《材料力学》(MATERIALMECHANICS)教学大纲石河子大学水利建筑工程学院二0一零年六月
《材 料 力 学》 (MATERIAL MECHANICS) 教 学 大 纲 石河子大学水利建筑工程学院 二 0 一零年六月
《材料力学》课程教学大纲课程名称：材料力学MATERIALMECHANICS课程编码：Z106905总学时/总学分：72/4.5理论学时/理论学分：64/4.5实验学时8/实验学分：8/0.5适用专业：土木工程、农业水利工程开课单位：水利建筑工程学院工程力学系一、课程性质及目的1、课程性质：《材料力学》课程是土木工程、农业水利工程专业的学科基础课2、课程目的：通过材料力学课程的学习，要求学生掌握关于构件的强度、刚度和稳定性问题的基本理论：重点掌握在荷载作用下构件的内力、应力、位移计算的基本理论和应用强度、刚度条件解决构件强、刚度校核、截面设计、安全荷载的计算方法：了解材料力学关于超静定问题的研究方法及应力集中、压杆稳定的计算方法：掌握材料力学实验的基本知识和力学性能测试基本技能。为学生后续相关技术基础课和专业课的学习起到承上启下的作用，为学生从事相关领域设计、科研、拓展、创新奠定理论基础，二、课程内容及要求1.章节内容及学时分配第一章绪论（4学时）第一节材料力学的任务及研究对象第二节变形固体的基本假设第三节内力、应力、应变第四节杆件变形的基本形式。第二章轴向拉伸与压缩（12+4学时）第一节内力概念、截面法、轴力与轴力图第二节应力概念、拉（压）杆横截面上的应力第三节拉（压）杆斜截面上的应力第四节轴向拉伸和压缩时的变形、胡克定律第五节材料在拉（压）时的力学性质第六节许用应力、强度条件第七节轴向拉（压）时的超静定问题第八节剪切、挤压的实用计算实验：测试低碳钢、铸铁的拉、压及剪切力学性能。（4学时）1
1 《材料力学》课程教学大纲 课程名称： 材料力学 MATERIAL MECHANICS 课程编码：Z106905 总学时/总学分： 72/4 .5 理论学时/理论学分： 64/4 .5 实验学时 8/实验学分：8/0 .5 适用专业：土木工程、农业水利工程 开课单位：水利建筑工程学院工程力学系 一、课程性质及目的 1、课程性质：《材料力学》课程是土木工程、农业水利工程专业的学科基础课。 2、课程目的： 通过材料力学课程的学习，要求学生掌握关于构件的强度、刚度和稳定性问题的基本 理论；重点掌握在荷载作用下构件的内力、应力、位移计算的基本理论和应用强度、刚度条 件解决构件强、刚度校核、截面设计、安全荷载的计算方法；了解材料力学关于超静定问题 的研究方法及应力集中、压杆稳定的计算方法；掌握材料力学实验的基本知识和力学性能测 试基本技能。为学生后续相关技术基础课和专业课的学习起到承上启下的作用，为学生从事 相关领域设计、科研、拓展、创新奠定理论基础。 二、课程内容及要求 1.章节内容及学时分配 第一章 绪论 （4 学时） 第一节 材料力学的任务及研究对象 第二节 变形固体的基本假设 第三节 内力、应力、应变 第四节 杆件变形的基本形式。 第二章 轴向拉伸与压缩 （12+4 学时） 第一节 内力概念、截面法、轴力与轴力图 第二节 应力概念、拉（压）杆横截面上的应力 第三节 拉（压）杆斜截面上的应力 第四节 轴向拉伸和压缩时的变形、胡克定律 第五节 材料在拉（压）时的力学性质 第六节 许用应力、强度条件 第七节 轴向拉（压）时的超静定问题 第八节 剪切、挤压的实用计算 实验：测试低碳钢、铸铁的拉、压及剪切力学性能。（4 学时）
