材料力學(xué)課件

材料力學(xué)專業(yè)班級(jí)：芙蓉土木工程1004-1008班主講教師：黃志剛所在學(xué)院：土木建筑工程學(xué)院-春季學(xué)期《材料力學(xué)》課程教案課程名稱：材料力學(xué)英文名稱：MechanicsofMaterials課程類型:必修課學(xué)時(shí)：66授課學(xué)時(shí)：60實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：6學(xué)分：3.5考察方式：考試一、課程性質(zhì)、目的和任務(wù)材料力學(xué)是變形固體力學(xué)的一種分支，它是土木工程專業(yè)必修的專業(yè)核心課程。為后續(xù)課程《構(gòu)造力學(xué)》、《混凝土構(gòu)造設(shè)計(jì)原理》、《鋼構(gòu)造設(shè)計(jì)原理》、《鋼構(gòu)造設(shè)計(jì)》以及《砌體構(gòu)造》等各專業(yè)課的學(xué)習(xí)提供預(yù)備知識(shí)。本課程安排在第三學(xué)期，是在學(xué)生學(xué)完高等數(shù)學(xué)、理論力學(xué)等課程之后，在學(xué)生數(shù)學(xué)力學(xué)等必備的知識(shí)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究構(gòu)件在力的作用下，內(nèi)力、應(yīng)力、變形及穩(wěn)定性等問(wèn)題。通過(guò)材料力學(xué)的學(xué)習(xí)，規(guī)定學(xué)生對(duì)桿件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性等問(wèn)題含有明確的基本概念和必要的基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)慣用材料的基本力學(xué)性能及其測(cè)定辦法、電測(cè)實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析的基本原理和基本辦法有初步認(rèn)識(shí)，使學(xué)生初步會(huì)用材料力學(xué)的理論和分析辦法，解決某些簡(jiǎn)樸的工程實(shí)際問(wèn)題，為學(xué)習(xí)有關(guān)的后繼課程打下初步基礎(chǔ)。由于本課程的內(nèi)容及眾多公式含有一定程序及規(guī)律，為了系統(tǒng)地學(xué)習(xí)、研究其內(nèi)在規(guī)律，對(duì)整個(gè)教材的教學(xué)構(gòu)想是應(yīng)用框圖思維法，即削枝強(qiáng)干，刪繁就簡(jiǎn)，強(qiáng)調(diào)“三基”，突出重點(diǎn)，達(dá)成有助于培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的能力。二、課程教學(xué)和教改基本規(guī)定通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生明確認(rèn)識(shí)材料力學(xué)的基本概念和基本分析辦法，培養(yǎng)分析問(wèn)題、推導(dǎo)計(jì)算、判斷成果和自學(xué)查閱的能力；純熟地做出桿件基本變形時(shí)的內(nèi)力圖，進(jìn)行應(yīng)力和位移、強(qiáng)度和剛度計(jì)算；掌握應(yīng)力狀態(tài)分析辦法和理論，掌握組合變形下桿件的強(qiáng)度計(jì)算；掌握簡(jiǎn)樸超靜定問(wèn)題的求解辦法；理解壓桿的穩(wěn)定性概念，會(huì)計(jì)算軸向受壓桿的臨界力與臨界應(yīng)力；理解低碳鋼和鑄鐵的基本力學(xué)性能及其測(cè)試辦法；掌握電測(cè)實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析的基本原理和辦法。對(duì)桿件的受力分析、強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性問(wèn)題含有明確的基本概念、必要的基礎(chǔ)知識(shí)、比較純熟的計(jì)算能力，初步的力學(xué)建模及對(duì)簡(jiǎn)化模型近似性評(píng)定的能力，一定的定性與定量分析能力和初步的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。