《材料力学》课程教学大纲

《材料力学》课程教学大纲

学分：4.5 总学时：72 理论学时：62 实验/实践学时：10

一、课程性质与任务

《材料力学》是车辆工程的专业基础课。本课程共72学时，4.5学分，考试课。

《材料力学》是由基础理论课过度到设计课程的技术基础课。它是变形固体力学的基础，又是有关专业后续课程的需要。通过本课程的学习，使学生建立起正确的变形固体力学基本概念，掌握分析工程中强度、刚度、稳定性问题的基本方法，提高工程计算能力和实验分析能力等方面均有重要作用，它与其它课程共同完成培养高级工程技术人员的任务。

二、课程的基本要求

学习本课程后，应达到下列基本要求：

1．掌握构件强度、刚度、稳定性的基本概念，掌握杆件四种基本变形及组合变形的定义，能熟练判定杆件的变形种类。

2．掌握用截面法求杆件内力的基本方法，能熟练地求解任一指定截面的内力，并能绘制杆件的内力图。

3．熟悉等截面杆件横截面上应力的分析方法（基本变形）：实验-假设-变形几何关系、物理、静力平衡；能熟练求解四种基本变形有关的应力计算、分布及危险点判定和强度计算。

4．掌握组合变形构件强度分析方法-叠加法，了解其原理和使用条件，熟练掌握组合变形构件的强度计算问题。

5．掌握各基本定理、定律及假设（剪应力互等定理、剪切虎克定律、广义虎克定律、强度理论等），并能熟练应用。

6．掌握并能熟练求解基本变形构件的变形、位移问题，并能进行相关的刚度计算。

7．掌握一点应力状态的表示方法，能熟练地从受力构件中取原始单元体，并能用解析法、图解法求解相关问题。

8．掌握静不定问题的基本概念，掌握用变性比较法求解一次静不定问题。

9．掌握压杆稳定的基本概念，并能熟练地进行稳定计算。

10．熟悉动载荷问题的分析方法，并能熟练求解相关问题；掌握交变应力的基本概念，会进行疲劳强度计算。

11．掌握与平面图形有关的几何量（静矩、形心、惯性矩等）的基本概念及计算，了解形心轴、主惯性轴等概念。

12．初步掌握静载下材料机械性能的测试方法、电测实验原理及测试方法。

13．对能力培养的基本要求

本课程使学生以下各种能力得到提高：逻辑思维能力、定性分析问题的能力（主次因素的分析等）；工程分析及计算能力（如单位换算、公式推导的方法及思路、有效数字、结果的判断与校核等）；观察、分析和解决问题的方法及实践动手能力。

