截面軸扭轉及薄壁杆扭轉作簡單介紹。

第四章 彎曲應力（10課時）

內容：對稱彎曲的概念和實例；樑的計算簡圖、剪力、彎矩及其方程；剪力圖和彎矩圖；彎矩、剪力和分佈載荷集度的關係及其應用。純彎曲時的正應力公式；彎曲正應力的強度計算；矩形截面樑和工字形截面樑的剪應力；彎曲剪應力的強度計算；提高彎曲強度的措施；彎曲中心的概念。

重點講解樑的內力及其計算方法，剪力圖和彎矩圖的畫法。介紹平面彎曲概念，剪力、彎矩方程的寫法。利用彎矩、剪力與分佈荷載集度間的關係畫彎矩圖作為難點仔細講解，反覆訓練。樑在純彎曲時的正應力計算，樑的強度校核。介紹樑橫截面上的切應力，合理截面問題。一般介紹截面核心的概念。

第五章 樑彎曲時的位移（6課時）

內容；樑的撓曲線及其近似微分方程；用積分法求樑的撓度和轉角；根據疊加法求樑的撓度和轉角；樑的剛度校核；提高彎曲剛度的措施；樑彎曲時的變形能。

重點講解樑的撓度和轉角，樑的撓曲線近似微分方程。詳細介紹用積分法、疊加法求樑的撓度和轉角，樑的剛度校核，簡單超靜定樑計算。一般介紹提高彎曲剛度的措施。

第六章 簡單的超靜定問題（6課時）

內容：靜不定結構的概念和實例；靜不定結構的特點；力法解靜不定結構；拉壓扭轉靜不定問題。

重點講解用力法分析靜不定問題。其它問題簡單介紹。

第七章 應力狀態與強度理論（8課時）

內容：應力狀態、主應力和主平面的概念；平面應力狀態下的應力分析－解析法和圖解法；三向應力狀態基本概念；平面應力狀態下的應變分析；廣義虎克定律；強度理論的概念；材料破壞形式；四種常用強度理論、莫爾強度理論。

重點講解應力狀態的'概念，主應力和主平面。較詳細介紹平面應力狀態下的應力分析，三向應力圓，最大剪應力，廣義胡克定律。一般介紹平面應力狀態下的應變分析，形狀改變比能的概念。重點講解強度理論的概念，詳細介紹最大拉應力理論，最大拉應變理論，最大剪應力理論，形狀改變比能理論。一般介紹相當應力的概念、其它強度理論及強度理論的適用範圍。

第八章 組合變形及連接部分的計算（8課時）

內容：組合變形的概念和實例；斜彎曲時的應力和強度計算；拉伸(壓縮)與彎曲組合時的應力和強度計算；扭轉與彎曲組合時的應力和強度計算。

重點講解彎扭組合時的強度計算問題。

第九章 壓桿穩定（6課時）

內容：彈性平衡穩定性的概念；細長壓桿臨界力的歐拉公式；杆端不同約束的影響、長度係數；壓桿的柔度；歐拉公式的適用範圍；經驗公式、臨界應力總圖；壓桿的穩定計算；提高壓桿穩定性的措施。

重點講解壓桿穩定性（stability）概念，壓桿臨界力（critical load）的計算公式-----歐拉公式，壓桿穩定性校核。較詳細介紹壓桿柔度的概念，歐拉公式適用的範圍，臨界應力總圖。定性介紹提高壓桿穩定性的措施。

課程要求

a. 對材料力學的基本概念和基本分析方法有正確認識。

b. 具有將杆件、零構件簡化為力學簡圖的初步能力，能分析杆件的內力，並作出相應的內力圖。（特別是剪力圖和彎矩圖。）

c. 能分析杆件的應力、變形，進行強度和剛度計算。

d. 熟練掌握簡單超靜定問題的求解方法。

e. 對應力狀態理論和強度理論有明確認識，並能進行組合變形下杆件的強度計算。

f. 能分析簡單壓桿的臨界荷載，並進行穩定性校核等計算。

g. 對常用材料的基本力學性質及其測試方法有初步認識，對電測應力有初步瞭解。

五、課時分配表

（説明：實踐指材料力學試驗）

六、教材及參考書

教材：

1．《材料力學》（高等教育出版社，2009年7月第五版，孫訓芳等主編）

參考書：

1.《材料力學》 劉鴻文主編 高等教育出版社第三版，1992

2.《Mechnics of Materials》 shemke Nostrand Reinhold

Compangy,1978

3.《材料力學》 範欽珊主編  高等教育出版社，2000

4.《材料力學》  陳塑寰   聶毓琴  孟廣偉編著，吉林科學技術出版社,2000

七、教學策略與方法的建議

1．  主要採用多媒體教學。本大綱僅列出達到教學基本要求的課程內容，不限制講述的體系、方式和方法，列出的內容並非要求都講，有些內容，可以通過自學達到教學基本要求。

2．  CAI軟件輔助教學可以節省大量時間，傳遞更多的信息量，建議廣泛使用，建議學校能儘快完善CAI教學設備。

3．  作業是檢驗學生學習情況的重要教學環節，為了幫助學生掌握課程的基本內容，培養分析、運算的能力，應增加習題量，並適當安排一定數量的習題分析討論課。

4．  實驗是教學的一個主要環節，用於基本實驗的時間為6學時，每次實驗每小組4－6人，使每個學生均有親自操作的機會，另外可適當介紹和引入材料力學實驗的計算機模擬軟件。

修訂人 (簽字)

審核人 (簽字)

批准人（簽字）