材料力学
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课程评价
spContent=材料力学是理工科学生必修的一门专业基础课,在教学过程中受到广泛重视。大连理工大学工程力学系实力雄厚、特色鲜明、具有光荣历史和优良传统,拥有实力雄厚的教学科研队伍,其中包括钱令希、钟万勰、程耿东3位中科院院士。《材料力学》课程凝聚了几代人的智慧和心血,是辽宁省优秀资源共享课程。
—— 课程团队
课程概述

材料力学是理工科学生必修的一门专业基础课,该课程是后续很多专业课程的基础,在工程实际中应用广泛,也是许多工科专业研究生入学考试科目之一,在教学过程中受到广泛重视。大工力学在全国有着重要的地位和影响力,教学质量和效果受到同行和学生们的认可,有着较高评价。本课程充分体现大连理工大学材料力学教学特色和实力,慕课上线后,可以使更多的学习者从中受益。

授课目标
1)建立学生整体的专业逻辑技能,培养学生研究型学习能力; 2)将知识点与工程实际相结合,让学生了解力学知识在工程中的具体应用,培养工程理念; 3)案例的选择与学科前沿相结合,将科研实践与课程教学相结合,自主性和创新性; 4)强化对学生的创新思维和力学建模能力的培养,提高学生的工程素质。
课程大纲

   

序号

教学内容

教学要求

学时

教学方式

对应能力

1

一、               材料力学基本概念

1.材料力学的任务和研究对象

2.材料力学的基本假设

3.外力、内力和截面法

4.应力

5.位移、变形和应变

6.杆件的基本变形形式

1.理解材料力学的任务、变形固体的基本假设和基本变形的特征;掌握正应力和切应力、正应变和切应变的概念

2.掌握截面法,熟练运用截面法求解杆件(一维构件)各种变形的内力(轴力、扭矩、剪力和弯矩)及内力方程;熟练绘制内力图

2

讲授

12

2

二、               轴向拉伸与压缩分析

1.轴向拉压概念、工程实例与计算简图

2.截面法、轴力、轴力图

3.横截面上的应力,圣维南原理,斜截面上的应力

4.低碳钢和铸铁的拉伸试验及拉伸时材料的力学性质,低碳钢和铸铁的压缩试验及压缩时材料的力学性质。温度、时间对材料力学性能的影响和蠕变与松弛概念简介。*特殊材料拉、压力学性能简介

