材料力學專業(yè)班級：芙蓉土木工程1004-1008班主講教師：黃志剛所在學院：土木建筑工程學院-春季學期《材料力學》課程教案課程名稱：材料力學英文名稱：MechanicsofMaterials課程類型:必修課學時：66授課學時：60實驗學時：6學分：3.5考察方式：考試一、課程性質、目的和任務材料力學是變形固體力學的一種分支，它是土木工程專業(yè)必修的專業(yè)核心課程。為后續(xù)課程《構造力學》、《混凝土構造設計原理》、《鋼構造設計原理》、《鋼構造設計》以及《砌體構造》等各專業(yè)課的學習提供預備知識。本課程安排在第三學期，是在學生學完高等數(shù)學、理論力學等課程之后，在學生數(shù)學力學等必備的知識基礎上，進一步研究構件在力的作用下，內力、應力、變形及穩(wěn)定性等問題。通過材料力學的學習，規(guī)定學生對桿件的強度、剛度和穩(wěn)定性等問題含有明確的基本概念和必要的基礎知識，對慣用材料的基本力學性能及其測定辦法、電測實驗應力分析的基本原理和基本辦法有初步認識，使學生初步會用材料力學的理論和分析辦法，解決某些簡樸的工程實際問題，為學習有關的后繼課程打下初步基礎。由于本課程的內容及眾多公式含有一定程序及規(guī)律，為了系統(tǒng)地學習、研究其內在規(guī)律，對整個教材的教學構想是應用框圖思維法，即削枝強干，刪繁就簡，強調“三基”，突出重點，達成有助于培養(yǎng)學生分析問題與解決問題的能力。二、課程教學和教改基本規(guī)定通過本課程的學習，使學生明確認識材料力學的基本概念和基本分析辦法，培養(yǎng)分析問題、推導計算、判斷成果和自學查閱的能力；純熟地做出桿件基本變形時的內力圖，進行應力和位移、強度和剛度計算；掌握應力狀態(tài)分析辦法和理論，掌握組合變形下桿件的強度計算；掌握簡樸超靜定問題的求解辦法；理解壓桿的穩(wěn)定性概念，會計算軸向受壓桿的臨界力與臨界應力；理解低碳鋼和鑄鐵的基本力學性能及其測試辦法；掌握電測實驗應力分析的基本原理和辦法。對桿件的受力分析、強度、剛度和穩(wěn)定性問題含有明確的基本概念、必要的基礎知識、比較純熟的計算能力，初步的力學建模及對簡化模型近似性評定的能力，一定的定性與定量分析能力和初步的實驗能力。三、課程各章重點、難點以及教學規(guī)定和教學內容第一章緒論及基本概念本章應掌握材料力學的任務、同有關學科的關系，變形固體的基本假設，材料力學的研究對象，桿件變形的基本形式。【本章重點】1.強度、剛度以及穩(wěn)定性的概念2.橫截面、軸線的概念3.變形固體的四個基本假設【教學辦法】由材料力學的發(fā)展史及在工程實際中重要地位激發(fā)學生學習材料力學的主動性?！舅伎碱}】1.構件正常工作需要滿足哪三個條件？2.變性固體的基本假設有哪些？3.常見的基本變形有哪些？并舉例闡明之。第二章軸向拉伸和壓縮掌握截面法和內力、應力、變形、應變的概念；掌握單向應力狀態(tài)的本構關系，軸力與軸力圖，直桿橫截面及斜截面的應力；理解材料拉伸及壓縮時的力學性能，應力-應變曲線。掌握拉壓桿強度條件；理解安全因數(shù)及許用應力的擬定；掌握拉壓桿變形，胡克定律；理解彈性模量、泊松比、圣維南原理，應力集中的概念。金屬材料的拉伸與壓縮實驗（2學時）：通過實驗協(xié)助學生掌握材料的力學性質，理解力學實驗的特殊性，掌握機器儀器的操作，以培養(yǎng)學生動手能力，嚴肅認真的精神和良好的科學習慣?！颈菊轮攸c】1.軸向拉伸與壓縮時橫截面上的內力和應力2.應力的概念、切應力的正負號判斷3.軸向拉伸或壓縮時的變形4.胡克定律【本章難點】1.應力的概念以及切應力正負號的判斷2.橫截面以及斜截面上正應力以及切應力計算公式的推導【思考題】1.何謂軸向拉伸時的平面假設？2.何謂胡克定律？3.典型塑性材料拉伸以及壓縮時的力學特性？