第三章扭转（6十2学时）第一节外力偶矩的计算、扭矩和扭矩图第二节剪切虎克定律、切应力互等定理第三节圆轴扭转时横截面上的应力第四节圆轴扭转时斜截面上的应力第五节圆轴扭转时的变形实验：实心圆轴扭转实验（2学时）第四章截面几何性质（3学时）第一节静矩、惯性矩、惯性积、极惯性矩惯性半径第二节平行移轴及转轴公式第三节形心主惯性矩的计算第五章弯曲内力（7学时）第一节弯曲及对称弯曲的基本概念第二节梁的内力一剪力、弯矩第三节剪力方程、弯矩方程，剪力图和弯矩图第四节弯矩、剪力与分布载荷集度间的微分关系及其应用第五节叠加法作弯矩图第六章弯曲应力（9学时）第一节纯弯曲、弯曲正应力公式的建立第二节弯曲正应力公式的应用、正应力强度条件第三节弯曲剪应力计算公式、剪应力强度条件第四节提高梁弯曲强度的措施实验：梁弯曲正应力测定。（2学时）第七章弯曲变形（5学时）第一节梁的挠曲线近似微分方程建立方法第二节积分法求挠度和转角第三节叠加法求梁的变形第四节梁的刚度条件、静不定梁的求解方法第八章应力状态和强度理论理论（8学时）第一节应力状态的概念、主平面和主应力2
2 第三章 扭转 （6＋2 学时） 第一节 外力偶矩的计算、扭矩和扭矩图 第二节 剪切虎克定律、切应力互等定理 第三节 圆轴扭转时横截面上的应力 第四节 圆轴扭转时斜截面上的应力 第五节 圆轴扭转时的变形 实验：实心圆轴扭转实验（2 学时） 第四章 截面几何性质 （3 学时） 第一节 静矩、惯性矩、惯性积、极惯性矩 惯性半径 第二节 平行移轴及转轴公式 第三节 形心主惯性矩的计算 第五章 弯曲内力 （7 学时） 第一节 弯曲及对称弯曲的基本概念 第二节 梁的内力—剪力、弯矩 第三节 剪力方程、弯矩方程，剪力图和弯矩图 第四节 弯矩、剪力与分布载荷集度间的微分关系及其应用 第五节 叠加法作弯矩图 第六章 弯曲应力 （9 学时） 第一节 纯弯曲、弯曲正应力公式的建立 第二节 弯曲正应力公式的应用、正应力强度条件 第三节 弯曲剪应力计算公式、剪应力强度条件 第四节 提高梁弯曲强度的措施 实验：梁弯曲正应力测定。（2 学时） 第七章 弯曲变形 （5 学时） 第一节 梁的挠曲线近似微分方程建立方法 第二节 积分法求挠度和转角 第三节 叠加法求梁的变形 第四节 梁的刚度条件、静不定梁的求解方法 第八章 应力状态和强度理论理论 （8 学时） 第一节 应力状态的概念、主平面和主应力
第二节平面应力状态下的应力分析一解析法和图解法第三节三向应力状态下的最大应力、广义虎克定律第四节四种常用强度理论第五节强度理论的适用范围及应用第九章组合变形（6+2学时）第一节拉伸（压缩）与弯曲组合变形第二节偏心拉伸（压缩）变形第三节弯曲与扭转组合变形实验：组合变形实验（2学时）第十章压杆稳定（4学时）第一节压杆稳定的概念、临界荷载的欧拉公式第二节欧拉公式的应用范围第三节压杆稳定条件及稳定性校核2.教学要求课内教学要求：（1）教学内容第一章：绪论了解材料力学的内容和任务，理解变形固体的基本假设，掌握内力、应力和变形的概念及杆件变形的基本形式。第二章：轴向拉伸和压缩掌握轴向拉压杆件的内力计算，轴力图做法；掌握横截面、斜截面应力分析方法与强度计算；掌握拉压杆的变形计算方法、胡克定律；塑性、脆性材料的拉伸与压缩力学性能及测试方法；理解拉压杆的应变能计算方法，了解圣维南原理与应力集中概念；掌握连接件的实用计算方法。第三章：扭转掌握圆轴扭转的外力扭矩与内力扭矩计算，扭矩图做法：掌握剪切胡克定律与剪应力互等定理；掌握扭转应力与变形，强度与刚度的分析计算方法，理解扭转变形能计算方法，了解非圆截面杆的扭转应力与变形分析方法。第四章：截面的几何性质掌握静矩、形心、惯性矩、惯性积的定义，重点掌握组合截面的静矩与形心计算方法，3
