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SPOC学校专有课程
材料力学
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第2次开课
开课时间： 2021年09月06日 ~ 2021年12月31日
学时安排： 3-5小时每周
当前开课已结束 已有 298 人参加
老师已关闭该学期，无法查看
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—— 课程团队
课程概述

  《材料力学》是工科大学一门重要的技术基础课。材料力学在工程专业培养过程中处于由学习基础理论过渡到工程专业设计课程的重要地位。通过这门课程的学习，培养工科学生对工程设计中构件强度、刚度以及稳定性等问题的清楚认知，要求学生对构件的强度、刚度、稳定性问题等不仅要有明确的基本概念，还应具有较熟练的计算能力和一定的实验能力。除此之外，通过材料力学课程的学习，还会为后续课程的学习、以及从事工程技术工作打下坚实的力学基础。


授课目标

   通过材料力学的学习，培养学生对于受力物件的应力应变分析能力，具有清晰的基本概念和必要的基本知识。对于工程设计中构件的强度、刚度及稳定性问题，具有一定的分析计算能力和初步的实验分析能力。具体为：

1.建立正确的变形固体的概念         

   (1)内力、应力、应力状态、应变、变形体、弹性与塑性等基本概念及它们之间的联系。      (2)强度、刚度及稳定性概念及其区别。

 2.掌握材料力学分析方法

(1)截面法求内力

(2)叠加法求应力、变形

(3)假设与推理的分析方法

(4)综合考虑几何、物理、静力学三方面的分析方法

(5)取微单元体的一点平面应力分析方法

(6)简单超静定问题的分析方法

3.具有工程计算能力   

(1)定性分析能力(即问题性质判断、影响因素)

(2)将杆类零、构件简化成为力学模型，建立数学模型进行求解的初步能力

(3)掌握对杆件的强度、刚度、稳定性计算(包括单位换算、有效数字、图表文字表达等)


