1、材 料 力 學C 課 程 教 學 設 計一、 基本描述課程名稱：材料力學課程英文譯名：Mechanics of Materials 課程學時：4適用專業：汽車學院，熱能專業材料學院，所有專業開課教研室：機械學院力學系課程類型： 學科基礎必修課 課程要求：必修課開課時間：第四學期先修課程：工程圖學、金屬工藝學、理論力學教 材： 材料力學 聶毓琴 孟廣偉主編機械工業出版社，2004 主要參考書：1材料力學 劉鴻文主編 高等教育出版社第三版，19922Mechnics of Materials S.Timoshemke J.Gere. Van Nostrand Reinhold Compangy,1

2、9783材料力學 范欽珊主編 高等教育出版社，20004材料力學 初日德，聶毓琴主編吉林科學技術出版社，19955材料力學 陳塑寰 聶毓琴 孟廣偉編著吉林科學技術出版社，2000二、 課程的性質、研究對象及任務 材料力學課程是一門用以培養學生在機械設計中有關力學方面設計計算能力的技術基礎課。在教學過程中要綜合運用先修課程中所學到的有關知識與技能，結合各種實踐教學環節，進行機械工程技術人員所需的基本訓練，為學生進一步學習有關專業課程和日后從事機械設計工作打下基礎，因此材料力學課程在汽車學院熱能專業和材料學院的所有專業的教學計劃中占有重要的地位和作用，是高等工科院校中一門主干課程。 本課程主要研究

3、工程結構中構件的承載能力問題,即研究構件的受力變形破壞的規律，確定其強度、剛度和穩定性設計計算的基本理論和基本方法。本課程的主要任務是培養學生：1樹立正確的設計思想，理論聯系實際，解決好經濟與安全的矛盾，具備創新精神；2全面系統地了解構件的受力變形、破壞的規律；3掌握有關構件設計計算的基本概念、基本理論、基本方法及其在工程中的應用；4能將一般構件抽象出力學簡圖，進行外力分析、內力分析、應力分析、應變分析，應力應變分析；5 掌握材料的力學性能試驗的原理和方法,具有進行試驗研究的初步能力；6在滿足強度、強度、穩定性的前提下，以最經濟的代價為構件選擇適宜的材料，設計合理的截面形狀和尺寸，為設計提供計

4、算依據；7了解材料力學的新理論，新方法及發展趨向。三、教材的選擇和分析 目前，國內、外有關材料力學的教材很多，其中較有代表性的名著有：鐵摩辛柯與蓋爾合著的材料力學、劉鴻文主編的材料力學、單輝祖編著的材料力學、孫訓方等編材料力學、蘇翼林主編材料力學，范欽珊主編的材料力學為面向21世紀課程教材。我校曾選用過蘇翼林、劉鴻文的教材。另自行編著了兩套材料力學教材，各種教材都具有不同的特點。下面對選用的主要參考書和教材進行分析。1劉鴻文主編的材料力學教材：這本教材的第一版是1979年浙江大學等九院校合編的材料力學。現已出至第三版，最近第四版修訂工作已經完成，列入了“面向21世紀系列教程”高教出版社出版計劃

5、。內容包括“教學基本要求”提到的全部傳統內容，各章都有相當的深度、廣度和權威性，文字嚴謹、精練、風格統一，是本學科教師應很好鉆研的一本好書。但作為學生用教材，由于教材內容涉及面太寬，有四章部分節次都超出教學大綱的要求，故有相當篇幅不講，利用率受影響，另外有些陳舊的算法沒有更新，想必這些在新版本中得到滿意。2鐵摩辛柯與蓋爾于1972年合著的材料力學是鐵摩辛柯1930年第一版，1941年第二版，1955年第三版材料力學基礎上的新著。該書集中反映了60年代在力學上取得的一些偉大成果。該書編排系統以及闡述具有深入淺出等特點，是一本很好的參考書。但隨著科技的發展，已進入信息時代，對新的教材思想、新的教學

6、內容與方法的探討，更要結合我國實際。3范欽珊主編的材料力學是面向21世紀課程教材。該書內容新、體系新，引入新材料，新方法，與傳統的材料力學相比，體系變化大，梯度大，是當今國內最新的好參考書。4初日德、聶毓琴主編的材料力學是原吉林工業大學力學系的一批老教師在退離教學第一線時留下的一份財富。這批老教師總結多年從事材料力學教學的經驗，根據材料力學課程教學基本要求，結合機械類各專業教學的需要而編寫的。該書對傳統的材料力學內容作了精簡、調整和充實。增加了實驗分析的內容和一些新方法，新理論，為了加強對學生分析，解決實際問題能力的培養，各章都增加了部分分析思考題。5為了適應面向21世紀教學內容和課程體系改革