3 第二节 平面应力状态下的应力分析一解析法和图解法 第三节 三向应力状态下的最大应力、广义虎克定律 第四节 四种常用强度理论 第五节 强度理论的适用范围及应用 第九章 组合变形 （6+2 学时） 第一节 拉伸（压缩）与弯曲组合变形 第二节 偏心拉伸（压缩）变形 第三节 弯曲与扭转组合变形 实验：组合变形实验（2 学时） 第十章 压杆稳定 （4 学时） 第一节 压杆稳定的概念、临界荷载的欧拉公式 第二节 欧拉公式的应用范围 第三节 压杆稳定条件及稳定性校核 2.教学要求 课内教学要求： （1）教学内容 第一章：绪论 了解材料力学的内容和任务，理解变形固体的基本假设，掌握内力、应力和变形的概念 及杆件变形的基本形式。 第二章：轴向拉伸和压缩 掌握轴向拉压杆件的内力计算，轴力图做法；掌握横截面、斜截面应力分析方法与强度 计算；掌握拉压杆的变形计算方法、胡克定律；塑性、脆性材料的拉伸与压缩力学性能及测 试方法；理解拉压杆的应变能计算方法，了解圣维南原理与应力集中概念；掌握连接件的实 用计算方法。 第三章：扭转 掌握圆轴扭转的外力扭矩与内力扭矩计算，扭矩图做法；掌握剪切胡克定律与剪应力互 等定理；掌握扭转应力与变形，强度与刚度的分析计算方法，理解扭转变形能计算方法，了 解非圆截面杆的扭转应力与变形分析方法。 第四章：截面的几何性质 掌握静矩、形心、惯性矩、惯性积的定义，重点掌握组合截面的静矩与形心计算方法
会计算常用截面惯性矩、极惯性矩、惯性半径，重点掌握平行移轴公式并用于计算组合截面的惯性矩、惯性积；了解转轴公式，理解主轴、形心主轴、惯性矩、形心主惯性矩的概念和计算方法。第五章：弯曲内力了解受弯杆件简化方法；掌握梁的内力计算方法，熟练绘制剪力图、弯矩图：掌握载荷、剪力、弯矩三者的关系并用于绘制剪力弯矩图：理解叠加原理并用于绘制弯矩图：了解刚架、曲杆的内力图作法。第六章：弯曲应力理解纯弯曲条件下横截面正应力建立理论，掌握横力弯曲下正应力的计算与正应力强度条件；掌握切应力理论的建立与切应力强度条件，了解薄壁截面梁的最大切应力计算：掌握梁的合理设计与提高弯曲强度措施：了解弯曲中心的概念。第七章：弯曲变形理解梁的位移定义与相互关系：了解梁的挠曲线近似微分方程建立方法，掌握积分法求梁的位移、叠加法求梁的位移方法；掌握梁的刚度条件建立并应用与校核、截面、荷载设计，了解梁的应变能计算。第八章：应力状态与强度理论理解应力状态的概念，掌握平面应力分析的解析法、图解法；了解平面应变分析和空间应力状态，掌握简单空间应力状态的主应力、最大剪应力求法：掌握广义胡克定律及其应用，了解体应变、比能的概念与计算；掌握强度理论的建立原理、常用的4个强度理论及使用条件。第九章：组合变形掌握组合变形问题的分析方法：掌握两相互垂直平面内的弯曲，拉伸与弯曲，偏心拉伸扭转与弯曲等组合变形的应力分析与强度计算；了解截面核心的概念与确定方法。第十章：压杆稳定理解压杆稳定和临界力的概念；理解两端铰支细长中心压杆临界力的建立原理，掌握不同杆端约束下细长压杆临界力、临界应力计算的欧拉公式及适用范围；了解临界应力总图：掌握压杆稳定计算的安全因数和折减系数法。（2）教学方法、教学手段和教学形式：以课堂讲述、板书教学为主，根据课程章节内容的需要采用启发式、讨论式教学方法，结合多媒体课件、教具、挂图的辅助教学手段。4
4 会计算常用截面惯性矩、极惯性矩、惯性半径，重点掌握平行移轴公式并用于计算组合截面 的惯性矩、惯性积；了解转轴公式，理解主轴、形心主轴、惯性矩、形心主惯性矩的概念和 计算方法。 第五章：弯曲内力 了解受弯杆件简化方法；掌握梁的内力计算方法，熟练绘制剪力图、弯矩图；掌握载荷、 剪力、弯矩三者的关系并用于绘制剪力弯矩图；理解叠加原理并用于绘制弯矩图；了解刚架、 曲杆的内力图作法。 第六章：弯曲应力 理解纯弯曲条件下横截面正应力建立理论，掌握横力弯曲下正应力的计算与正应力强度 条件；掌握切应力理论的建立与切应力强度条件，了解薄壁截面梁的最大切应力计算；掌握 梁的合理设计与提高弯曲强度措施；了解弯曲中心的概念。 