最新材料力学教学大纲 张少实

材料力学教学大纲 1

第一部分 大纲说明 2

一、本课和的性质 3 本课程为农业机械与自动化专业的专业必修课程之一。 4 二、本课程的教学目的 5 通过本课程学习，要求学生正确理解构件的强度、刚度、稳定性等基本概念以及平衡、6 几何、物理三类方程在求解力学问题时的重要作用。能熟练地计算杆件的应力与变形以7 及分析其强度、刚度与稳定性的能力。通过实验课教学，培养学生具有一定的创新性、8 综合性的实验能力。 9

三、本课程的课程内容与体系总体设计 10 总的指导思想是：将教学思想与观念改革、课程内容与体系改革、教学手段与方法改11 革融为一体，统一进行。用面向新世纪力学学科的新思想和新观点，来审视、精选、强12 化、浓缩和重新组织经典内容，更加满足机械原理、零件和力学等后续课程对于力学基13 础知识的需求；适当增加新内容，目的是为当代力学的先进成果和思想开辟窗口和开设14 接口。与传统材料力学相比，课程内容与体系以及理论知识的表述手段上有如下改革： 15

1．将以变形为课程主线的传统体系改为以应力、应变分析为主线；引入取微元体的16 分析方法，从而加强应力、应变分析观点；引入平衡微分方程、应力和位移边界条件、17 几何方程、相容方程等弹性力学基本方程。 18

2．突出力学方程、几何方程、物理方程这三大方程在求解力学问题时的普遍意义和19 本质所在。 20

3．将研究对象从一维杆件扩充到三维弹形体。同时阐述均匀与非均匀、连续与非连21 续、各向同性与各向异性、小变形与大变形、线性与非线性等关于研究对象的基本假设，22 从而恰当引入了弹性力学、塑性力学、复合材料力学等学科的新观点和新思想并为此开23 辟窗口或开设接口。 24

4．将传统的杆件拉、压、剪、扭、弯、组合变形等五个章节内容加以浓缩，突出平25 面假设，并揭示将这一问题作为三维问题的一个特例，再应用“平面假设”，从而得到26 问题解这一方法的本质所在。 27

5．彻底改变了书中插图是线框图形的传统面貌，代之而来的是运用计算机绘制的立体28 感与透明感很强的二维、三维图形与图像，这样更有助于对理论知识做形象直观描述；29 更能紧密联系工程实际。 30 四、课程考核方法与要求 31 本课程考核采用闭卷考试的形式。期末考试成绩占70%，平时成绩占30%（包括期中32 测试、平时作业和课堂提问等）。命题要求覆盖大纲，题型灵活，难易适中。着重考查33 学生对基本概念的掌握和分析问题的能力，以及一定的计算能力。 34

五、本课程的学时分配 35 课程理论学时为64，周学时4，开课学期为第5学期。实验课8学时。 36 大纲中带※号的内容不是必讲的，未计入学时之内。 37 第一章 绪论 2学时 38 第二章 应力状态分析 6学时 39 第三章 应变状态分析 4学时 40 第四章 材料力学性质 应力应变关系 6学时 41 第五章 轴向拉伸与压缩 4学时 42 第六章 扭转 4学时 43 第七章 弯曲 10学时 44 第八章 复杂内力时杆件应力计算 4学时 45 第九章 能量原理 6学时 46 第十章 静不定结构 4学时 47 第十一章 材料失效及强度理论 2学时 48 第十二章 杆件的强度与刚度计算 6学时 49 第十五章 疲劳 2学时 50 第十六章 压杆稳定 4学时 51 六、本课程大纲编写的执笔人 52 执笔人：张秀平 53 审核人：大学物理教研室 54 第二部分 教学内容与教学目标 55 一、教学内容及要点 56 第一章 绪论（2学时） 57 1. 教学目的 58 使学生了解本课程的任务，研究对象及范围；使学生认识到材料力学与工程实际的密59 切关系；通过我国古代材料力学简史，激发学生的民族精神和学习热情。由工程实际问60 题启发讲授：由常见的工程实例（如车床主轴，桥式吊车主梁和钢丝绳吊钩等）启发学61 生讨论提高承载能力问题。 由简单的劈木材问题，启发学生得出各向异性得结论。 62

2. 教学重点 63 变形固体及其基本假设 64 3. 教学难点 65 变形固体及其基本假设 66 4. 课程的主要内容及学时安排 67 1.1 构件的强度、刚度及稳定性 （0.5学时） 68 1.2 变形固体及其基本假设 （0.5学时） 69 连续与非连续，均匀与非均匀，各向同性与各向异性 70 1.3 外力及其分类 （0.5学时） 71 静载荷与动载荷，体积力与表面力，分布力与集中力 72 1.4 变形与位移 （0.5学时） 73 弹性变形与塑性变形，大变形与小变形，变形与位移 74 我国古代材料力学史简介 75 第二章 应力状态分析 （6学时） 76 1. 教学目的 77 通过本章学习，掌握应力状态的概念及其研究方法；会从受力杆件中截取单元体并标78 明单元体上的应力情况；会计算平面应力状态下斜截面上的应力；掌握平面应力状态和79 特殊空间应力状态下的主应力、主方向的计算，并会排列主应力的顺序。 80

