与传统《材料力学》课程相比,《材料力学研究》课程进行了全方位的教学改革。
1.教学改革的主要思路—注重基础,挖掘深度,适度扩展,面向未来
2.课程教学内容改革
课程体系:
从内力到应力、应力状态、强度理论与强度设计;
从变形到位移与刚度设计;
从简单的静不定问题到静不定系统;
从应变能能量守恒到广义的能量原理。
教学内容:
淡化截面法,强化力系简化;
强化载荷集度、剪力、弯矩之间的微分方程,改革内力图的画法;
应力分析中直接从平面保持平面出发,最后采用对称性分析和轴对称分析分别论证弯曲和圆轴扭转时平面保持平面;
引入非纯弯的概念,重点是纯弯正应力分析,根据纯弯和轴向载荷作用时产生的应力平面分布,应用解析几何的结果——平面加平面仍然为平面,直接给出非纯弯时的应力平面的一般公式,最后导出适用于所有含弯曲问题的正应力通用公式;
引入变分的概念,通过保持力不变、变分位移,建立虚位移原理,导出相关的能量原理;通过保持位移不变、变分力,建立虚力原理,导出其他相关的能量原理;形成能量原理比较完整的知识体系。
3.教学方法改革—以“问题”为导向,激活教学过程以及学生的学习过程
课堂教学:坚持启发、引导与互动,提高课堂教学效率。
随堂测试:结合教学内容设计随堂测试问题,同时为研讨课做好准备。
研讨课:以随堂测试中的问题为基础,激发学生自己动脑、动手,养成发现问题、分析问题、解决问题的能力。
通过《材料力学研究》课程的学习,使学生对杆件的强度、刚度和稳定性问题具有明确的基本概念、必要的基础理论知识、比较熟练的计算能力、一定的分析和解决材料力学问题的能力。根据处理工程问题的要求,加强内力分析、应力分析、应力状态分析、失效分析与静力学设计这样的常规工程设计思路。加深对实际工程问题的力学本质的认识,提升学生的力学素养和创新能力,初步养成独立科研能力。本课程在拔尖研究人才的培养过程中,具有建立专业技术基础,培养开发创新能力的作用。
课程成绩的构成如下:
1.单元测验与作业,成绩占课程总成绩的4%;
2.期中测试,成绩占课程总成绩的20%;
3.期末测试,成绩占课程总成绩的40%;
本课程共二十三讲,其中教师授课十八讲,学生研讨五讲,课时共计64课时,分配如下:
第1讲 材料力学导论 3课时
1.1 什么是材料力学?
1.2 为什么要学习材料力学?
1.3 怎样学好材料力学?
1.4 结论与讨论
第2讲 内力分析与内力图 3课时
2.1 内力分析初步
2.2 力系简化法求内力分量
2.3 轴力图与扭矩图
2.4 列方程画剪力图与弯矩图
2.5 根据微分关系画剪力图与弯矩图
2.6 刚架的内力图
2.7 结论与讨论
第3讲 轴向载荷作用下杆件的材料力学问题 4课时
3.1 拉压杆的应力分析与计算
3.2 拉压杆的变形分析与计算
3.3 拉压杆的位移分析与计算
3.4 轴向载荷作用下材料的力学性能
3.5 拉压杆的强度设计
3.6 简单的拉压静不定问题
3.7 结论与讨论
第4讲 研讨课-内力分析 2课时
第5讲 正应力分析与强度设计(1)
—与应力分析有关的截面图形的几何性质 2课时
5.1 为什么要研究截面图形的几何性质
5.2 静矩、形心及其相互关系
5.3 惯性矩、惯性积及惯性半径
5.4 平行称轴定理与转轴定理
5.5 组合图形的形心主轴与形心主矩
5.6 结论与讨论
第6讲 正应力分析与强度设计(2)
—一般情形下的弯曲正应力分析 3课时
6.1 基本概念
6.2 应力分析的一般过程
6.3 一般情形下杆件横截面上的正应力分析
6.4 正应力通用公式应用中的关键和细节
6.5正应力通用公式应用之一——平面弯曲
6.6正应力通用公式应用之二——斜弯曲
6.7正应力通用公式应用之三——轴力与弯矩共同作用的情形
6.8 结论与讨论
第7讲 正应力分析与强度设计(3)
—基于最大正应力的弯曲强度设计 2课时
7.1 基于最大正应力的弯曲强度设计准则与设计过程
7.2非平面弯曲强度设计案例(1)——斜弯曲强度设计
7.3非平面弯曲强度设计案例(2)——轴力与弯矩共同作用时的强度设计
7.4 结论与讨论
第8讲 研讨课-正应力 2课时
第9讲 弹性杆件横截面上的剪应力分析(1)
—弯曲剪应力 3课时
9.1 基本概念
9.2 力学模型与分析方法
9.3 开口薄壁杆件弯曲时横截面上的剪应力流
9.4 薄壁截面杆件的弯曲中心
9.5 实心截面杆件的弯曲剪应力公式
9.6 结论与讨论
第10讲 弹性杆件横截面上的剪应力分析(2)
—圆轴扭转剪应力 2课时
10.1 剪应力分析
10.2 强度设计
10.3 刚度设计
10.4 扭转静不定问题
10.5 闭口薄壁杆件的自由扭转