第七章：弯曲变形 理解梁的位移定义与相互关系；了解梁的挠曲线近似微分方程建立方法，掌握积分法求 梁的位移、叠加法求梁的位移方法；掌握梁的刚度条件建立并应用与校核、截面、荷载设计， 了解梁的应变能计算。 第八章：应力状态与强度理论 理解应力状态的概念，掌握平面应力分析的解析法、图解法；了解平面应变分析和空间 应力状态，掌握简单空间应力状态的主应力、最大剪应力求法；掌握广义胡克定律及其应用， 了解体应变、比能的概念与计算；掌握强度理论的建立原理、常用的 4 个强度理论及使用条 件。 第九章：组合变形 掌握组合变形问题的分析方法；掌握两相互垂直平面内的弯曲，拉伸与弯曲，偏心拉伸， 扭转与弯曲等组合变形的应力分析与强度计算；了解截面核心的概念与确定方法。 第十章：压杆稳定 理解压杆稳定和临界力的概念；理解两端铰支细长中心压杆临界力的建立原理，掌握不 同杆端约束下细长压杆临界力、临界应力计算的欧拉公式及适用范围；了解临界应力总图； 掌握压杆稳定计算的安全因数和折减系数法。 （2）教学方法、教学手段和教学形式: 以课堂讲述、板书教学为主，根据课程章节内容的需要采用启发式、讨论式教学方法， 结合多媒体课件、教具、挂图的辅助教学手段
课外教学要求：每次布置适量的课后作业、思考题、课外阅读资料，以利学生复习巩固所学知识，达到掌握本课程的教学目的。也可设置力学论文、专题研讨以加强学生综合能力的训练。三、参考教材教材：材料力学（第六版）孙训芳编高等教育出版社参考书目：1.《材料力学》刘鸿文主编高等教育出版社2.《力学史》武际可编重庆出版社3.《工程力学教程I》范钦珊主编高等教育出版社4.《力学与工程技术的进步》薛明德主编高等教育出版社5.材料力学【苏］铁木辛柯科学出版社1978；6.材料力学【英］EJ.赫恩人民教育出版社1982：7.材料力学［苏】BH.费奥谢夫高等教育出版社1985；8.材料力学（上、下）苏翼林主编偏人民教育出版社1990。9.材料力学解题指导及习题集（上、下册）清华大学材料力学教研室编编高等教育出版社四、学习要求学生在学习过程中可按教学日历的计划安排进行课前预习、自学，还可进入石河子大学精品课程《工程力学》课程网站进行在线学习，辅导、答疑、测试。五、成绩评定方式理论内容考试采用闭卷笔试形式：实验内容考试采用机试操作形式：课程成绩采用百分制计分。成绩构成：平时成绩为30%：平时成绩：作业（课程论文）、考勤及课堂表现、实验。期末笔试成绩为70%。大纲制定者：王庆大纲审定者：韦利波制定时间：2010-6-285
5 课外教学要求： 每次布置适量的课后作业、思考题、课外阅读资料，以利学生复习巩固所学知识，达 到掌握本课程的教学目的。也可设置力学论文、专题研讨以加强学生综合能力的训练。 三、参考教材 教材： 材料力学（第六版） 孙训芳编 高等教育出版社 参考书目： 1．《材料力学》 刘鸿文主编 高等教育出版社 2．《力学史》 武际可编 重庆出版社 3．《工程力学教程Ⅰ》 范钦珊主编 高等教育出版社 4．《力学与工程技术的进步》 薛明德主编 高等教育出版社 5．材料力学 [苏] 铁木辛柯 科学出版社 1978； 6． 材料力学 [英] EJ.赫恩 人民教育出版社 1982； 7．材料力学 [苏] BH.费奥谢夫 高等教育出版社 1985； 8．材料力学 （上、下） 苏翼林主编 人民教育出版社 1990。 9．材料力学解题指导及习题集（上、下册） 清华大学材料力学教研室编 高等教育 出版社 四、学习要求 学生在学习过程中可按教学日历的计划安排进行课前预习、自学，还可进入石河子大学 精品课程《工程力学》课程网站进行在线学习，辅导、答疑、测试。 五、成绩评定方式 理论内容考试采用闭卷笔试形式；实验内容考试采用机试操作形式；课程成绩采用百分 制计分。 成绩构成：平时成绩为 30%： 平时成绩：作业（课程论文）、考勤及课堂表现、 实验 。 期末笔试成绩为 70%。 大纲制定者：王庆 大纲审定者：韦利波 制定时间： 2010-6-28