5.安全因数,许用应力,强度条件

6.纵向变形、线应变,拉压胡克定律,弹性模量、横向变形、泊松比,变形与位移计算

7.简单拉、压静不定问题及其解法,装配应力、温度应力概念

8.应力集中现象与概念

1.掌握直杆在轴向拉伸与压缩时横截面、斜截面上的应力计算;了解安全因数及许用应力的确定,熟练进行强度校核、截面设计和许用载荷的计算

2.掌握胡克定律,了解泊松比,掌握直杆在轴向拉伸与压缩时的变形和应变计算;了解拉压变形能的计算

3.掌握求解拉压杆件一次静不定问题的方法,了解温度应力和装配应力的计算

4.掌握应力集中的概念,了解圣维南原理

5.了解温度、时间对材料力学性能的影响,以及蠕变与松弛的概念

6.初步了解特殊工程材料的力学性能

10

讲授

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3

三、               剪切

1.工程中常见的联接结构工程实例与计算简图

2.剪切强度的实用计算

3.挤压强度的实用计算

*4.焊接缝与胶粘接缝的实用计算

掌握剪切和挤压(工程)实用计算

2

讲授

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4

四、扭转

1.扭转的概念、工程实例与计算简图,功率、转速与外力矩之间的关系

2.扭矩与扭矩图

3.薄壁圆筒扭转时的变形与横截面上的应力,纯剪切,切应力互等定理,切应变,剪切胡克定律,切变模量,三个弹性常数EGn间的关系

4.圆轴扭转时横截面上的应力与斜截面上的应力,极惯性矩、抗扭截面模量,强度条件

5.抗扭刚度、扭转角和单位长度扭转角,刚度条件

6.简单扭转静不定问题

*7.圆柱形密圈螺旋弹簧的强度

8.非圆截面杆扭转时的变形特点,矩形截面杆的分析结果

9.薄壁截面杆的自由扭转,开口薄壁杆,闭口薄壁杆。

*10.应力集中。

1.掌握扭转时外力偶矩的换算;掌握薄壁圆筒扭转时的切应力计算,掌握切应力互等定理和剪切胡克定律

2.掌握圆轴扭转时的应力与变形计算,熟练进行扭转的强度和刚度计算

3.理解扭转静不定问题、非圆截面杆扭转时的切应力概念和扭转变形能的计算

4.掌握开口和闭口薄壁截面直杆自由扭转的概念;了解开口和闭口薄壁截面直杆自由扭转时的应力和变形计算

4

讲授

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5

五、弯曲内力

1.工程实例与梁的计算简图,对称弯曲、平面弯曲

2.剪力、弯矩的概念

3.剪力方程和弯矩方程,剪力图和弯矩图

4.弯矩、剪力与分布载荷集度间的关系(*及其应用)

*5.平面刚架的内力图

掌握平面弯曲、对称弯曲、纯弯曲和横力弯曲的概念;掌握载荷集度、剪力和弯矩间的微分关系及其应用;

6

讲授

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6

七、截面图形的几何性质

1.静矩、形心、组合截面图形的静矩和形心

2.惯性矩、惯性半径、极惯性矩、惯性积;简单截面图形惯性矩和惯性积,组合截面图形惯性矩和惯性积

3.平行移轴公式,组合图形惯性矩的计算

4.惯性矩和惯性积的转轴公式、形心主惯性轴和形心主惯性矩概念,简单图形的形心主惯性轴和形心主惯性矩

5.组合截面图形的形心主惯性矩

1.掌握平面图形的形心、静矩、惯性矩、极惯性矩、惯性积计算

2.掌握平行移轴公式;了解惯性矩和惯性积的转轴公式

3.掌握平面图形的形心主惯性轴、形心主惯性平面和形心主惯性矩的概念

 

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讲授

1

7

七、弯曲应力

1.纯弯曲时的弯曲正应力公式,弯曲与挠曲线曲率之间的关系,抗弯刚度,抗弯截面模量,纯弯曲理论的推广,梁的正应力强度条件。

2.矩形截面等直梁的弯曲切应力,工字型、圆形、圆环形截面梁的弯曲切应力,切应力对弯曲正应力的影响

3.正应力强度条件,切应力强度条件

4.非对称截面梁的平面弯曲,弯曲中心的概念。

5.提高弯曲强度的措施

1.掌握弯曲正应力和切应力的计算,熟练进行弯曲强度计算;了解提高梁弯曲强度的措施

2. 理解梁非对称纯弯曲的概念,掌握非对称纯弯曲梁的正应力计算方法

*3.掌握开口薄壁截面梁的切应力计算方法。了解开口薄壁截面弯曲中心的概念和一些工程中常用截面弯曲中心位置

*4.掌握异质材料组合梁在对称弯曲时横截面上的正应力分析

5

讲授

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8

八、弯曲变形

1.梁的变形、和位移,挠曲线、挠度和转角

2.挠曲线近似微分方程

3.用积分法求梁的挠度和转角,位移边界条件和连续条件,挠曲线的大致形状

4.用叠加法求梁的挠度和转角

5.梁的刚度条件

6.提高弯曲刚度的措施

7.用变形比较法解简单静不定梁,相当系统,利用相当系统求梁的内力和位移

掌握梁的挠曲线近似微分方程,掌握用积分法、叠加法求梁的挠度和转角;熟练进行刚度计算;了解提高梁弯曲刚度的措施;掌握一次静不定梁的求解;了解弯曲变形能的计算

5

讲授

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9

九、应力状态分析  强度理论

1.一点应力状态的概念,应力单元体,主平面、主应力,应力状态的分类

2.平面应力状态分析(解析法) ,   主平面方位、主应力和极值切应力计算

3.平面应力状态分析(应力圆) 。单向拉伸 (压缩) 和纯剪切应力状态分析

4.三向应力状态的应力圆、最大正应力、最大切应力

5.广义胡克定律,根据一点处三个方向的线应变确定平面应力状态,体积应变

6.强度理论的概念,强度破坏的形式,脆性断裂和塑性流动(屈服)

