材料力学
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课程评价
spContent=本课程具有深厚的历史积淀,2006年被评为国家精品课程,2013年转型升级为国家资源共享课,2016年被授予国家精品资源共享课。建设了丰富的教学资源,具有完整的教学视频、生动的教学课件和丰富的的工程案例,加深了学生对实际工程问题的力学本质的认识,提升了学生的力学素养和创新能力。
—— 课程团队
课程概述

材料力学是固体力学的重要分支之一,是一门为设计工程实际构件提供必要理论基础的重要课程,是机械工程、土木工程、航空航天以及相关专业本科生的专业基础课程。材料力学的任务是研究杆件在承受各种荷载时的变形等力学性能。通过学习本课程,使学生掌握将工程实际构件抽象为力学模型的方法;掌握研究杆件内力、应力、变形分布规律的基本原理和方法;掌握分析杆件强度、刚度和稳定性问题的理论与计算;具有熟练的计算能力和一定的工程分析能力;为后续相关课程的学习,以及进行构件设计和科学研究打好力学基础。

授课目标

材料力学的教学任务是研究杆件在承受各种荷载时的变形等力学性能。使学生掌握将工程实际构件抽象为力学模型的方法;掌握研究杆件内力、应力、变形分布规律的基本原理和方法;掌握分析杆件强度、刚度和稳定性问题的理论与计算;具有熟练的计算能力和一定的实验能力。

课程大纲

 本课程在高级工程技术人才的培养过程中,具有建立专业技术基础,培养开发创新能力的作用。

   课程应达到的要求

    1. 对材料力学的基本概念和基本分析方法有明确的认识

2.  具有将杆类构件简化为力学简图的初步能力。能分析杆件的内力,并作出相应的内力图。

3.  能分析杆件的应力、位移,进行强度和刚度计算。并会处理简单的一次超静定问题。

4.  对应力状态理论与强度理论有一定的认识,并能进行组合变形下杆件的强度计算。

5.  能分析简单压杆的临界载荷,并进行稳定性校核等计算。

6.  对低碳钢和灰口铸铁的基本力学性能有初步认识。

                              

课程结构


第一讲  绪论

材料力学的任务,本课程的特点与应用、发展变形固体的基本假设,外力及其分类,内力、截面法和应力的概念,变形与应变,杆件变形的基本形式。

重点掌握截面法、内力、应力、位移、变形和应变的概念,建立材料力学分析问题的思想。

第二讲  拉伸、压缩与剪切

轴向拉伸与压缩的概念与实例,轴向拉伸或压缩时横截面上内力和应力,直杆轴向拉伸或压缩时斜截面上的应力;材料在拉伸时的力学性能,材料在压缩时的力学性能,温度和时间对材料力学性能的影响,失效、安全系数和强度计算,轴向拉伸或压缩时的变形,轴向拉伸或压缩时的变形能;轴向拉伸或压缩时的变形,轴向拉伸或压缩时的变形能,拉伸、压缩静不定问题,温度应力和装配应力,应力集中的概念;剪切和挤压的实用计算。

掌握拉(压)杆的内力、应力、位移、变形和应变概念。掌握单向拉压的胡克定律,掌握材料的拉、压力学性能,了解测试方法。掌握强度条件的概念,会进行拉压强度和刚度计算。会计算简单拉压超静定问题,建立应力集中的概念;掌握剪切、挤压的概念和实用计算。

第三讲  扭转

扭转的概念和实例,外力偶矩的计算,扭矩和扭矩图,纯剪切,圆轴扭转时的应力,圆轴扭转时的变形,圆柱形密圈螺旋弹簧的应力和变形,非圆截面杆扭转的概念,薄壁杆件的自由扭转。

