《材料力学》教学大纲

学时数： 68 学分： 4 适用专业：土木工程本科

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；发挥其课程特有的综合素质教育作用，为学习结构力学、钢结构、混凝土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

（理论教学）

1．绪论

（1）材料力学的基本任务和研究对象。

（2）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、轴力、轴力图；拉压杆横截面及斜截面上的应力。

（2）拉压杆的变形，胡克定律，变形与位移计算。

（3）拉压杆内的应变能，应变能密度。

（4）材料拉伸和压缩时的力学性能。

（5）强度条件，安全因数，容许应力。

（6）应力集中的概念，圣维南原理。

3．扭转

（1）薄壁圆筒的扭转。

（2）传动轴的外力偶矩，扭矩和扭矩图。

（3）等直圆杆扭转时的应力，扭转强度条件。

（4）等直圆杆扭转时的变形，扭转刚度条件。

（5）等直圆杆扭转时的应变能。

（6）等直非圆截面杆扭转时的应力和变形。

4．截面的几何性质

截面的静矩和形心位置。

极惯性矩、惯性矩和惯性积。

惯性矩和惯性积的平行移轴公式，组合图形惯性矩的计算。

惯性矩和惯性积的转轴公式，截面的主惯性轴和主惯性矩的计算。

5．弯曲应力

对称弯曲的概念，梁的计算简图。

梁的剪力和弯矩、剪力方程和弯矩方程、剪力图和弯矩图。

平面刚架和曲杆的内力图。

梁横截面上的正应力，梁的正应力强度条件。

梁横截面上的切应力，梁的切应力强度条件。

梁的合理设计。

6．弯曲变形

（1）梁的变形和位移——挠度及转角。

（2）梁的挠曲线近似微分方程及其积分——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。

（4）梁的刚度条件，提高梁的刚度的措施。

（5）梁内的弯曲应变能。

7．简单超静定问题

（1）超静定问题及其计算原理。

（2）拉压超静定问题。

（3）扭转超静定问题。

（4）简单超静定梁。

8．应力状态和强度理论

（1）点的应力状态的概述。

（2）平面应力状态的应力分析。解析法和应力圆法

（3）空间应力状态的概念，

（4）应力与应变的关系——广义Hookle定律。

（5）空间应力状态下的应变能密度。

（6）四个强度理论及其相当应力。

（7）莫尔强度理论及其相当应力。

（8）各种强度理论的适用范围及其应用。

9．组合变形及剪切与连接件的实用计算。

（1）组合变形概述

（2）斜弯曲的概念，斜弯曲时的正应力强度计算和位移计算。

（3）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）。

（4）圆截面直杆在扭转与弯曲组合时的强度计算。

（5）连接件的实用计算法。

（6）铆钉连接的计算。

10．压杆稳定

（1）压杆稳定性的概念。

（2）细长中心受压直杆的临界力的欧拉公式。

（3）不同杆端约束下细长中心受压直杆的临界力的欧拉公式，压杆的长度因数。

（4）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；压杆的分类；临界应力总图。

（5）实际压杆的稳定因数。

（6）压杆的稳定性计算—折减系数法和安全系数法；压杆的合理截面。

11．能量法

（1）各种变形杆件的应变能和余能。

（2）卡氏定理：卡氏第一定理；余能定理；卡氏第二定理。

（3）能量法求解超静定系统。

12．动荷载和交变应力

（1）构件作加速直线运动或匀速转动时的动应力计算。

（2）构件受冲击荷载时的动应力计算。

（3）交变应力的概念；交变应力下材料的疲劳破坏；疲劳极限。（选）

（习题课）

1．轴向拉压习题课。

2．扭转问题习题课。

3．弯曲内力及应力习题课。

4．弯曲变形习题课。

5．应力状态分析和强度理论习题课。

6．组合变形及连接件的实用计算习题课。

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

序号	课程内容	理论教学		课内实践教学			课时 小计	备 注
		课时数	教学方式	课时 数	教学 方式	实验 性质
1	绪论及基本概念	2	课堂教学				2
2	轴向拉伸与压缩	6	课堂教学	2	实验	验证	8
3	扭转	4	课堂教学	2	实验	验证	6
4	截面几何性质	2	课堂教学				2
5	弯曲内力及应力	10	课堂教学	2	实验	验证	12
6	弯曲变形	4	课堂教学				4
7	简单超静定问题	2	课堂教学				2
8	应力状态和强度理论	6	课堂教学				6
9	组合变形及剪切与连接件的实用计算	8	课堂教学	2	实验	验证	10
10	压杆稳定	6	课堂教学				6
11	能量法	4	课堂教学				4
12	动荷载	4	课堂教学				4
13	交变应力	选	课堂教学
14	习题课	2	课堂教学				2
合计		60		8			68

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，同时又为后续课程结构力学、弹性力学、钢筋混凝土、钢结构等奠定良好的基础。

七、建议教材及教学参考书

建议教材：《材料力学》孙训芳 方孝淑 关来泰 编。高教出版社。

配套教材：《材料力学学习指导》胡增强 主编。 高教出版社。

参考教材：⑴《材料力学》刘鸿文 主编。高教出版社

⑵《材料力学》单辉祖 主编。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68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。