《材料力学》教案

1《材料力学》课程授课教案课程编号：B03086课程中文名称：材料力学/MaterialMechanics课程总学时/学分：76/4（其中理论60学时，实验16学时）适用专业：过程控制专业、材料成型专业一、课程地位本课程是机械及土木类专业的主要技术基础课，其目的是掌握最基本的杆、杆系、刚架结构的计算原理和方法，了解各类结构的内力分布特征，为机械和土木类工程后续课程如结构力学、弹性力学、机械制造及设计类课程、混凝土结构设计、钢结构等打好力学基础，并培养结构分析与计算方面的能力，该课程须先修完高等数学、工程数学、大学物理、理论力学课程后学习。二、教材及主要参考资料教材：刘鸿文主编《.材料力学》(I、II).第四版高等教育出版社2004年1月主要参考资料：1.孙训方等编《.材料力学》(I、II).第四版高等教育出版社2、胡增强编《材料力学学习指导》高等教育出版社3、顾志荣、吴永生编《材料力学学习方法及解题指导》同济大学出版社4、苟文选主编《材料力学导学、导教、导考(上、下册)》西北工业大学出版社四、课时分配序号授课内容提要学时1绪论22拉伸、压缩与剪切43扭转44弯曲内力65弯曲应力66弯曲变形47应力和应变分析强度理论68组合变形49压杆稳定6210动载荷211交变应力412平面图形的几何性质613能量法414总复习2五、考核方式与成绩核定办法1.考核方式：期末笔试+平时考核2.成绩核定办法：笔试占70%，平时占30%六、授课方案第一章绪论1.教学要求了解材料力学的任务，了解杆件变形基本形式。掌握可变形固体的性质及其基本假设，熟练掌握应力、应变概念，2.教学重点与难点重点：变形固体的性质及其基本假设、切应变。难点：切应变概念。3.教学策略多媒体加板书讲授、课堂提问、练习，注意受力分析多采用板书讲授为好4.参考书目：1、胡增强编《材料力学学习指导》高等教育出版社2、顾志荣、吴永生编《材料力学学习方法及解题指导》同济大学出版社3、苟文选主编《材料力学导学、导教、导考(上、下册)》西北工业大学出版社5.教学内容：1．1材料力学的任务为保证工程结构或机械的正常工作，构件应有足够的能力负担起应当承受的载荷。因此，它应当满足以下要求（1）：强度要求（2）：刚度要求（3）：稳定性要求1．2变形固体的基本假设（1）连续性假设、（2）均匀性假设、（3）各向同性假设1．3外力及其分类1．4内力、截面法和应力的概念1．5变形与应变1．6杆件变形的基本形式（1）拉伸或压缩、（2）剪切、（3）扭转、（4）弯曲3第二章拉伸、压缩与剪切1.教学要求了解轴向拉(压)的基本概念及应变能的计算，掌握轴力图的作法及横截面、截面的应力，能熟练利用虎克定律计算杆件的变形，掌握材料拉伸和压缩的力学性能，掌握简单的拉（压）超静定问题的分析。2.教学重点与难点重点：横截面、斜截面的应力、杆件的变形计算。难点：拉（压）超静定问题的分析：3.教学策略板书讲授、课堂提问、练习。4.参考书目：1、胡增强编《材料力学学习指导》高等教育出版社2、顾志荣、吴永生编《材料力学学习方法及解题指导》同济大学出版社3、苟文选主编《材料力学导学、导教、导考(上、下册)》西北工业大学出版社5.教学内容：§2．1轴向拉伸与压缩的概念和实例§2．2轴向拉伸或压缩时横截面上的内力和应力§2．3直杆轴向拉伸或压缩时斜截面上的应力1．横截面上的正应力2．斜截面上的应力§2．4材料拉伸时的力学性能材料在外力作用下表现出变形及破坏的特性。材料的宏观力学性能主要依靠实验方法测定。如材料的比例极限p，弹性极限e，屈服极限s，延伸率，断面收缩率ψ，弹性模量E，横向变形因数（泊松比）μ等。常温、静载下拉伸试验是确立材料力学性能的最基本试验。试验设备：万能材料试验机。标准试件：圆截面l=5d或l=10d以低碳钢（含碳量低于0.3%的碳素钢）为例介绍拉伸试验。一、低碳钢（Q235）拉伸时的力学性能清除尺寸影响作σ~ε曲线，根据曲线特征大致分为四个阶段研究材料力学性能。