工程力学教学大纲及说明

“工程力学”教学大纲及说明中央广播电视大学土木专业“工程力学”教学大纲引论：工程中的力学问题。本课程的任务、研究对象。研究方法．第一篇静力分析（一）基本概念和方法力的概念：力的运动效应与变形效应。刚体与变形体。加减平衡力系原理，力的可传性及限制。平衡的概念：二力构件与二力平衡条件，三力平衡条件。约束的概念与约束力分析：几种典型约束及相应的约束力。静力分析的基本方法：隔离体与受力图。（二）平面基本力系平面汇交力系的简化与平衡条件。力矩、合力矩定理。力偶、力偶的性质，平面力偶系由简化与平衡。（三）平面一般力系力向一点平移，平面一般力系的简化，主矢和主矩，平面一般力系的平衡条件。固定端约束与相应的约束力。刚体系统的平衡问题：静定性质的判断，研究对象的选择，刚体系统受力分析的特点。考虑摩擦时的平衡问题。（四）空间力系为对轴之矩，空间力系向一点简化为一力和一力偶，空间力系的平衡方程。重心与形心。第二篇强度刚度稳定性分析工程构件。杆件的基本受力与变形形式。失效形式：强度、刚度、稳定问题。变形体的基本假设。（五）杆的轴向拉伸与压缩工程实例。内力与截面法，轴力、轴力图。正应变和正应力，拉（压）杆横截面上的应力分布及其计算公式。强度条件。安全系数，工作应力，许用应力，危险应力。三类强度问题。拉（压）杆的弹性变形：纵向变形、横向变形。胡克定律，弹性模量，泊松比。拉（压）好的刚度。材料拉伸时的力学性能：两种典型材料拉伸时的应力——应变曲线与应力特征值，强度指标与塑性指标；材料压缩时力学性能简介。拉（压）破坏形式比较。拉（压）静不定问题：多余约束的概念，求解静不定问题的基本方法。（六）轴的扭转工程实例。外力偶矩，扭矩与扭矩图。圆轴扭转时的变形特点．剪应变和剪应力，剪应力互等定理，剪切胡克定律，剪切弹性模量。横截面剪应力公式推导。极惯性知，抗扭截面系数。相对扭转角表达式。抗扭刚度。圆轴扭转时的强度与刚度条件，许用剪应力，许用相对扭转角。两种典型材料的扭转试验结果。强度指标与破坏形式。*非圆截面杆和开口薄壁截面杆的扭转形象概念。（七）梁的弯曲强度工程实例。平面弯曲。梁的内力：剪力与弯矩，剪力方程与弯矩方程，*Q、M、q间的微分关系。纯弯梁的应力、变形公式推导，惯性矩，最大正应力，抗弯截面系数，弯曲正应力强度条件。简单组合截面惯性矩的确定——一移轴定理。*弯曲剪应力简介。斜弯曲、弯曲与拉伸（压缩）组合。提高梁强度的主要措施。*薄壁截面梁弯曲中心的形象概念。（八）弯曲刚度梁的位移及其度量：挠度、转角及其相互关系。工程弯曲构件对刚度的要求。挠曲线微分方程。确定挠度曲线的积分法、叠加法。刚度条件，提高刚度的措施。求解简单静不定梁。（九）应力状态强度准则及其应用问题的提出。一点应力状态概念。平面应力状态中斜截面上的应力分析，应力圆。主应力，主平面与最大剪应力。广义胡克定律。建立复杂应力状态下强度设计准则的基本思想与方法。最大拉应力准则。最大剪应力准则与形状改变比能准则。弯扭组合杆件的强度计算。（十）压杆稳定工程实例。压杆稳定的基本概念。平衡稳定、不稳定。临界点，压杆临界载荷，支承的影响。通用欧拉公式，长度系数，临界应力与柔度的概念：三类不同压杯及其临界应力表达式，临界应力总图。压杆稳定安全校核；安全准则，安全系数法。（十一）构件的疲劳强度工程实例。疲劳破坏特点与破坏原因简述。交变应力的概念。材料的疲劳极限：应力——寿命曲线。影响构件疲劳极限的因素。有效应力集中系数，尺寸系数，表面质量系数。构件的疲劳极限。对称循环时的疲劳强度计算公式。提高疲劳强度的措施。第三篇运动与动力分析（十二）点的运动分析参照系统。描述点的运动的基本方法：直角坐标法和自然法，点的速度和加速度。（十三）刚度的基本运动平行移动，定轴转动，转动构件上各点的速度和加速度。（十四）点的合成运动点的合成运动的概念，绝对运动、相对运动，牵连运动的速度和加速度，速度合成定理。*加速度合成定理。*哥氏加速度的概念。（十五）构件平面运动定义。平面运动分解为平动与转动，求解刚体上任意点的速度的三种方法。*加速度的确定。（十六）动力学普遍定理及其应用质点系的动量和动量定理；质点系的动量矩和动量矩定理。刚体定轴转动微分方程，转动惯量；质点系的动能和动能不理。势能、机械能守恒定律及应用冲击载荷的计算。动荷系数。（十七）动静法及其应用惯性力，惯性力系的简化。动静法。旋转构件的受力分析与应力计算。*转子动平衡的形象概念。注：1．有*号的内容作为扩大知识面，不作统一要求。2．某些非机械专业不要求“运动和动力分析”内容，可以选用大纲中的前两篇。