成绩 要求

MOOC平台上布置的单元测验和作业需要全部完成，此为平时成绩的重要参考。

课程大纲
第一章 绪论及基本概念
课时目标：教学目的：了解本门课程的发展历史、任务、研究对象及研究方法，掌握研究对象的基本变形形式。教学重点和难点：重点：可变形固体的性质及其基本假设、杆件的几何特征、杆件变形的基本形式 难点：变形固体的基本假设课程思政：结合“木桶理论”，让每个学生都认识到一个构件或者一个结构的成败取决于“最弱”的位置，每个人也一样都应思考一下自己的“短板”所在，并尽早补足，从而提高自己的综合素质。
§1-1 材料力学的任务
§1-2 材料力学发展概述
§1-3 可变形固体的性质及其基本假设
§1-4 材料力学的主要研究对象（杆件）的几何特征
§1-5 杆件变形的基本形式
第二章 轴向拉伸和压缩
课时目标：教学目的：了解材料的拉伸与压缩变形行为，了解应力集中现象；理解杆件内力、轴力和应力的概念，掌握轴向拉压时的强度条件、拉压胡克定律等。教学重点和难点： 重点：轴力、轴力图与截面法、应力、材料的力学性质、拉压杆的强度条件、轴向拉压时变形的计算。 难点：轴向拉压时变形的计算。课程思政：1. 利用杆件危险截面的概念结合“木桶理论”，培养学生要全面发展的意识。2. 结合材料在拉伸时的卸载定理和冷作硬化知识，经过加载卸载可以提高材料的屈服强度，鼓励学生后天的磨砺和培养可以不断的提高自己，培养积极的生活态度。3. 通过讲述与轴向拉压问题相关的科学家经历，教导学生只有理论与实际相结合，才能促使理论研究和工程进步。
§2-1 轴向拉伸和压缩的概念
§2-2 内力、截面法、轴力及轴力图
§2-3 应力、拉（压）杆内的应力
§2-4 拉（压）杆的变形 胡克定律
§2-5 拉（压）杆的应变能
§2-6 材料在拉伸和压缩时的力学性能
§2-7 强度条件 安全因数
§2-8 应力集中的概念
第三章 扭转
课时目标：教学目的：了解等直圆的扭转变形行为特点，会计算等直圆杆截面扭矩及绘制扭矩图，熟练应用扭转变形时的强度条件及刚度条件进行安全性校核，理解扭转时的应变能。教学重点和难点： 重点：扭转特点，外力偶矩的计算，扭矩和扭矩图，圆轴扭转时的应力，圆轴扭转时的变形，圆轴扭转时的强度条件和刚度条件。 难点：扭矩符号规定及扭矩图、刚度条件。课程思政：1. 扭转问题不仅存在于现代工业，我国古代为了促进农业或工业的发展就有利用扭转制造的鼓风机或“牛转八磨”，大大提高了人们的生产力。2. 见微知著，小到一把螺丝刀，大到机械上的传动轴，学习者应学会发现事物的共同本质。
§3-1 概述
§3-2 薄壁圆筒的扭转
§3-3 传动轴的外力偶矩 扭转及扭矩图
§3-4 等直圆杆扭转时的应力 强度条件
§3-5 等直圆杆扭转时的变形 刚度条件
§3-6 等直圆杆扭转时的应变能
§3-7 等直非圆杆自由扭转时的应力和变形
第四章 弯曲应力
课时目标：教学目的：了解对称弯曲的概念及梁的计算简图，掌握等直梁受弯时的内力，熟练绘制剪力弯矩图，会计算梁横截面上的正应力及切应力，使学生基于梁的正应力强度条件及切应力强度条件会对梁进行合理设计。教学重点和难点： 重点：弯曲的一些相关概念，弯曲内力及其符号；剪力方程与弯矩方程，剪力图与弯矩图；分布载荷、剪力和弯矩间的微分关系及其应用；弯曲正应力的计算、弯曲正应力强度条件及其应用；常见截面梁横截面上最大剪应力的计算和弯曲剪应力强度的校核方法。 难点：内力正负号；应用分布载荷、剪力和弯矩间的微分关系进行较核及绘制内力图；弯曲正应力的计算；常见截面梁横截面上最大剪应力的计算。课程思政：1. “国家栋梁”“中华脊梁”等词无不体现出“梁”的重要性，通过列举中国的“世界桥梁之最”等大国工程，让同学们对祖国的强大和工程师的智慧感到无比自豪和敬佩，促使学生树立爱国敬业的价值观，树立成为一名工程师的远大理想。2. 从科学、专业的知识体系中培养学生严谨的科学态度。3. 从工程事故中让学生认识到结构设计的重要性和，从而培养学生遵纪守法、有责任有担当的职业道德，求真务实、开拓创新的职业精神。4. 从梁“中性层”的概念，教导学生科学研究不仅要讲究科学方法，还要有质疑的勇气，不迷信权威，要有自己的观点，不能人云亦云，探究真理是学者的永恒追求。
§4-1 对称弯曲的概念及梁的计算简图
§4-2 梁的剪力和弯矩 剪力图和弯矩图
§4-3 平面刚架和曲杆的内力图
§4-4 梁横截面上的正应力 梁的正应力强度条件
§4-5 梁横截面上的切应力 梁的切应力强度条件
§4-6 梁的合理设计
第五章 梁弯曲应时的位移
课时目标：教学目的：介绍梁变形时的度量——挠度和位移，要求学生掌握挠曲线近似微分方程及积分，教会学生利用叠加法求挠度和转角，并会进行梁的刚度校核。教学重点和难点： 重点：梁的挠曲线的近似微分方程；用积分法计算单跨静定梁在简单载荷作用下的转角和挠度方程；叠加法计算梁某截面的挠度和转角；梁的刚度条件。 难点：积分常数的确定；叠加法计算梁某截面的挠度和转角。课程思政：通过介绍美国塔科马大桥由于桥面厚度不足导致在大风中坍塌，说明刚度在桥梁设计中的重要性。
§5-1 梁的位移——挠度及转角
§5-2 梁的挠曲线近似微分方程及其积分
§5-3 按叠加原理计算梁的挠度和转角
§5-6 梁的刚度校核 提高梁的刚度的措施
§5-7 梁内的弯曲应变能
第六章 简单的超静定问题