1．弹性阶段（Ob）2．屈服阶段（bc）3．强化阶段（ce）4．局部变形阶段（颈缩）（ef）5．延伸率和断面收缩率6．卸载定律及冷作硬化二、其他塑性材料拉伸时的力学性能其他塑性材料：中碳钢、高碳钢、合金钢、铝合金、青铜、黄铜。§2.5材料压缩时的力学性能§2.7失效、安全因数和强度计算4一．失效：工程中将构件不能正常工作称为失效。二．破坏准则：就强度而言三．安全因数：四．强度条件§2.8轴向拉伸或压缩时的变形§2.9轴向拉伸或压缩的应变能1．变形能（应变能）固体受外功作用而变形，在变形过程中，外力所作的功转变为储存于固体内的能量，固体在外力作用下，因变形而储存能量称为变形能或应变能。变形能有弹性变形能与塑性变形能。当外力逐渐减小，变形逐渐减小，固体会释放出部分能量而作功，这部分能量为弹性变形能。2．轴向拉（压）时的应变能3．应变能密度（比能）§2.10拉伸、压缩超静定问题一．超静定问题利用静力平衡方程，不能确定全部未知力的问题，称为超静定问题。未知力的数与独立平衡数目之差数称为超静定次数。二．超静定问题解法（1）建立足够的补充方程（a）静力学方面——平衡方程（b）几何学方面——变形协调条件（c）物理学方面——物理条件（b）（c）补充方程。（2）变形协调条件（3）物理条件§2.11温度应力和装配应力一．温度应力5二．装配应力2．12应力集中的概念§2.13剪切和挤压的实用计算1．剪切的实用计算（1）连接件：铆钉、销钉、螺栓、键等都是受剪构件。（2）切应力（3）强度条件2．挤压的实用计算（1）挤压：在外力作用下，在连接件和被连接件之间，必须在接触面上相互压紧，这种现象称为挤压。（2）挤压应力（3）挤压面面积：（4）强度条件：第三章扭转1.教学要求了解薄壁圆筒扭转时的应力分析过程，了解等直圆杆扭转时的应变能及扭转超静定问题，掌握扭矩图的作法，掌握等直圆杆扭转时的强度和刚度条件。2.教学重点与难点重点：等直圆杆扭转时的强度和刚度条件。难点：超静定问题的分析：3.教学策略板书讲授、课堂提问、练习。4.参考书目：1、胡增强编《材料力学学习指导》高等教育出版社2、顾志荣、吴永生编《材料力学学习方法及解题指导》同济大学出版社3、苟文选主编《材料力学导学、导教、导考(上、下册)》西北工业大学出版社5.教学内容：§3．1扭转的概念与实例§3.2外力偶矩的计算，扭矩和扭矩图2．扭矩和扭矩图（1）截面法、平衡方程6（2）扭矩符号规定：为无论用部分I或部分II求出的同一截面上的扭矩不但数值相同且符号相同、扭矩用右手螺旋定则确定正负号。（3）扭矩图§3.3纯剪切1．薄壁圆筒扭转时的切应力2．切应力互等定理3．切应变剪切胡克定律4．三个弹性常数之间的关系5．剪切应变能§3．4圆轴扭转时的应力§3．5圆轴扭转时的变形§3．6圆柱形密圈螺旋弹簧的应力和变形§3．7非圆截面杆扭转的概念第四章弯曲内力1.教学要求了解梁的计算简图及剪力和弯矩的概念，掌握运用内力方程作内力图的方法，了解叠加原理作内力图，掌握弯矩、剪力和分布荷载集度的微分关系，并能熟练运用。2.教学重点与难点重点：内力图，弯矩、剪力和分布荷载集度三者的微分关系。难点：作内力图。3.教学策略板书讲授、课堂提问、练习，作内力图应详细分步讲授分析过程。4.参考书目：1、胡增强编《材料力学学习指导》高等教育出版社2、顾志荣、吴永生编《材料力学学习方法及解题指导》同济大学出版社3、苟文选主编《材料力学导学、导教、导考(上、下册)》西北工业大学出版社5.教学内容：4．1弯曲的概念与实例4．2受弯杆件的简化4．3剪力和弯矩一般说，在梁的截面上都有剪力FS和弯矩M，在数值上，剪力FS等于截面以左所有外力在梁轴线的垂线（y轴）上投影的代数和；弯矩M等于截面以左所有外力对截面形心7取力矩的代数和，4．4剪力方程和弯矩方程剪力图和弯矩图一般情况下，梁横截面上的剪力和弯矩随截面位置不同而变化，剪力和弯矩为截面位置坐标x的函数。