哈工大[材料力学_-_I_]课程教学大纲

《材料力学 - I 》课程教学大纲

课程中文名称：材料力学

课程英文名称： Mechanics of Materials 总学时： 98 讲课学时： 64 习题学时： 8 实验学时： 8 上机学时： 18

授课对象： 机械、建筑、交通、材料、动力、能源等专业本科生 先修课程：高等数学，理论力学 一、课程教学目的

通过本课程学习，要求学生正确理解构件的强度、刚度、稳定性等基本概念以及平衡、 几何、物理三类方程在求解力学问题时的重要作用。能熟练地计算杆件的应力与变形以及分 析其强度、刚度与稳定性的能力。通过实验课教学，培养学生具有一定的创新性、综合性的 实验能力。

二、教学内容及基本要求

强度、刚度、稳定性 ； 变形固体及其理想化；外力及其分类；变形与位移。

应力状态分析： 内力；应力的概念，正应力与切应力；一点的应力状态；切应力互等定律 ；二向应力状态分析，解析法；二向应力状态分析，图解法；三向应力状态分析；微体平衡。 应变状态分析： 应变概念，线应变与切应变；位移与应变的关系； 几何方程；应变协调条 件，相容方程；平面应变状态分析。

材料的力学性能、应力应变关系： 材料的力学性能与基本实验；轴向拉伸和压缩实验；常 见工程材料的应力—应变曲线； 应力松驰与蠕变； 各向同性材料的广义虎克定律；应变能 ；各向同性材料弹性常数间的关系；各向异性材料应力—应变关系。

轴向拉压： 轴向拉压杆的内力；轴向拉压杆的应力；圣文南原理 ；应力集中；轴向拉压杆 的变形，变形能； 轴向拉压静不定问题，温度应力，装配应力； 构件受慣性力作用时的应 力计算。

扭转： 扭转杆件的内力；圆轴扭转横截面上切应力 ；圆轴扭转破坏模式的分析；圆轴扭转 变形与变形能；薄壁杆的自由扭转，剪力流。

弯曲： 梁的内力，剪力与弯矩；剪力图与弯矩图 ；载荷、剪力及弯矩间的关系；纯弯曲梁 的正应力；有关弯曲的讨论；弯曲切应力；开口薄壁非对称截面梁的弯曲，弯曲中心；梁的 弹性弯曲变形，弹性曲线微分方程；直接积分求梁的变形；叠加原理与叠加法求变形；曲杆 弯曲。

复杂内力时杆件应力计算： 斜弯曲；偏心拉伸与压缩；截面核心；弯曲与扭转 。 能量原理： 虚功，杆件内力的虚功；虚功原理及其对杆件的应用；莫尔定理；图形互乘法 ；虚功原理应用于小变形固体；冲击。

静不定结构： 静不定结构的概念及其分析方法；用力法分析静不定结构；具有对称与反对 称性的静不定结构；连续梁。

材料失效及强度理论： 常用工程材料的失效模式及强度理论概念； 关于断裂的强度理论 ；关于屈服的强度理论；莫尔强度理论；强度条件与强度计算。

杆件的强度、刚度计算： 强度条件与刚度条件；轴向拉压杆件的强度计算；扭转杆件的强 度、刚度计算；弯曲杆件的强度、刚度计算；复杂内力时杆件的强度、刚度计算；提高构件 强度、刚度的一些措施。

联接： 工程中常见的联接结构；剪切实用计算；挤压实用计算；焊接缝与胶粘接缝的实用 计算。

弹塑性变形与极限载荷分析： 弹塑性变形与极限载荷法概念；应力 -应变关系曲线的简化 ；静不定桁架的极限载荷；圆轴的弹塑性扭转， 残余应力；梁的弹塑性弯曲，塑性铰。 疲劳与断裂： 交变应力与对其描述；疲劳概念与材料的疲劳极限；影响疲劳极限的主要因 素；疲劳强度计算；变幅交变应力下构件的疲劳强度计算；疲劳裂纹扩展与构件的疲劳寿命 压杆稳定： 压杆稳定性概念；确定临界力的静力法，欧拉公式；超过比例极限压杆的临界 力计算；关于压杆稳定性的进一步讨论；中心加载压杆稳定性设计。 三、课程负责人示范性教学设计 1．教学内容设计与学时安排