第三章扭轉掌握扭矩及扭矩圖，切應力互等定理，剪切胡克定律，圓軸扭轉的應力與應變，扭轉強度及剛度條件；理解矩形截面和薄壁桿件扭轉。金屬材料的扭轉實驗（2學時）：通過實驗協(xié)助學生掌握材料扭轉時的特性，加深對理論的理解。【本章重點】1.圓軸扭轉時的應力公式的推導及其應用2.圓軸扭轉時的扭轉角和單位扭轉角的計算3.圓軸扭轉時的強度與剛度的計算【本章難點】圓軸扭轉時的靜不定問題及其求解【教學辦法】引進工程實際中的例子,由淺入深講扭轉概念。推導計算公式和辦法,結合實際解說深奧的理論比較易懂。在推導公式過程中,強調材料力學分析問題時,必須從變形入手,綜合幾何、物理、靜力學等三方面來考慮，這思路和辦法始終貫穿這門課程?！舅伎碱}】1.何謂扭轉時平面假設？2.推導圓軸扭轉橫截面應力的思路和辦法3.如何進行圓軸扭轉的強度和剛度的計算第四章彎曲應力掌握平面彎曲的內力，剪力、彎矩方程，剪力、彎矩圖；彎矩、剪力與分布荷載集度間的微分關系，運用微分關系畫剪力、彎矩圖。彎曲正應力公式，彎曲切應力，彎曲強度條件，提高彎曲強度的方法。理解薄壁截面梁的彎曲切應力和彎曲中心?！颈菊轮攸c】1.彎曲的內力:剪力和彎矩2.梁和剛架的剪力圖和彎矩圖的繪制3.運用載荷集度、剪力和彎矩間的微分關系的幾何意義直接繪制剪力圖和彎矩圖.4.純彎曲時的正應力計算公式5.彎曲時的正應力強度條件6.幾個常見提高彎曲強度的方法【本章難點】1.運用載荷集度、剪力和彎矩間的微分關系的幾何意義直接繪制剪力圖和彎矩圖2.彎曲剪應力計算公式3.彎曲剪應力強度條件【教學辦法】對梁的彎曲內力的分析和研究必須從剪力方程和彎矩方程的建立開始,因此解說過程用最簡樸的辦法描述,使學生們容易掌握,這也是工程設計中的必備技能。繪制剪力圖和彎矩圖是基本功,必須從難從嚴規(guī)定。在工程實際中碰到梁的彎曲問題更多,由實際中的梁的彎曲中引出彎曲的概念,再從理論上去研究分析。由表及里地進行分析歸納總結,推導出梁彎曲時橫截面上內力、應力的分布規(guī)律及其變形特點。為了工程上的安全,必須進行強度計算?！舅伎碱}】1.何謂彎曲？平面彎曲？2.如何鑒別剪力和彎矩正負號的？3.如何建立剪力和彎矩方程的？4.如何運用載荷集度、剪力和彎矩間的微分關系直接繪制剪力圖和彎矩圖5.何謂純彎曲.橫力彎曲？6.何謂彎曲時平面假設？7.如何推導純彎曲時的正應力計算公式？8.如何推導橫力彎曲時的剪應力計算公式？9.如何提高梁的彎曲強度？10.在什么狀況下要進行提高彎曲剪應力強度計算？第五章彎曲時的位移掌握梁的位移概念，撓曲線及其近似微分方程；理解積分法求梁的位移；掌握疊加法求梁的位移；理解梁的剛度校核及解提高梁彎曲剛度的方法。梁彎曲正應力實驗（2學時）：通過實驗協(xié)助學生理解梁彎曲的測試辦法，加深對理論的理解?！颈菊轮攸c】1.撓曲線的微分方程的建立2.對撓曲線的微分方程進行積分【教學辦法】上一章已經(jīng)講到梁的彎曲變形,根據(jù)工程實際的規(guī)定必須限制其變形在一定的范疇內,因此在工程中必須進行剛度條件計算.在解說如何求解梁的彎曲變形時,積分法是基本辦法。在此特別強調建立彎矩方程這基本功?！舅伎碱}】1.何謂彎曲變形的撓度和轉角？2.如何對的建立彎矩方程才干簡化積分常數(shù)？3.撓曲線的微分方程是如何建立？4.如何用積分法求彎曲變形？5.何謂疊加原理及其疊加法的環(huán)節(jié)？第六章簡樸的超靜定問題掌握拉壓超靜定問題，簡樸超靜定梁【本章難點】簡樸靜不定梁求解的思路和辦法【思考題】1.何謂靜不定問題？2.求解靜不定問題的思路及其辦法第七章應力狀態(tài)和強度理論掌握應力狀態(tài)和強度理論，應力狀態(tài)的概念，平面應力狀態(tài)下應力分析的解析法及圖解法，廣義胡克定律；強度理論的概念，破壞形式的分析，脆性斷裂和塑性屈服，最大拉應力理論，最大拉應變理論最大切應力理論，形狀變化能密度理論。