学时数：85 学分：4 适用专业： 机械类本科专业
一、课程的性质、目的和任务
材料力学是变形固体力学入门的技术基础课。教学任务是：构筑作为工程技术根基的知识结构；通过揭示杆件强度、刚度、稳定性等知识发生过程，培养学生解决问题的能力；以理论分析为基础，培养学生的实验动手能力；发挥其课程的综合素质教育作用，为学习机械原理、机械零件等后续课程提供必要的基础。
二、课程教学的基本要求
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．能熟练地做出杆件在基本变形下的内力图，进行应力和位移、强度和刚度计算。
3．掌握应力状态理论，掌握组合变形下杆件的强度计算。
4．掌握简单超静定问题的求解方法。
5．了解能量法的基本原理，掌握一种计算位移的能量方法。
6．了解压杆的稳定性概念，会计算轴向受压杆的临界力与临界应力。
7．了解低碳钢和灰口铸铁的基本力学性能及其测试方法。
8．掌握电测实验应力分析的基本原理和方法。
三、课程基本内容
（一）理论教学
1．绪论
材料力学的任务和研究对象，变形固体的基本假设，杆件的基本变形形式
2．轴向拉伸与压缩
（1）计算简图、截面法、轴力、轴力图；横截面上的应力，圣文南原理。
（2）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。
（3）材料拉伸和压缩时的力学性质，安全系数，容许应力，强度条件。
（4）应力集中的概念。
（5）拉、压超静定问题，装配应力，温度应力。
（6）应变能及其应用举例，应变能密度。
3．扭转
（1）功率、转速与外力偶矩之间的关系，扭矩与扭矩图。
（2）薄壁圆筒扭转时的内力、应力、变形和位移；纯剪切、剪应变、剪应力互等定理；剪切胡克定律、剪切弹性模量。
（3）圆柱扭转时横截面上的应力和斜截面上的应力（低碳钢、铸铁和木制圆杆扭转破坏形式）极惯性矩、抗扭截面模量、抗扭刚度；扭转角和单位长度扭转角；强度条件和刚度条件。
（4）扭转应变能，圆柱密圈螺旋弹簧。
（5）简单扭转超静定问题。
（6）非圆截面杆扭转时的变形特点，矩形截面杆的分析结果，自由扭转和约束扭转。
4．弯曲内力
平面弯曲的概念，梁的计算简图；剪力、弯矩的概念，剪力方程和弯矩方程，剪力图和弯矩图；直梁弯矩、剪力与分布荷载集度间的关系及其应用；简单刚架及曲杆的内力图。
分析讨论课建议：着重图的规律，荷载应包括三角形分布荷载及集中外力偶矩。
5．截面的几何性质
静矩、惯性矩、惯性积、惯性半径；简单图形的形心确定，惯性矩和惯性积的计算；平行移轴公式，组合图形惯性矩的计算；主形心轴和形心主惯性矩的概念，转轴公式、简单图形的主形心轴和主形心惯性矩的计算。
6．弯曲应力
（1）直梁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剪应力，工字型及槽形截面等直梁的腹板及翼缘上的剪应力，梁的剪应力的强度条件。
分析讨论课建议：拉、压容许应力不相等，中性轴是非对称轴情况下梁的强度计算；粘合单室箱梁、剪力平行于翼缘的工字梁和槽形截面梁的变形剪应力分析；平面弯曲与弯扭组合变形的判别等。
7．弯曲变形
（1）梁的变形和位移，挠曲线、挠度和转角，梁的挠曲线的近似微分方程，位移边界条件和连续条件；挠曲线的描绘。
（2）用积分法求直梁的挠度和转角。
（3）用叠加法求直梁的挠度和转角；刚度校核。
（4）弯曲应变能及其应用。
（5）用力法解决简单超静定梁，基本系统、相当系统，利用相当系统求梁的内力位移
8．剪切与连接件的实用计算。
9．应力状态分析
（1）应力状态的概述，以应力圆为主进行平面应力状态的分析,主平面（包括求其方位）、主应力，三向应力圆、最大剪应力。
（2）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，三个弹性常数E、G、μ之间的关系，体积应变的概念。
（3）主单元体形式的三向应力状态下的应变能。
10．强度理论
（1）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）。
（2）最大拉应力理论，最大拉应变理论，最大剪应力理论，形状改变能密度理论，相当应力的概念，强度理论的应用。
11．组合变形
（1）斜弯曲的概念，斜弯曲时的正应力强度计算和位移计算。
（2）拉伸（压缩）与弯曲组合时的正应力强度计算（含偏心拉伸与偏心压缩）。
（3）圆截面直杆在扭转与弯曲组合时的强度计算。
（4）截面核心的概念。
12．压杆稳定
（1）小刚度杆的偏心压缩；实际压杆抽象为理想中心压杆，稳定平衡和不稳定平衡的概念。
（2）细长中心压杆的欧拉公式，杆端约束的影响，长度系数、相当长度、柔度，欧拉公式的适用范围（理论的与实验的）。
（3）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）压杆稳定计算中的安全系数法和折减系数法。分析讨论课建议：压杆失稳时可能变形情况及约束反力；考虑实际压杆的杆端约束时，长度系数大于2的情况；按理想中心压杆作稳定性分析时的特点；失稳定面的判别，弹性连结杆系的稳定性等。
13．能量法
卡氏第二定理，余能定理，用卡氏定理解超静定问题；功的互等定理，位移互等定理。
14．动荷载
（1）构件作加速直线运动或匀速转动时的动应力计算。
（2）冲击时应力和变形的计算。
15．交变应力
（1）交变应力的概念，金属疲劳破坏的概述；材料的持久极限；影响构件持久极限的因素；对称循环下构件的疲劳验算。
（2）材料的持久极限曲线及其简化折线，非对称循环下构件的强度校核。
（二）习题
1．轴向拉压习题课。
2．扭转问题习题课。
3．弯曲内力和应力习题课。
4．弯曲变形习题课。
5．应力应变分析和强度理论习题课。
6．组合变形习题课。
7．压杆稳定习题课。
8．能量法习题课。
四、课内实践教学内容及要求
1．低碳钢和铸铁的拉压实验。
⑴了解低碳钢和铸铁在全拉伸过程中拉力和变形的关系，会绘制拉伸图。
⑵掌握低碳钢的屈服极限
，强度极限
，延伸率
和断面收缩率ψ及铸铁的强度极限
的测定方法。
⑶掌握低碳钢压缩时的屈服极限
和铸铁压缩时的强度极限
的测定方法。
⑷会正确使用、操作万能材料实验机。
2．扭转强度实验和冲击实验。
⑴了解低碳钢和铸铁在扭转全过程中，扭矩和变形的相互关系，会绘制T-φ扭转曲线图。
⑵掌握低碳钢的扭转屈服极限
，扭转强度极限
以及铸铁的扭转强度极限
的测定方法。
⑶熟悉扭转实验机及游标卡尺的使用。
3．矩形截面梁纯弯曲的正应力电测实验。
⑴了解电测法测取应变的基本方法。
⑵熟悉电阻应变仪的使用。
4．主应力的电测实验。
⑴了解电测法测定平面应力状态下主应力及主方向方法。
⑵学习电阻应变花的使用，进一步熟悉电阻应变仪的使用。
五、学时分配及教学方式