2 ．参考教材

1）《新编材料力学》，张少实主编，机械工业出版社。简称“ 教材1 ”。 2）《材料力学计算机辅助课堂教学多媒体系统（MMCAI ）》， 张少实 主编。简称“ 教材 2 ”。

该参考教材突出了应力分析与应变分析难点和重点内容，用视频、音频、动画、图像、 超文本等超媒体技术，不仅仿真了构件变形动态过程、变形最终结果、应力场等，而且还透 视到构件内部，仿真内部点、线、面的位移或变形。

3）《基于Internet 的材料力学电子教材与教学图形库》，张少实主编。简称“ 教材 3 ”。 4）《 基于 Internet的材料力学网络教学系统》，张少实主编。简称“ 教材 4 ”。 5）《材料力学多媒体电子教程》，张少实主编。简称“ 教材 5 ”。 3．课程内容与体系总体设计

总的指导思想是：将教学思想与观念改革、课程内容与体系改革、教学手段与方法改革 融为一体，统一进行。用面向新世纪力学学科的新思想和新观点，来审视、精选、强化、浓 缩和重新组织经典内容，更加满足机械原理、零件和力学等后续课程对于力学基础知识的需 求；适当增加新内容，目的是为当代力学的先进成果和思想开辟窗口和开设接口。与传统材 料力学相比，课程内容与体系以及理论知识的表述手段上有如下改革：

1） 将以变形为课程主线的传统体系改为以应力、应变分析为主线；引入取微元体的分析方 法，从而加强应力、应变分析观点；引入平衡微分方程、应力和位移边界条件、几何方程、 相容方程等弹性力学基本方程。

2）突出力学方程、几何方程、物理方程这三大方程在求解力学问题时的普遍意义和本质所 在。

3）将研究对象从一维杆件扩充到三维弹形体。同时阐述均匀与非均匀、连续与非连续、各 向同性与各向异性、小变形与大变形、线性与非线性等关于研究对象的基本假设，从而恰当 引入了弹性力学、塑性力学、 复合材料力学等学科的新观点和新思想并为此开辟窗口或开 设接口。

4）将传统的杆件拉、压、剪、扭、弯、组合变形等五个章节内容加以浓缩，突出平面假设 ，并揭示将这一问题作为三维问题的一个特例，再应用“平面假设”，从而得到问题解这一 方法的本质所在。

5）彻底改变了书中插图是线框图形的传统面貌，代之而来的是运用计算机绘制的立体感与 透明感很强的二维、三维图形与图像，这样更有助于对理论知识做形象直观描述；更能紧密 联系工程实际。

4．作业量： 90-100题。 5．成绩考核 1）作业：5分 2）实验：10分

以开放试验为重点，将实验课的教学目的从以往只是验证理论改为在验证理论的同时， 引导学生初步了解和掌握当代科学技术和工程实际中 最先进的 实验应力分析（如电测和光 测等）的原理和方法；变原来课堂封闭式实验为开放性试验，适当增加具有综合性、设计和 研究性内容的实验，在培养学生动手能力和创新观念上下功夫。重点考核学生动手能力和创 新思维能力。

3）电算大作业：10分

以梁的弯曲变形知识为基础，以差分法为基本方法，重点在于用计算机解大规模线性方 程组。要求学生独立建模、设计算法、编程、调试程序和计算出最终结果。考核学生综合运 用材料力学基础知识和运用计算机的解题能力。 4）期中考试 25分, 期末考试50分。

考试以考核学生对基本知识理解程度和综合运用能力为主，期末考试还增设一道综合性较强 ，难度系数较大的附加题（ 10分）。答对加分，答错不扣分，鼓励学生创造性思维。 6．分章教学实施

改变传统的“一本教材一支笔，一块黑板一张口”的教学模式，应用多媒体技术，通过 演示课件，开展启发式教学。教学过程中，要以学生为主体，改变过去那种喋喋不休的说教 方法，让学生多观察、多思考，多分析，从而引导学生自己得出某些结论。开展课堂讨论式 授课方式，采取教师讲解与师生共同讨论相结合方式