上面函数表达式称为剪力方程和弯矩方程，根据剪力方程和弯矩方程，可以描出剪力和弯矩随截面位置变化规律的图线称为剪力图和弯矩图。4．5载荷集度、剪力和弯矩间的关系4．6静定刚架平面曲杆的弯曲内力1．静定刚架2．平面曲杆（平面曲梁）第五章弯曲应力1.教学要求了解纯弯曲梁横截面的正应力，熟练掌握横力弯曲梁的正应力和切应力强度条件，了解梁的荷载、支座对梁截面的影响。2.教学重点与难点重点：横力弯曲梁的正应力和切应力强度条件。难点：横力弯曲梁的正应力和切应力强度条件应用。3.教学策略板书讲授、课堂提问、练习。4.参考书目：1、胡增强编《材料力学学习指导》高等教育出版社2、顾志荣、吴永生编《材料力学学习方法及解题指导》同济大学出版社3、苟文选主编《材料力学导学、导教、导考(上、下册)》西北工业大学出版社5.教学内容：§5.1纯弯曲§5.2纯弯曲时的正应力§5-3横力弯曲时的正应力1．纯弯曲正应力公式推广应用于横力弯曲2．最大正应力3．强度条件84．强度计算§5.4弯曲切应力§5.6提高弯曲强度的措施弯曲正应力为控制梁的主要因素。由梁的强度条件合理安排梁的受力情况，降低Mmax。采用合理截面形状，提高WZ1．合理安排梁的受力情况，降低Mmax2．梁的合理截面，提高WZ3．等强度梁的设计（1）等截面梁是按最大弯矩设计（2）等强度梁是按变截面设计第六章弯曲变形1.教学要求熟练掌握直接积分法，掌握按叠加法求梁的挠度和转角，掌握简单超静定梁的求解。2.教学重点与难点重点：直接积分法，叠加法。难点：简单超静定梁的分析。3.教学策略板书讲授、课堂提问、练习。4.参考书目：1、胡增强编《材料力学学习指导》高等教育出版社2、顾志荣、吴永生编《材料力学学习方法及解题指导》同济大学出版社3、苟文选主编《材料力学导学、导教、导考(上、下册)》西北工业大学出版社5.教学内容：§6.1工程中的弯曲变形问题§6.2挠曲线的微分方程①挠度：梁的任一截面形心的竖直位移称为挠度。②挠曲线的方程式：w=f(x)③转角：弯曲变形中，梁的横截面对其原来位置转过的角度θ，称为截面转角。根据平面假设，梁的横截面变形前，垂直于轴线，变形后垂直于挠曲线。§6.3用积分法求弯曲变形1.挠曲线的近似微分方程9EIMxw22dd对等直梁而言，EI为常量，于是上式可写成MxwEI22dd积分可得转角方程，再积分可得挠曲线方程CxMxwEIdddDCxxxMEIwdd式中C、D为积分常数，可由边界条件及连续条件确定。2.边界条件：在挠曲线的某些点上，挠度或转角有时是已知的这类条件称为边界条件。3.连续条件：挠曲线是一条光滑连续的曲线，在挠曲线的任一点上有唯一确定的挠度和转角这就是连续条件。4.刚度条件：∣w∣max≥［w］∣θ∣max≥［θ］§6.4用叠加法求弯曲变形①在小变形，线弹性前提下（材料服从胡克定律），挠度与转角均与载荷成线性关系。因此，当梁上有多个载荷作用时，可以分别求出每一载荷单独引起的变形，把所得变形叠加即为这些载荷共同作用时的变形，这就是弯曲变形的叠加法。②为了便于工程计算，把简单基本载荷作用下梁的挠曲线方程，最大挠度，最大转角计算公式编入手册，以便查用。P188表6-1§6.5简单超静定梁采用变形比较法。§6.6提高弯曲刚度的一些措施一、改善结构形式，减少弯矩数值二、选择合理的截面形状10第七章应力和应变分析强度理论1.教学要求熟练掌握平面应力状态下解析法和图解分析单元体应力，掌握主应力的概念，会求主平面的位置，掌握四个强度理论及其相当应力，了解平面应力状态下的应变研究，了解广义虎克定律及复杂应力状态下的应变能密度，了解强度理论的提出的背景及依据，，了解莫尔强度理论，了解各种强度理论的适用范围。2.教学重点与难点重点：解析法和图解法分析单元体应力，主平面、主应力概念。强度理论及其相当应力。难点：解析法和图解法分析单元体应力。3.教学策略板书讲授、课堂提问、练习，形象比喻。4.参考书目：1、胡增强编《材料力学学习指导》高等教育出版社2、顾志荣、吴永