7、的要求，充分反映了我校材料力學課程教學改革的成果和多年的教學實踐經驗，由陳塑寰、聶毓琴、孟廣偉編著的材料力學 ,于2000年12月由吉林科學技術出版社出版。該書作為教材，力求做到吸取當今國內、外材料力學的精華，從教學實際出發，既注重理論教學，有緊密聯系工程實際，對基本理論、基本概念闡述的簡潔明了，例題、習題絕大部分取自工程實際，特別的結合工程實際和基本理論、基本概念設置了分析思考題。結合當今科技發展的新成果，著重于工程應用，強化工程意識，做到全書結構嚴謹，實用性強。 四、本課程各章的主要內容與基本要求，重點與難點、學時分配第一章 緒論（2h）材料力學的任務、主要研究對象、研究方法、截面法、內力

8、、應力，變性和應變的概念。基本變形。基本要求：對材料力學的基本概念和基本分析方法有明確的認識。明確本門課要干什么，怎樣干，如何學好本門課。重點：本課程的性質、特點和研究方法。難點：關于剛體與變形體的簡化模型。第二章 軸向拉伸和壓縮（h）拉（壓）桿的內力、應力和變形，單向虎克定律，材料拉、壓時的力學性質，拉（壓）桿的強度條件，拉（壓）靜不定，應力集中的概念。基本要求：1） 具有將一般桿類零件簡化為力學簡圖的初步能力。2） 能對受拉（壓）桿件進行外力分析，內力計算，內力圖的畫法，應力計算，公式的推導與橫截面上應力的分布規律。3） 掌握材料在拉（壓）時的力學性質，了解材料力學實驗的基本方法。對塑性材

9、料和脆性材料的性質有所認識。4） 掌握工作應力、極限應力、許用應力與安全系數的概念。應用拉（壓）桿的強度條件解決工程中的三類問題。5） 掌握拉（壓）虎克定律，對拉（壓）桿進行變形的計算。6） 了解彈性變形能的概念。7） 拉（壓）靜不定的解法。8） 了解應力集中的概念。重點：） 拉（壓）桿的外力、內力、應力、變形計算，虎克定律） 材料的力學性質） 拉（壓）桿的強度條件難點：） 拉（壓）靜不定變形協調方程的建立。） 變性能的性質（特點）。） 應力集中的概念，圣維南原理。第三章扭轉和剪切（）扭轉的外力、內力、內力圖。圓軸扭轉的應力和變形，剪切虎克定律，剪應力互等定理，剪切和擠壓的實用計算。基本要求：

10、）掌握對軸類零件的外力矩計算，內力計算，內力圖的作法。）純剪切概念，剪切虎克定律，剪應力互等定理，圓軸扭轉時的應力和變形公式的推導與計算，扭轉軸的強度條件和剛度條件的建立與應用。）掌握剪切與擠壓實用計算的方法。重點：）剪切虎克定律，剪應力互等定理。）圓軸扭轉時應力公式的推導和計算，橫截面上應力的分布規律。）變形的計算公式，圓軸的扭轉時強度條件和剛度條件的建立和應用。難點：）圓軸扭轉時橫截面上剪應力計算公式的推導過程。第四章彎曲內力（）平面彎曲梁的內力、內力圖基本要求：）能用簡便方法列出剪力方程，彎矩方程。畫內力圖。）能根據、間的微積分關系，用簡便方法畫剪力圖和彎矩圖。）簡單平面剛架的彎矩圖的畫

11、法。重點：）直梁的內力方程和內力圖。）常見直梁和簡單平面剛架的彎矩圖。難點：）剛架的內力圖。附錄 平面圖形的幾何性質（h）靜矩，慣性矩，慣性半徑，慣性積，極慣性矩，主軸，形心主軸，形心主慣性矩，平行移軸公式。基本內容：） 靜矩，慣性矩，慣性半徑，慣性積，極慣性矩的定義。） 矩形，圓形截面慣性矩，慣性半徑的計算，圓形截面極慣性矩的計算。） 常見截面形心主軸的確定。） 正確應用平行移軸公式。重點：） 常見截面極慣性矩，慣性半徑計算。） 形心主慣性軸的確定。難點：） 平面圖形幾何性質的定義。） 形心主慣性軸的確定。第五章彎曲強度（）梁平面彎曲時的正應力，剪應力。彎曲正應力強度條件，彎曲剪應力強度條件