三、先修课程

高等数学、大学物理、理论力学等。

四、主要参考教材

[1] 孙训方，方孝淑，关来泰编．材料力学（第5版）．北京：高等教育出版社，2009.7

[2] 天津大学材料力学教研室．材料力学．天津大学出版社，2001.6

[3] 材料力学（第5版）．刘鸿文，高等教育出版社，2011.01

五、课程内容

本课程包括四种基本变形、应力状态及强度理论、组合变形、动载荷、交变应力、压杆稳定、电测应力分析等七部分。具体内容如下：

绪论

了解本课程的地位、性质、任务以及学习方法。

（一）拉伸、压缩与剪切

1. 轴力及轴力图，拉、压杆的应力计算、强度计算、变形

主要内容：用截面法求杆件的轴力；通过分析杆件受力附近的应力分布，介绍圣维南原理，提出应力集中的概念；拉压变形、虎克定律、变性能的概念及拉压静不定问题的求解方法。

2. 材料在静载作用下的性质

主要内容：常温静载条件下材料的力学性能，以低碳钢和铸铁为例研究拉伸压缩实验曲线；其它金属材料拉伸时的力学性能

3. 剪切

主要内容：剪切及挤压假定计算，剪切面及挤压面的概念。

（二）扭转

1. 扭矩及扭矩图

主要内容：提出外力偶与功率、转速的关系，熟练应用截面法求内力-扭矩并作扭矩图。

2. 圆截面应力分布及计算、变形、强度及刚度条件、剪切虎克定律

主要内容：圆轴扭转应力公式的推导、强度计算；扭转变形公式，刚度计算、剪切虎克定律。

（三）平面图形几何性质

1. 静矩、形心、惯性矩

主要内容：惯性矩、惯性积的定义及简单计算，静矩与形心坐标关系。

2. 平行移轴公式、叠加法

主要内容：平行移轴公式的建立与使用条件，以及应用；会用叠加法求复杂图形的形心。

（四）弯曲内力

1. 剪力、弯矩

主要内容：常见支座及载荷情况简化方法及结果；用截面法求内力Q、M以及Q、M“+”、“-”的规定。

2. 剪力方程、弯矩方程、剪力图、弯矩图

主要内容：建立Q、M方程的方法，强调分段，利用Q、M方程作Q、M图；载荷集度、剪力、弯矩之间的微分关系；叠加法画复杂载荷梁的M图；作刚架Q、N、M图。

（五）弯曲应力

1. 弯曲正应力、正应力强度条件

主要内容：纯弯曲梁正应力公式的推导、使用条件及推广；掌握强度计算的步骤-危险

截面、危险点。

2. 矩形截面剪应力的计算

主要内容：矩形截面剪应力公式的推导及推广、工字钢截面剪应力，剪应力强度条件；分析影响正应力强度条件的因素，提高强度的各项措施。

（六）弯曲变形

1. 挠度、转角、挠曲线方程、积分法

主要内容：弯曲变形的反映指标，挠度、转角，建立挠曲线方程，忽略剪力影响，指出其应用范围；积分法求变形的步骤及方法，边界条件。

2. 叠加法，静不定梁的解法

主要内容：叠加法求变形的解题思路及应用条件，静不定梁的解法，刚度条件，提高梁刚度的措施，弯曲中心概念，弯曲中心性质。

（七）点的应力状态及强度理论 1. 点的应力状态

主要内容：从轴向拉（压）杆斜截面应力公式出发，提出点应力状态概念及描述一点处应力状态的方法；讲述平面应力状态的解法-解析法，已知原始单元体求任一斜面应力，求主应力及方向，图示主单元体的方法。

2. 图解法，广义虎克定律

主要内容：应力圆的几何作法，明确点面对应关系、夹角关系；空间应力状态、三向应力圆及

m ax 公式；平面应变的一般关系，广义虎克定律公式及应用条件。

3. 强度理论

主要内容：变形比能概念，介绍形状改变比能、体积改变比能及表达式；明确建立强度理论的观点和方法，掌握四种强度理论的观点、应用范围及局限性；正确选用强度理论，用强度理论建立强度条件的步骤。

（八）组合变形 1. 叠加法的具体应用

主要内容：叠加原理在组合变形应力、强度计算中的作用及适用条件。 2. 组合变形构件的应力及强度计算

主要内容：明确概括组合变形问题分析的一般方法，组合变形强度计算的一般方法与步骤：分析变形种类-画出内力图-确定危险截面-判断危险点-（叠加）或取单元体-建立强度条件；对斜弯曲、拉（压）弯、弯扭组合变形进行应力分析和强度计算。

（九）动载荷

1. 能量法求解冲击问题

主要内容：动载荷、动荷系数的概念，用能量法求解受冲击杆件的应力和变形。冲击形式包括自由落体、水平冲击和扭转冲击。冲击韧度，提高抗冲击能力的措施。

（十）交变应力

1. 疲劳破坏的特点，持久极限以及主要影响因素，提高构件疲劳强度的措施 主要内容：从工程实际中介绍交变应力概念以及交变应力情况分类；交变应力下疲劳破坏现象及特点；交变应力的反映指标和几种特殊循环下的参数；材料持久极限的概念，对称

循环确定材料持久极限的方法及对于试件的要求；影响持久极限的因素，对称循环、非对称循环下构件的疲劳强度计算；工程上提高构件疲劳强度的措施。

（十一）压杆稳定

1. 压杆的分类、临界力的计算

主要内容：弹性稳定的概念，提出细长压杆的失效现象。建立弹性平衡的稳定性、临界状态和临界力等基本概念。两端铰支细长压杆欧拉公式的推导，分析杆件不同约束对临界力的影响。从临界力引出压杆柔度，介绍压杆分类、欧拉公式的适用条件及不同压杆临界力计算和临界应力总图。

2. 压杆的稳定设计

主要内容：压杆的稳定校核，由稳定条件进行稳定校核、截面选择或确定最大载荷。提高压杆稳定性的途径。

（十二）电测应力分析

1. 电阻应变计法的原理及应用

主要内容：介绍用应变片把应变转换成电阻变化的基本原理及必要性。介绍电阻应变仪的工作原理。

六、习题

根据教学需要，布置一定量的习题，学生必须独立、按时完成。作业完成情况作为评定课程成绩的一部分。

七、实践教学环节

八、课程学时分配（建议）

九、执行大纲中的说明

1．本大纲是依据国家教育部“高等学校材料力学课程教学基本要求”汇编。

2．本大纲只是简单说明课程的主要内容及教学要求，各任课教师应积极进行课程内容体系及教学方法的研究和探索。

3．积极倡导在教学中采用多媒体现代化教学手段，以提高课时效率和增强教学效果。

4．课程内容中的了解部分是拓宽学生的知识面，加深对该学科的了解。除此之外其余的内容是学生必须掌握的基本知识，即是该课程的重点。

5．习题课及分析讨论课可以采取灵活多样的方式，以利于提高学生的创造性思维能力。应保证和加强实验教学，并有相应的考核制度。

6．成绩考核评定办法：期末考试（闭卷）占70%，作业平时成绩占20％，实验成绩占10%。