附：实验大纲（指理论含实验课中的实验部分内容）每组学时实验主要仪器序号实验项目名称实验内容分配类型人数/设备1拉伸实验验证1．测定低碳钢屈服极限、强度极限、延2电子万能91试验机伸率、截面收缩率。铸铁强度极限。2.了解万能试验机的构造、原理和操作。2压缩实验测定低碳钢屈服极限，铸铁强度极限。验证电子万能1.1试验机2.观察实验过程，分析断口特征，了解它们力学性能特点。3剪切实验测定低碳钢在剪切力作用下的抗剪验证电子万能1.19福强度。试验机2.观察破坏断口形貌并分析原因。4扭转实验1.测定低碳钢剪切屈服强度，抗扭强度。验证电子扭转92.测定铸铁抗扭强度。试验机3.比较低碳钢和铸铁受扭时变形规律及其破坏特征。52综合性矩形梁9弯曲正应力实验1. 了解电测法的基本原理。2.用电测法测定矩形截面梁受纯弯曲时(开放)电子万能实验试验机横截面上正应力的大小及分布规律，并与理论值比较。62等强度梁应力及初步掌握电测法的基本原理。综合性等强度梁911. 实验电阻应变弹性系数测定实测定梁的应变值和横向变形系数。2.验仪（选作7压杆稳定实验观察细长中心受压杆件将要丧失稳定综合性压杆稳定1.21实验时的现象。试验仪（选作2.．测定压杆的临界力，并与理论计算的细长杆结果进行比较。8弯曲与扭转组合用电测法测定受弯扭组合变形作用的薄弯曲与扭9*综合性转组合实变形实验壁圆筒表面上一点的主应力大小及主方实验验仪，电向并与理论值比较。（选作阻应变仪实验类型包括：基本操作训练、验证性实验、综合性实验、设计性实验、开放性实验、其它类型实验。大纲制定者：王艳芸大纲审定者：韦利波制定时间：2010-6-286
6 附：实验大纲（指理论含实验课中的实验部分内容） 序号 实验项目名称 实验内容 学时 分配 实验 类型 主要仪器 /设备 每组 人数 1 拉伸实验 1. 测定低碳钢屈服极限、强度极限、延 伸率、截面收缩率。铸铁强度极限。 2. 了解万能试验机的构造、原理和操作。 2 验证 电子万能 试验机 9 2 压缩实验 1. 测定低碳钢屈服极限，铸铁强度极限。 2. 观察实验过程，分析断口特征，了解 它们力学性能特点。 1 验证 电子万能 试验机 9 3 剪切实验 1. 测定低碳钢在剪切力作用下的 抗剪 强度。 2. 观察破坏断口形貌并分析原因。 1 验证 电子万能 试验机 9 4 扭转实验 1. 测定低碳钢剪切屈服强度，抗扭强度。 2. 测定铸铁抗扭强度。 3. 比较低碳钢和铸铁受扭时变形规律及 其破坏特征。 2 验证 电子扭转 试验机 9 5 弯曲正应力实验 1. 了解电测法的基本原理。 2. 用电测法测定矩形截面梁受纯弯曲时 横截面上正应力的 大小及分布规律， 并与理论值比较。 2 综 合 性 （开放） 实验 矩形梁 电子万能 试验机 9 6 等强度梁应力及 弹性系数测定实 验 1. 初步掌握电测法的基本原理。 2. 测定梁的应变值和横向变形系数。 2 综合性 实 验 （选作 等强度梁 电阻应变 仪 9 7 压杆稳定实验 1. 观察细长中心受压杆件将要丧失稳定 时的现象。 2. 测定压杆的临界力，并与理论计算的 结果进行比较。 2 综合性 实 验 （选作 压杆稳定 试验仪 细长杆 9 8 弯曲与扭转组合 变形实验 用电测法测定受弯扭组合变形作用的薄 壁圆筒表面上一点的主应力大小及主方 向并与理论值比较。 2 综合性 实 验 （选作 弯曲与扭 转组合实 验仪，电 阻应变仪 9 实验类型包括：基本操作训练、验证性实验、综合性实验、设计性实验、开放性实验、 其它类型实验。 大纲制定者：王艳芸 大纲审定者：韦利波 制定时间： 2010-6-28