12、。基本要求：）了解純彎曲時梁橫截面上正應力公式的推導過程，應力分布規律，橫力彎曲時，橫截面上正應力計算，彎曲正應力強度條件。）了解橫力彎曲時橫截面上剪應力公式的推導過程，應力分布規律，彎曲剪應力強度條件。）掌握提高彎曲強度的一些主要措施。重點：） 彎曲正應力公式，彎曲剪應力公式中符號的意義。）會應用彎曲正應力強度條件。難點：）脆性材料的彎曲強度計算。）彎曲剪應力公式的推導過程。第六章彎曲變形（）撓曲線的微分方程，用積分法和疊加法求梁的變形。基本要求：）能列寫出撓曲線的微分方程。）能寫出確定全部積分常數的條件。）能畫出撓曲線的大致形狀。）能根據已知變形（學會查表），求相應的變形。）掌握提高彎曲剛

13、度的一些主要措施。重點：）撓曲線的微分方程的列寫，主要是正確寫出各段的彎矩方程。）知分幾段、出現多少積分常數，能寫出確定積分常數的支座條件、連續條件、光滑條件。難點：）撓曲線的微分方程的推導過程。）確定積分常數的條件。第七章應力及應變分析強度理論（）平面應力狀態下的應力和應變分析，三向應力狀態下的最大應力。廣義虎克定律。常用強度理論。基本要求：）能正確地從受力構件中取出原始單元體。）能用解析法和圖解法確定二向應力狀態下的主應力。）單元體最大剪應力的確定。）了解廣義虎克定律。）對強度理論有明確地認識，掌握常用強度理論的相當應力，并能將其應用于組合變形下構件的強度計算。重點：）一點出應力狀態的概念

14、。）主應力的計算，單元體最大剪應力的確定。難點：） 原始單元體的確定。）極值剪應力與最大剪應力的區別與聯系。）強度理論建立的依據。第八章組合變形構件的強度計算（）組合變形的類型，解決的方法和步驟，組合變形下構件的強度計算。基本要求：）能根據外力的受力特點，判定組合變形的類型。）掌握解決組合變形構件強度計算的方法和步驟。）能根據危險點的應力狀態，應用強度理論解決組合變形下構件的強度計算。重點：）組合變形構件危險截面，危險點的確定。）根據危險點的應力狀態及材料的性質，正確的選用強度理論。難點：）復雜受力構件危險點應力狀態的確定。）強度理論的正確選用。第九章實驗應力分析（）電測實驗應力分析的基本原理

15、和方法，應力的測定。基本要求：）明確電測法的基本原理，電阻應變儀的工作原理。）掌握測量電橋的接法。）主應力方向已知時的應力測定。）主應力方向未知時的應力測定。重點：）對于電測實驗應力分析的基本原理的認識。）電測實驗應力分析測量電橋的接法。難點：）布片方案的選擇。）測量電橋的接法。第十章 能量法（h） 變形能的計算，用能量法計算位移。 基本要求： 1）能計算各種變形下桿件的變形能。 2）對能量法的有關原理有正確的認識。 3）熟練的掌握一種計算位移的能量方法。 重點： ）計算莫爾積分的圖形互乘法。 難點： 1）能量法的基本原理。 第十一章 靜不定結構（h） 力法解靜不定的基本步驟，正則方程。 基本

16、要求： 1）能正確判定出靜不定的次數。 2）掌握力法解靜不定的基本步驟。 3）用力法正則方程求解靜不定結構。 重點： 1）正確的判定出靜不定的次數。 2）選取適當的靜不定基。 3）建立變形協調方程。 難點： 1）復雜結構靜不定次數的判定。 2）變形協調方程的建立。 第十二章 動載荷（2h）動、靜載荷的異同，應用動靜法、能量法計算動應力，動變形。基本要求：1）掌握動載荷與靜載荷的異同。 2）能應用動靜法計算等加速直線運動。 3）掌握用能量法解決沖擊問題的基本公式。 4）了解提高構件抗沖擊能力的一些措施。重點： ）沖擊時動荷系數的計算。難點： ）沖擊問題動荷系數的推導過程。第十三章 交變應力（4h

17、） 交變應力與疲勞破壞，材料持久極限及其測定，構件的持久極限及其影響因素，持久極限曲線,構件疲勞強度計算，提高構件疲勞強度的主要措施。 基本要求： 1）掌握交變應力參數計算。 2）疲勞破壞的特點與原因分析。 3）材料的持久極限及其測定。 4）構件的持久極限及影響因素。 5）持久極限曲線（疲勞限圖）的繪制。 6）構件的疲勞強度計算。 7）掌握提高構件疲勞強度的主要措施。 重點： 1）交變應力的參數計算。 2）疲勞破壞的原因分析。 3）影響構件持久極限的主要因素。 4）對稱循環下構件的疲勞強度計算。 難點： 1）持久極限曲線的繪制。第十四章 壓桿穩定（4h） 穩定性的概念，軸向受壓桿的臨界力與臨界