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序号 |
课程内容 |
理论教学 |
课内实践教学 |
课时 小计 |
备 注 |
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课时数 |
教学方式 |
课时 数 |
教学 方式 |
实验 性质 |
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1 |
绪论及基本概念 |
2 |
课堂教学 |
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2 |
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2 |
轴向拉伸与压缩 |
6 |
课堂教学 |
2 |
实验 |
验证 |
8 |
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|
3 |
扭转 |
4 |
课堂教学 |
2 |
实验 |
验证 |
6 |
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4 |
截面几何性质 |
2 |
课堂教学 |
|
|
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2 |
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5 |
弯曲内力 |
6 |
课堂教学 |
|
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6 |
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6 |
弯曲应力 |
6 |
课堂教学 |
2 |
实验 |
验证 |
8 |
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7 |
弯曲变形 |
4 |
课堂教学 |
|
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4 |
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8 |
剪切与连接件的实用计算 |
2 |
课堂教学 |
|
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|
2 |
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9 |
应力应变分析 |
6 |
课堂教学 |
|
|
|
6 |
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10 |
强度理论及应用 |
4 |
课堂教学 |
|
|
|
4 |
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11 |
组合变形 |
6 |
课堂教学 |
2 |
实验 |
验证 |
8 |
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12 |
压杆稳定 |
6 |
课堂教学 |
|
|
|
6 |
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13 |
能量法 |
6 |
课堂教学 |
|
|
|
6 |
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14 |
动荷载 |
4 |
课堂教学 |
|
|
|
4 |
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|
15 |
交变应力 |
4 |
课堂教学 |
|
|
|
4 |
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16 |
习题课 |
9 |
课堂教学 |
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|
|
9 |
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合计 |
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77 |
|
8 |
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|
85 |
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六、本课程与相关课程的联系
在本课程的学习过程中需要用到高等数学、普通物理学、理论力学等先修课程的学习，同时又为后续课程机械原理、机械零件等奠定良好的基础。
七、建议教材及教学参考书
建议教材：⑴《材料力学》ⅠⅡ单辉祖 主编。高教出版社。
⑵《材料力学》ⅠⅡ刘鸿文 主编。高教出版社。
配套教材：⑴《材料力学学习指导》陈乃力主编。高教出版社。
⑵《材料力学习题详解》刘鸿文主编。华中科技大学出版社。
⑶《材料力学学习指导书》邱棣华 主编。高教出版社。
参考教材：《材料力学》孙训芳 方孝淑 关来泰 编。高教出版社。
八、几点说明
1．教学大纲是进行教学的指导性文件，根据国家教委的要求，结合我校的情况而制定的。大纲所列内容是本课程的基本内容。
2．大纲所列内容只是教学的范围和深度，其先后次序各教师可根据自己的教学经验做适当调整。
3．本大纲按85学时教学基本要求制定。若实际学时数低于此学时数，可对基本内容的深广度作适当调整；但基本内容的要求不能更改。
4．分析讨论课、习题课是为使学生更好地掌握基本理论、基本知识和基本技能，培养学生独立工作能力的教学环节，应予加强，通过它还应进一步引导学生巩固和加深所学的知识，纠正学生在学习过程中发生的错误。
5．帮助学生掌握课程的基本内容，注重培养学生
①建模能力：具有将一般杆类构件简化为计算简图的能力；
②思维能力：正确分析杆件在常见荷载作用下的变形形式；
③计算能力：能正确计算杆件在基本变形和组合变形时的内力、应力、变形及强度、刚度计算；简单压杆的稳定计算；应用能量方法求解刚架、曲杆、桁架等位移的能力；
④自学能力：有阅读材料力学及相关教学参考书的能力；
⑤动手能力：具备一定的实验分析和操作能力。
6．本教学基本要求是根据中国力学指导分委会最新讨论制定的非力学专业材料力学课程教学基本要求草案制定。