课时目标：教学目的：介绍超静定问题及其解法，介绍简单拉压超静定问题、扭轩超静定问题及简单超静定梁。教学重点和难点： 重点：超静定次数的确定、变形相容几何方程、基本静定系；拉压超静定、扭转超静定、简单超静定梁。 难点：简单超静定问题的求解。课程思政：1. “变形协调”是求解超静定结构的关键手段。习总书记曾把“协调发展”看作是建设中国特色社会主义的“制胜要决”，变形协调条件的建立是解决复杂超静定问题的制胜关键。2. 拉压杆的超静定结果表明，在由不同刚度杆件构成的超静定杆系结构中，刚度越大的杆件分担的内力越多。生活中也是如此，能力越大，责任越大。
§6-1 超静定问题及其解法
§6-2 拉压超静定问题
§6-3 扭转超静定问题
§6-4 简单超静定梁
第七章 应力状态和强度理论
课时目标：教学目的：介绍平面应力状态、空间应力状态及主应力；教授各向同性材料的广义胡克定律；介绍空间应力状态下的应变能；重点讲解强度理论及相当应力，使学生理解各强度理论的应用条件。教学重点和难点： 重点：一点的应力状态；主应力、主平面；应力状态分析—解析法；应力状态分析—图解法；三向应力状态下的最大剪应力；广义胡克定律；强度理论。 难点：一点的应力状态；应力状态分析—解析法；强度理论及相当应力。课程思政：1. 通过强度不足引发的重大安全事故案例，告诉学生在未来的工作中要遵守安全规程，为了工期而忽视安全生产规程，将会造成重大安全隐患甚至导致重大安全事故发生。 2. 在点的应力状态部分，从塑性和 脆性材料发生破坏这一表面现象，可以分析构件发生破坏 的根本原因，进一步地引出强度理论。这体现了辩证唯物主义的认识论是从感性到理性，从现象到本质的规律。
§7-1 概述
§7-2 平面应力状态的应力分析 主应力
§7-3 空间应力状态的概念
§7-4 应力与应变间的关系
§7-5 空间应力状态下的应变能密度
§7-6 强度理论及其相当应力
§7-8 各种强度理论的应用
第八章 组合变形及连接部分的计算
课时目标：教学目的：详细介绍组合变形的常见形式，介绍叠加原理的应用条件和方法，引导学生应用强度理论对组合变形进行强度分析；介绍剪切和挤压的实用计算，简单讲解铆钉连接的计算。教学重点和难点： 重点：组合变形和叠加原理；拉伸或压缩与弯曲的组合、偏心压缩；扭转与弯曲的组合；连接件问题中剪切的概念、剪切和挤压的实用计算。 难点：叠加原理；危险截面的判定；连接件问题中剪切和挤压面积的确定。
§8-1 概述
§8-2 两相互垂直平面内的弯曲
§8-3 拉伸（压缩）与弯曲
§8-4 扭转与弯曲
§8-5 连接件的实用计算法
§8-6 铆钉连接的计算
第九章 压杆稳定
课时目标：教学目的：介绍压杆稳定的概念，详细讲解不同杆端约束下细长压杆临界力的欧拉公式，介绍欧拉公式的应用范围以及压杆的稳定性计算。教学重点和难点： 重点：弹性体稳定性的概念；细长压杆中心受压时的临界载荷与临界应力；压杆的稳定计算；提高稳定性的措施。 难点：几种柔度压杆的判别方法以及相应的临界载荷的计算和稳定性的校核；柔度和长度系数概念的理解。课程思政：1. 加拿大魁北克大桥由于过度增大跨度，导致桥梁在建筑过程中发生下弦杆突然压溃导致的桥梁坍塌。任何情况下，工程师都不能盲目自信，一定要严谨务实。2. 学生的学习生活如同受到扰动的压杆，需要始终保持不变的初心，不沉迷、不彷徨，坚持梦想，方能成就理想。
§9-1 压杆稳定性的概念
§9-2 细长中心受压直杆临界力的欧拉公式
§9-3 不同杆端约束下细长压杆临界力的欧拉公式 压杆的长度因数
§9-4 欧拉公式的应用范围 临界应力总图
§9-5 实际压杆的稳定因数
§9-6 压杆的稳定性计算 压杆的合理截面
附录I 截面的几何性质
课时目标：教学目的：介绍截面的静矩和形心位置、极惯性矩、惯性矩、惯性积；讲解惯性矩和惯性积的平行移轴公式、惯性矩和惯性积的转轴公式、截面的主惯性轴和主惯性矩。教学重点和难点： 重点：计算平面组合图形静矩和形心的方法；应用平行移轴公式计算平面组合图形惯性矩、惯性积和惯性半径的方法；应用转轴公式、惯性主轴、主惯性矩概念分析和判断图形对过同一点不同方向轴的惯性矩相对大小的方法。 难点：计算平面组合图形静矩和形心的方法；应用转轴公式、惯性主轴、主惯性矩概念分析和判断图形对过同一点不同方向轴的惯性矩相对大小的方法。
§I-1 截面的静矩和形心位置
§I-2 极惯性矩 惯性矩 惯性积
§I-3 惯性矩和惯性积的平行移轴公式 组合截面的惯性矩和惯性积
§I-4 惯性矩和惯性积的转轴公式 截面的主惯性轴和主惯性矩
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预备知识

高等数学、理论力学或工程力学的静力学知识。

参考资料

1.材料力学I第4版. 单辉祖主编. 高等教育出版社, 2016

2.材料力学 第6版.刘鸿文等主编.高等教育出版社,2017

3.材料力学 第3版. 范钦珊等主编. 清华大学出版社, 2015

4.材料力学实验 第4版. 刘鸿文等主编. 高等教育出版社, 2017

5.Mechanics of Materials 第6版，Ferdinand P.Beer等著，机械工业出版社，2013


成都理工大学
3 位授课老师
胡潇

胡潇

副教授

罗艳

罗艳

副教授

任珊

任珊

副教授

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