18、應力，壓桿穩定性的計算。基本內容：1）彈性平衡穩定性的概念。2）細長壓桿臨界力的歐拉方程。3）桿端不同約束的影響，長度系數。4）壓桿的柔度計算。 5）歐拉公式的適用范圍。 6）經驗公式，臨界應力總圖。 7）壓桿的穩定計算。 8）提高壓桿穩定性的措施。重點：1）壓桿的柔度計算。2）不同柔度壓桿的臨界力計算。3）壓桿的穩定計算。難點：1）穩定性的概念。2）歐拉公式的推導過程。3）穩定計算公式的選擇。 五 教學環節1 課堂講授（4h） 任課教師必須努力做到以下幾點：） 認真備課，熟練掌握本課程的基本內容。） 以學生為中心，采用啟發式，討論式等教學方法，注意調動學生的學習主動性和積極性，主觀培養學生的

19、邏輯思維能力，準確分析解決問題能力和創新能力，課堂學習氣氛活躍。） 講課的思路要清晰，要有問題的提出，解決問題的已知條件與抽象力學模型，分析解決問題的思路，總結等，概念要準確，重點要突出，要理論聯系實際，多舉一些實例，要適時反映本學科發展的狀態，特別是將本學科的科研成果引入課堂。） 上課精神要飽滿，教書育人，為人師表，以人格魅力和精神氣質，激發學生的求知欲和思維活力，在潛移默化中影響學生。系里要開展以下教學活動：） 集體備課。） 編寫制作教師課堂用CAI教學軟件。） 試講。） 互相聽課。） 組織專家教授進行課堂教學檢查，并對教師進行講評。） 教學法研討，定期召開教學法研究活動，撰寫教研論文。2

20、 分析討論課（4h，占講課學時）材料力學課程的特點是：內容較雜，公式較多，需要大量的練習，在重要的章節要適當安排一些分析討論課來消化內容。） 彎曲內力（1h）主要練習內力圖。） 應力分析（1h） 能量法（1h） 靜不定結構（1h）。3 實驗（10h）（內6外4） 材料力學課程是一門實踐性，設計性很強的技術基礎課，實驗教學是培養學生創新精神和實踐能力的重要教學環節。共安排5次實驗。） 低碳鋼和鑄鐵的拉伸實驗（2h）；） 低碳鋼和鑄鐵的壓縮實驗，測E、泊松比實驗（2h）；） 低碳鋼和鑄鐵的扭轉實驗，測G實驗（2h）；） 電測實驗（2h）；） 光測實驗，沖擊，疲勞，動荷實驗（2h）。以上實驗共計10

21、學時，課內占6學時，課外占4學時。力學實驗室為開放實驗室，開課后要預約實驗。材料力學實驗有材料力學實驗指導書，要求學生上實驗課之前要預習指導書，并寫出預習報告。實驗時每組人數23人，每位任課教師要指導一個實驗教學班的實驗。實驗報告要用學校統一印制的實驗報告用紙，教師要認真批閱每份實驗報告，評出成績并做好記錄。4 設計訓練分析思考題和習題是引導學生主動探索，理解與掌握知識，掌握計算方法和技巧，培養運用知識解決問題的能力的重要環節。因此在各主要章的課后都有習題作業，教師要認真批閱，評出成績，記入平時成績之中，并在課堂上對作業進行講評。另外，為了配合內容的消化理解，各章后配有分析思考題，分析難點思考

22、題不作為書面作業，要求同學要看，要思考，對難點的問題利用課堂提問的方式來分析討論。由于書后的習題較多，有些題目比較難，作業分兩部分留，一部分是按“基本要求”達到的水平，要求必做，必交的，另一部分類同題或較難題留給學有余力的同學選做。各主要章課后必做習題作業第二章 P34: 2-1b.c ,2-3,2-9,2-12,2-13,2-16,2-27,2-29第三章 P66: 3-1b,3-5,3-7,3-12,3-31第四章第五章 P109: 5-2,5-6,5-13,5-31,5-32第六章 P126: 6-1a,6-2第七章 P159 :7-1a,7-2,7-8,7-10,7-11,7-12c,7-13,7-21第八章 P179:8-5,8-9,8-10, 8-18第九章 P198:9-1,9-8第十章 P223:,10-3a,10-5,10-7,10-26,第十一章 P256:11-1b,11-3,11-5,11-19,第十二章 P275:12-7,12-10,12-12第十三章 P296:13-1,13-4,1