掌握纯剪概念,剪切胡克定律,切应力互等定理。掌握轴的内力,圆轴扭转应力和变形,建立强度和刚度条件,会进行扭转强度和刚度的计算。了解非圆截面杆扭转。

第四讲  弯曲内力

弯曲的概念和实例,受弯杆件的简化,剪力和弯矩,剪力方程和弯矩方程,剪力图和弯矩图,载荷集度、剪力和弯矩间的关系,平面曲杆的弯曲内力。

掌握平面弯曲内力,能够计算较复杂受载下的内力,列内力方程,利用载荷集度、剪力和弯矩间的关系画内力图。

第五讲 弯曲应力

纯弯曲,纯弯曲时的正应力,横力弯曲时的正应力,弯曲剪应力,关于弯曲理论的基本假设,提高弯曲强度的措施。

掌握对称与非对称截面梁的弯曲正应力,弯曲切应力,进行弯曲强度计算。掌握弯曲中心的概念。

第六讲  弯曲变形

工程中的弯曲变形问题,挠曲线的微分方程,用积分法求弯曲变形,用叠加法求弯曲变形,简单静不定梁,提高弯曲刚度的一些措施。

掌握弯曲变形有关概念,包括挠度、转角、挠曲线的微分方程,会用积分法求弯曲变形和用叠加法求弯曲变形。建立静不定梁的解题思路。

第七讲  应力和应变分析  强度理论

应力状态概述,二向和三向应力状态的实例,二向应力状态分析——解析法,二向应力状态分析——图解法,三向应力状态,广义胡克定律,复杂应力状态的变形比能,强度理论概述,四种常用强度理论,莫尔强度理论,构件含裂纹时的断裂准则。

这是本课程的重点和难点。要求很好掌握平面应力状态下的应力分析方法,掌握三向应力状态下的主应力和最大切应力的概念。正确理解广义胡克定律,熟练运用。掌握各向同性材料弹性常数之间的关系。正确理解常用强度理论及其应用。

第八讲  组合变形

组合变形和叠加原理,拉伸或压缩与弯曲的组合,偏心压缩和截面核心,扭转与弯曲的组合,组合变形的普遍情况。

掌握组合变形下杆件的强度计算,会进行复杂受载下杆件强度的分析。

第九讲  压杆稳定

压杆稳定的概念,两端铰支细长压杆的临界压力,其他支座条件下细长压杆的临界应力,欧拉公式的适用范围,经验公式,压杆的稳定校核,提高压杆稳定性的措施,纵横弯曲的概念。

掌握稳定性概念,掌握轴向受压杆的临界力与临界应力、压杆的柔度的概念。会进行压杆稳定性校核。

第十讲  动载荷

概述,动静法的应用,强迫振动的应力计算,杆件受冲击时的应力和变形,冲击韧性。

掌握动载荷的惯性问题和冲击应力的有关概念,理解动态问题的特殊之处。

第十一讲  交变应力

交变应力与疲劳失效,交变应力的循环特征、应力幅和平均应力,持久极限,影响持久极限的因素,对称循环下构件的疲劳强度计算,持久极限曲线,不对称循环下构件的疲劳强度计算,弯扭组合交变应力的强度计算,变幅交变应力,提高构件疲劳强度的措施。

掌握交变应力与疲劳失效,交变应力的循环特征、应力幅和平均应力,持久极限,影响持久极限的因素,对称循环、不对称循环等概念,会进行简单的疲劳强度计算。

第十二讲  弯曲的几个补充问题

非对称弯曲,开口薄壁杆件的剪应力,弯曲中心,用奇异函数求弯曲变形,有限差分法。

掌握非对称弯曲和弯曲中心等概念,了解开口薄壁杆件的剪应力,用奇异函数求弯曲变形,有限差分法等内容。

附录  平面图形的几何性质

静矩和形心,惯性矩和惯性半径,惯性积,平行移轴公式,移轴公式, 主惯性轴。

掌握截面几何性质,重点掌握静矩、惯性矩、惯性积等概念和平行移轴、转轴公式。


预备知识

高等数学  线性代数  大学物理、理论力学


证书要求

暂无





参考资料

[1] 刘鸿文主编材料力学(Ⅰ)(Ⅱ)5北京:高等教育出版社,2011

[2] 单辉祖编著材料力学 (Ⅰ)(Ⅱ)5.北京:高等教育出版社,2009

[3] 孙训方,方孝淑,关来泰编材料力学(Ⅰ)(Ⅱ)第五版北京:高等教育出版社,2009

[4] 范钦珊,蔡新编.  材料力学(土木类) 北京:高等教育出版社,2006

[5] 吴永端,邓宗白,周克印编.  材料力学.北京:高等教育出版社,2011

[6] 邓宗白,陶阳,吴永端编. 材料力学.北京:科学出版社,2013

[7] Gere J M. Mechanics of materials. 5th Edition.ChinaMachine Press.