教学大纲说明本大纲是根据国家教委（84）教高二字010号文件和中央广播电视大学关于培养高等教育大专层次的应用型人才的目标以及机电专业教学计划的要求而制定的。在制定过程中参考了中央电大现行的《理论力学》、《材料力学》等f有关课程的教学大纲和普通高等院校《工程力学》课程的教学基本要求，同时广泛地征求了各地电大的意见。一、课程的地位和任务《工程力学》课程是为机电专业和其它有关非机械专业开设的一门技术某础课。它以高等数学、普通物理学为基础，为有关后继课、专业课打基础。其任务是：为简单结构的静力分析，构件的强度，刚度和稳定问题提供最基本的力学理论和计算方法。适当介绍运动和动力分析的基本知识。二、课程的基本要求通过本课程的教学，应使学生对本课程的基本内容有较系统的理解，并能掌握基本概念、基本理论和基本方法。具体应达到下列要求：1．能从简单机构或结构中选取隔离体，画出受力图。2．能对构件进行静力分析，并能正确确定约束力。3．能正确应用截面法确定内力，并绘制简单内力图。对应力分析的方法有所了解。4．正确掌握应力、应力状态、变形、位移、应变、强度、刚度、稳定等基本概念，并能正确应用各种基本公式。5．能分析和解决简单受力构件的强度、刚度、稳定问题。6，对弯扭组合的圆轴，能画出其计算简图，并能正确进行强度计算。7．了解常用材料在常温静载下的基本力学性能。8．了解刚体的简单运动规律，并能进行简单运算。9．了解动力学普遍定理，并能应用动能定理和动静法分析简单的动力学问题。10．了解典型工程材料在常温静载下的力学性能，破坏现象以及常用的测试方法。三、各章内容的安排和说明在教学中应考虑学生的实际水平和远距离教学的特点，循序渐进，深入浅出。教学内容讲述的顺序可结合教学实际情况而确定。各篇内容的重点、深度和广度要求，简要说明如下：（一）静力分析重点内容：1．隔离休的选取，受力图的画法，约束力的分析与计算，并在后继章节中反复应用，加以巩固。2．平面一般力系的简化和平衡。本篇以平面力系为主，空间力系只限于传动轴的受力分析与平衡问题。对构件系统的平衡和摩擦力等内容，通过例题加以说明。（二）强度、刚度和稳定分析1．杆的压伸与压缩。重点内容：内力、截面法、应力、应变的概念。强度条件。胡克定律及其适用范围。变形计算。简述拉（压）杆1次静不定问题。2．轴的扭转。重点内容：剪应变和剪应力，剪应力互等定律，剪切胡克定律，沿轴扭转时的应力，变形计算，强度计算和刚度计算。3．梁的弯曲。重点内容：具有纵向对称面梁的平面弯曲问题。关于梁的内力，只要求掌握建立剪力和弯矩方程的方法，并利用方程正确画出剪力图和弯矩图。关于应力计算，以矩形和圆形截面的正应力计算为主。关于变形计算，以积分法为基础，重点是叠加法。积分法的练习限于只出现两个积分常数的情形。静不定梁只限于1次静不定。3．应力状态，强度准则及其应用。重点内容：一点应力状态的概念，平面应力状态的分析，由解析法导出应力圆公式。由应人圆导出主应力、主方向和最大剪应力表达式。圆轴弯扭组合强度计算。4．压杆稳定。重点内容：平衡稳定的概念，临界载荷。柔度的概念，临界应力总图。安全系数法。5．疲劳强度。重点内容：疲劳破坏特点及破坏原因，对称循环下的疲劳极限及其影响因素．（四）运动和动力分析1．运动分析。重点内容：点的运动、速度、加速度的描述（以自然法为主）。点的合成运动，刚体的基本运动。平面运动的速度分析。2．动力分析。重点内容：动能定理和动静法的应用。考虑到质点运动微分方程及其应用在普通物理课程中已经讲授，本课程不再重复。旋转构件的应力计算限于匀速转动。四、其它教学环节的安排1.讨论课。内容：受力图，构件系统的平衡问题，轴的拉伸与压缩，圆轴扭转，梁的弯曲，组合变形，动力学普遍定理的应用。讨论课的目的是加强基本训练，培养应用理论解决实际问题的能力，以弥补电视教学的不足。讨论课的内容可作为辅导课内容之一。2．课外作业。课外作业的习题应包含各种类型，有概念题、讨论题，但以计算题为主。习题量一般不宜过大，难易应适当，并考虑与例题的配合．习题总量控制在100～120题．3．实验课。（1）拉伸实验，（2）扭转实验，（3）弯曲正应力电测实验；（4）压缩、疲劳、振动等实验将在电视教学中进行演示。4．媒体的使用。本课程的计划学时81，电视学时63，实验学时12，习题讨论课6．教材有：（1）文字教材：《工程力学》和《工程力学学习指导》。（2）音像教材：电视录像63学时。其中：引言1学时，静力分析12学时，强度一刚度和稳定分析36学时；运动和动力分析14学时．