10.6 结论与讨论
第11讲 弹性杆件横截面上的剪应力分析(3)
—连接件的剪切与挤压计算 1课时
11.1 连接件的强度失效形式与工程案例
11.2 连接件的剪切破坏及剪切假定计算
11.3 连接件的挤压破坏及挤压强度计算
11.4 连接板的拉伸强度与剪切计算
11.5 结论与讨论
第12讲 研讨课-剪应力 2课时
第13讲 应力状态与应变状态分析 4课时
13.1 怎样表示一点的应力状态
13.2 平面应力状态分析
13.3 分析应力状态的应力圆方法
13.4 三向应力状态的特例分析
13.5 承受内压薄壁容器的应力分析
13.6 复杂应力状态下的应力-应变关系
13.7 应变能与应变能密度
13.8 结论与讨论
第14讲 一般应力状态下的强度设计准则及其工程应用 6课时
14.1 强度设计的新问题
14.2 失效概念与失效判据
14.3 关于脆性断裂的设计准则
14.4 关于屈服的设计准则
14.5 工程应用之一——一般情形下弯曲构件的强度设计
14.6 工程应用之二——轴的静载强度设计
14.7 工程应用之三—— 圆柱形薄壁容器强度设计简述
14.8 结论与讨论
第15讲 梁的位移分析与刚度设计 3课时
15.1 基本概念
15.2 小挠度微分方程及其积分
15.3 工程中的叠加法
15.4 梁的刚度设计
15.5 弯曲静不定问题
15.6 结论与讨论
第16讲 研讨课-应力状态分析与梁的位移 2课时
第17讲 压杆(柱)的稳定性分析与稳定性设计 3课时
17.1 基本概念
17.2 细长压杆临界点的平衡稳定性及其实验验证
17.3 两端铰支压杆的临界载荷 欧拉公式
17.4 不同刚性支承对压杆临界载荷的影响
17.5 临界应力与临界应力总图
17.6 压杆稳定性设计
17.7 结论与讨论
第18讲 弹性杆件的能量原理(Ⅰ)-虚位移原理 4课时
18.1 功和能的基本概念
18.2 应用于弹性杆件的虚位移原理
18.3 虚位移原理直接应用案例
18.4 由虚位移原理导出卡氏第一定理
18.5 势能驻值定理与最小势能原理
18.6 虚位移原理导出互等定理
18.7 结论与讨论
第19讲 弹性杆件的能量原理(Ⅱ)-虚力原理 3课时
19.1 虚力与虚力原理
19.2 虚力原理的直接应用
19.3 由虚力原理导出恩格赛第一定理
19.4 卡氏第二定理
19.5 由虚力原理导出单位虚力法
19.6 单位虚力法应用于线性问题——莫尔法
19.7 计算直杆莫尔积分的图乘法
19.8 结论与讨论
第20讲 简单的静不定系统 4课时
20.1 基本概念与方法
20.2 力法与正则方程
20.3 能量原理在求解静不定问题中的应用
20.4 对称性与反对称性在求解静不定问题中的应用
20.5 空间静不定结构的特殊情形
20.6 虚位移原理在求解静不定问题的一例——单位位移法
20.7 结论与讨论
第21讲 研讨课-能量法与静不定系统 2课时
第22讲 动载荷与动应力概述 2课时
22.1 等加速度直线运动时构件上的惯性力与动应力
22.2 旋转构件的受力分析与动应力计算
22.3 构件上的冲击载荷与冲击应力计算
22.4 结论与讨论
第23讲 疲劳强度与构件寿命估算概述 2课时
23.1 疲劳强度概述
23.2 疲劳极限与应力-寿命曲线
23.3 影响疲劳寿命的因素
23.4 基于无限寿命的疲劳强度设计方法
23.5 基于累积损伤概念的有限寿命估算
23.6 结论与讨论
高等数学
线性代数
大学物理
理论力学
1.范钦珊主编.材料力学(第3版).北京:清华大学出版社,2014
2.范钦珊.材料力学教程(l).北京:高等教育出版社,1995
3.范钦珊.材料力学教程(11).北京:高等教育出版社,1996
4.范钦珊主编.工程力学教程(I)(II).北京:高等教育出版社,1998
5.H.M. 别辽耶夫. 材料力学. 王光远,干光瑜,顾震隆译。北京:高等教育出版社,1992
6.Ferdinand P.Beer, E.Russell Johnston Jr. ,et al.Mechanics of Materials(7th edition).McGraw-Hill Education,2014
7.R.C.Hibbeler.Statics and Mechanics of Materials(10th edition). Pearson Education,2016
This is the challenge——
To study the real-world problems, you have to go beyond the books.