7.脆性断裂理论,最大拉应力理论,最大拉应变理论

8.塑性屈服理论,最大切应力理论,畸变能理论,相当应力,*莫尔强度理论和强度理论的应用

1.理解应力状态的概念,掌握平面应力状态下应力分析的解析法及图解法;了解三向应力状态的概念;掌握主应力、主平面和最大切应力的计算

2.掌握广义胡克定律;了解体积应变、三向应力状态下的应变能密度、体积改变能密度和畸变能密度的概念

3.理解强度理论的概念;掌握四种常用强度理论及其应用;了解莫尔强度理论

6

讲授

4

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十、组合变形

1.组合变形的概念,叠加法

2.斜弯曲的概念,斜弯曲时的正应力强度计算

3.拉伸(压缩) 与弯曲组合时的正应力强度计算

4.偏心拉伸与偏心压缩杆的强度计算,截面核心的概念

5.圆截面直杆在弯曲与扭转组合时的强度计算

1.理解组合变形的概念,掌握用叠加法求解杆件的斜弯曲、拉伸(压缩)和弯曲、扭转与弯曲组合变形的强度计算

2.掌握截面核心的概念和确定方法

4

讲授

4

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十一、压杆稳定

1.稳定平衡和不稳定平衡的概念,临界力,理想压杆

2.细长压杆的欧拉公式,杆端约束的影响,长度因数、相当长度、柔度

3.欧拉公式的适用范围,超过比例极限时压杆临界应力的经验公式,临界应力总图

4.压杆的稳定校核(安全系数法)

5.提高稳定性的措施

1.掌握压杆稳定性的概念、细长压杆的欧拉公式及其适用范围

2.掌握不同柔度压杆的临界应力和安全因数法的稳定性计算;了解提高压杆稳定性的措施

 

4

讲授

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12

十二、能量法

1.应变能,功能原理,用能量法计算线弹性结构的位移

2.外力功与应变能的计算,应变能密度

3.余功与余能,余能定理,卡氏(第二)定理,*卡氏(第一)定理

4.虚功原理

5.单位载荷法,莫尔积分,图乘法

6.功的互等定理,位移互等定理

1.理解各种变形的应变能计算,掌握莫尔定理或卡氏第二定理的应用

2.理解虚功原理、互等定理;掌握单位载荷法和图乘法

5

讲授

6

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十三、静不定结构

1.外力静不定与内力静不定

2.力法,力法正则方程式,用力法正则方程式求解静不定结构

3.对称性的利用

1.掌握运用变形协调关系、物理关系和静力学关系三方面求解静不定问题的基本分析方法

2.理解对称和反对称性的概念;掌握力法及其正则方程求解一次静不定问题

3

讲授

5

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十四、动荷问题

1.动载荷,动荷因数

2.构件作加速直线运动时的应力,匀速转动时的应力和变形

3.冲击应力和变形

4.提高构件抗冲击能力的措施

1.掌握构件作等加速直线运动或匀速转动时的动应力、动变形计算

2.掌握受冲击载荷作用时动应力、动变形计算

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讲授

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十五、疲劳

1.交变应力的概念,应力比(循环特征),金属疲劳破坏的概述

2.材料与构件的持久极限,影响构件持久极限的因素

* 3.对称循环下构件的疲劳强度校核

* 4.非对称循环下构件的疲劳强度校核

5.提高构件疲劳强度的措施

1.了解交变应力下材料疲劳破坏的概念和疲劳极限的确定方法

2.了解影响构件疲劳极限的主要因素、疲劳强度的计算和提高构件疲劳强度的措施

2

讲授

8

 


预备知识
  1. 高等数学

  2. 理论力学

证书要求

1.完成每讲课后的作业,作业平时成绩占课程总成绩的20%;

2.完成单元测验,成绩占课程总成绩的30%;

3.完成期末测试,成绩占课程总成绩的30%;

4.课堂交流讨论分10分,参与讨论达到一定次数即可获得。

5.域外成绩10分。

总评成绩60-84分为合格,可获得合格证书;

总评成绩85分及以上为优秀,可获得优秀证书。


参考资料

1. 王博.   材料力学(慕课)科学出版社, 2017

2. 季顺迎. 材料力学. 科学出版社, 2013

  3.  刘鸿文. 材料力学(5). 高等教育出版社, 2011

  4. 马红艳. 材料力学解题指导.科学出版社, 2014


常见问题

学习材料力学要进行大量的习题训练,除了对基本概念的掌握,作业和习题非常重要。