理解三向應力狀態(tài)介紹，體積應變，三向應力狀態(tài)下應變能、體積變化能、形狀變化能的概念。【本章重點】1.二向應力狀態(tài)分析——解析法2.莫爾圓的繪制及其應用.3.廣義胡克定律4.四種慣用強度理論【本章難點】莫爾圓的繪制及其應用.【教學辦法】本章內容偏難,但是如何將復雜而較難的問題轉化為簡樸的而又通俗的道理講給學生聽？如何將抽象思維與形象思維結合起來？因此在授課過程中,應用實物與掛圖相結合,把復雜和深奧的理論簡樸化,學生比較容易掌握。【思考題】1.何謂一點處的應力狀態(tài)？2.何謂主應力.主平面？3.受力構件內任何一點處都有三個主平面和三個主應力嗎？4.如何推導任意斜截面上的應力的計算公式？5.如何計算主應力的大小和主平面位置？6.莫爾圓如何繪制及其應用？7.一種單元體如何與莫爾圓相對應？8.廣義胡克定律的推導的根據(jù)是什么？9.如何應用廣義胡克定律？第八章組合變形及連接部件的計算掌握剪切及擠壓的概念和實用計算計算；掌握組合變形下桿件的強度計算，理解截面核心?！颈菊轮攸c】1.求解拉伸或壓縮與彎曲的組合的原理和辦法2.求解扭轉與彎曲的組合的原理和辦法【本章難點】求解扭轉與彎曲的組合的原理和辦法【教學辦法】這一章內容是上幾章內容的組合,正如這一章題目所表明的那樣.因此在解說過程中,重復回想基本變形以及疊加原理。在這基礎之上,重復練習強化已知知識,從而學到新的知識和辦法?！舅伎碱}】1.求解組合變形的原理和辦法？2.求解拉伸或壓縮與彎曲的組合的原理和辦法？3.求解扭轉與彎曲的組合的原理和辦法？第九章壓桿穩(wěn)定掌握壓桿穩(wěn)定的概念，細長壓桿臨界荷載的歐拉公式，臨界應力、經(jīng)驗公式、臨界應力總圖，壓桿的穩(wěn)定校核；理解安全因數(shù)法，折減因數(shù)法，提高穩(wěn)定性的方法?！颈菊轮攸c】1.兩端鉸支細長壓桿的臨界壓力2.其它支承條件細長壓桿的臨界壓力【本章難點】用安全系數(shù)法進行壓桿穩(wěn)定性的校核【教學辦法】這是獨立成章的內容.研究的辦法與以前的內容有不同之處,即按照變形后的形狀來研究,但都是小變形。這里必須強調平衡的穩(wěn)定與不穩(wěn)定的新概念以及細長壓桿穩(wěn)定的條件.現(xiàn)有過去的舊知識又有新的內容與辦法?！舅伎碱}】1.何謂壓桿穩(wěn)定？2.何謂壓桿喪失穩(wěn)定？3.何謂壓桿的臨界壓力？4.歐拉公式的合用范疇5.如何進行壓桿穩(wěn)定性的校核？附錄Ⅰ截面的幾何性質掌握靜矩與形心，組合截面的一次矩與形心，截面二次矩，平行移軸公式；理解轉軸公式?！颈菊轮攸c】1.平行移軸公式2.轉軸公式3.主慣性軸與形心主慣性軸的概念4.主慣性矩與形心主慣性矩的計算【教學辦法】本章內容與數(shù)學知識連在一起,與力學知識無關,只涉及高數(shù),因此只分析研究數(shù)學的簡樸知識?！舅伎碱}】1.何謂靜矩.慣性矩及慣性積？2.平行移軸和轉軸公式是如何推導？3.如何擬定主慣性軸的位置？4.如何擬定形心主慣性軸的位置？5.如何計算主慣性矩與形心主慣性矩？四、各教學環(huán)節(jié)學時分派章次授課實驗1.緒論及基本概念22.軸向拉伸和壓縮823.扭轉624.彎曲應力825.梁彎曲時的位移66.簡樸的超靜定問題67.應力狀態(tài)和強度理論88.組合變形及連接部分的計算89.壓桿穩(wěn)定610.截面的幾何性質2五、實驗實驗指導部分見附錄。六、作業(yè)為了協(xié)助學生掌握課程的基本內容，培養(yǎng)分析、解決問題的能力，結合所講授的內容在教材的課后習題中選用適量且難易適中的習題作為學生的書面作業(yè)，最少對半數(shù)以上的作業(yè)進行批閱，方便發(fā)現(xiàn)教學中存在的問題，對存在的比較典型的問題，在習題課上予以解說。七、教材和教學參考書教材[1]孫訓方編，《材料力學》（第五版），北京:高等教育出版