2. 教学重点 81 平面应力状态下斜截面上的应力计算，主应力及主方向的计算，最大剪应力的计算。 82 3. 教学难点 83 （1）应力状态的概念，从具体受力杆件中截面单元体并标明单元体上的应力情况。 84 （2）斜截面上的应力计算公式中关于正负符号的约定。 85 （3）应力主平面、主应力的概念，主应力的大小、方向的确定。 86 4. 课程的主要内容及学时安排 87 2.1内力 （1学时） 88 内力的概念，内力的求法，内力的例题解析 89 2.2 应力的概念 正应力与切应力 （0.5学时） 90 2.3 一点的应力状态 切应力互等定律 （0.5学时） 91 单元体，一点的应力状态表示，切应力互等定律，三向、二向、单向、纯剪切应力状92 态。 93

2.4 二向应力状态分析—解析法 （2学时） 94 任意斜截面的应力，主应力、主方向，主切应力、主剪切面，二向应力状态分析解析95 法的例题解析 96

2.5 二向应力状态分析—图解法 （2学时） 97 应力圆，应力圆与单元体对应关系讨论，二向应力状态分析图解法典型例题的分析讨98 论。 99 2.6 三向应力状态分析（简介）※ 100 求一个主应力方向已知的三向应力状态的主应力例题。三向应力状态的应力圆与主切101 应力 102

第三章 应变状态分析（4学时） 103 1. 教学目的 104 与应力类比来说明应变的概念。推导演绎应变与位移的关系式。使学生真正理解应变105 的概念，应变与位移的区别，能解决工程实际问题。 106

2. 教学重点 107 平面应变分析的解析法。 108 3. 教学难点 109 平面应变分析的解析法。 110 4. 课程的主要内容及学时安排 111 3.1应变的概念 （0.5学时） 112 应变的概念，线应变与切应变 113 3.2位移与应变的关系 几何方程（1学时） 114 3.3应变协调条件 相容方程 （0.5学时） 115 3.4平面应变分析的解析法 （2学时） 116 任意斜截面的应变，主应变主应变方向。应变测量及工程应用。 117 第四章 材料的力学性能 应力应变关系（6学时） 118 1. 教学目的 119 通过不同材料（如钢和木材）在相同应力作用下，破坏先后不同，启发学生得出构件120 得强度与材料性能有关的结论。学生由各向异性材料自己简化推出各向同性材料的胡克121 定律。掌握具有胡克定律，弹性模量与泊松比的概念；理解低碳钢和铸铁，作为两种典122 型的材料，在拉伸和压缩试验时的性质。了解塑性材料和脆性材料的区别。 123 2. 教学重点 124 胡克定律 125 3. 教学难点 126 基本无难点 127 4. 课程的主要内容及学时安排 128 4.1材料的力学性能与基本实验 （0. 5学时） 129 4.2 轴向拉伸与压缩试验 （1.5学时） 130 低碳钢拉伸、压缩试验(比例、弹性、屈服、强度极限，延伸率，断面收缩率，冷作131 硬化)， 铸铁拉伸、压缩试验。 132

4.3常见工程材料的应力-应变曲线介绍讨论 （0.5学时） 133 4.4 应力松弛与蠕变 （0.5学时） 134 4.5各向同性材料的广义胡克定律 （1学时） 135 单应力状态下虎克定律、泊松比 ，广义胡克定律，典型例题分析讨论及工程应用 136 4.6体积应变与形状应变、应变能 （1.75学时） 137 4.7 各向同性材料弹性常数间的关系 （0.25学时） 138 4.8 各向异性材料应力—应变关系※ 139 第五章 轴向拉压（4学时） 140 1. 教学目的 141 （1）掌握轴向拉伸与压缩基本概念；（2）熟练掌握用截面法求轴向内力及内力图的142 绘制；（3） 熟练掌握横截面上的应力计算方法，掌握斜截面上的应力计算方法；（4）143 能熟练地计算轴向拉压情况下杆的变形；（5）了解静不定问题的定义，判断方法，掌握144 求解静不定问题的三类方程（条件）：平衡方程，变形协调条件和胡克定律，会求解简145 单的拉压静不定问题；（6）了解温度应力和装配应力。 146 2. 教学重点 147 (1) 轴向拉伸与压缩的概念和工程实例；(2) 用截面法计算轴向力，轴向力图；(3) 横148 截面和斜截面上的应力；(4) 轴向拉伸和压缩是的变形；(5) 许用应力、安全系数和强149 度条件，刚度条件；(6) 材料在拉伸和压缩时的力学性能；(7) 塑性材料和脆性材料性150 质的比较；(8) 拉压静不定问题。 151

3. 教学难点 152 拉压静不定问题中的变形协调条件。通过讲解原理，多举例题，把变形协调条件的形153 式进行归类来解决。讲解静定与静不定问题的判断方法。 154

4. 课程的主要内容及学时安排 155 5.1 轴向拉压杆的内力 （0.75学时） 156 （1）内力的含义（2）材料力学研究的内力——附加内力 157 5.2 轴向拉压杆的应力 （0.75学时） 158 变形观察及平面假设、应力公式。 159 5.3圣维南原理、应力集中 （0.5学时） 160 圣维南原理、应力集中。 161 5.4 轴抽拉压的杆的变形 变形能 （1学时） 162 轴向拉、压变形与变形能的计算，例题 163 5.5 轴向拉压静不定问题 （1学时） 164 轴向拉压静不定问题的一般解法；温度应力、装配应力，工程应用。 165 5.6 构件受惯性力作用时的应力计算※ 166 第六章 扭 转（4学时） 167 1. 教学目的 168