三、課程各章重點(diǎn)、難點(diǎn)以及教學(xué)規(guī)定和教學(xué)內(nèi)容第一章緒論及基本概念本章應(yīng)掌握材料力學(xué)的任務(wù)、同有關(guān)學(xué)科的關(guān)系，變形固體的基本假設(shè)，材料力學(xué)的研究對(duì)象，桿件變形的基本形式?！颈菊轮攸c(diǎn)】1.強(qiáng)度、剛度以及穩(wěn)定性的概念2.橫截面、軸線的概念3.變形固體的四個(gè)基本假設(shè)【教學(xué)辦法】由材料力學(xué)的發(fā)展史及在工程實(shí)際中重要地位激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)材料力學(xué)的主動(dòng)性?！舅伎碱}】1.構(gòu)件正常工作需要滿足哪三個(gè)條件？2.變性固體的基本假設(shè)有哪些？3.常見(jiàn)的基本變形有哪些？并舉例闡明之。第二章軸向拉伸和壓縮掌握截面法和內(nèi)力、應(yīng)力、變形、應(yīng)變的概念；掌握單向應(yīng)力狀態(tài)的本構(gòu)關(guān)系，軸力與軸力圖，直桿橫截面及斜截面的應(yīng)力；理解材料拉伸及壓縮時(shí)的力學(xué)性能，應(yīng)力-應(yīng)變曲線。掌握拉壓桿強(qiáng)度條件；理解安全因數(shù)及許用應(yīng)力的擬定；掌握拉壓桿變形，胡克定律；理解彈性模量、泊松比、圣維南原理，應(yīng)力集中的概念。金屬材料的拉伸與壓縮實(shí)驗(yàn)（2學(xué)時(shí)）：通過(guò)實(shí)驗(yàn)協(xié)助學(xué)生掌握材料的力學(xué)性質(zhì)，理解力學(xué)實(shí)驗(yàn)的特殊性，掌握機(jī)器儀器的操作，以培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力，嚴(yán)肅認(rèn)真的精神和良好的科學(xué)習(xí)慣?！颈菊轮攸c(diǎn)】1.軸向拉伸與壓縮時(shí)橫截面上的內(nèi)力和應(yīng)力2.應(yīng)力的概念、切應(yīng)力的正負(fù)號(hào)判斷3.軸向拉伸或壓縮時(shí)的變形4.胡克定律【本章難點(diǎn)】1.應(yīng)力的概念以及切應(yīng)力正負(fù)號(hào)的判斷2.橫截面以及斜截面上正應(yīng)力以及切應(yīng)力計(jì)算公式的推導(dǎo)【思考題】1.何謂軸向拉伸時(shí)的平面假設(shè)？2.何謂胡克定律？3.典型塑性材料拉伸以及壓縮時(shí)的力學(xué)特性？第三章扭轉(zhuǎn)掌握扭矩及扭矩圖，切應(yīng)力互等定理，剪切胡克定律，圓軸扭轉(zhuǎn)的應(yīng)力與應(yīng)變，扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度及剛度條件；理解矩形截面和薄壁桿件扭轉(zhuǎn)。金屬材料的扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)（2學(xué)時(shí)）：通過(guò)實(shí)驗(yàn)協(xié)助學(xué)生掌握材料扭轉(zhuǎn)時(shí)的特性，加深對(duì)理論的理解?！颈菊轮攸c(diǎn)】1.圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)的應(yīng)力公式的推導(dǎo)及其應(yīng)用2.圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)的扭轉(zhuǎn)角和單位扭轉(zhuǎn)角的計(jì)算3.圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)的強(qiáng)度與剛度的計(jì)算【本章難點(diǎn)】圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)的靜不定問(wèn)題及其求解【教學(xué)辦法】引進(jìn)工程實(shí)際中的例子,由淺入深講扭轉(zhuǎn)概念。推導(dǎo)計(jì)算公式和辦法,結(jié)合實(shí)際解說(shuō)深?yuàn)W的理論比較易懂。在推導(dǎo)公式過(guò)程中,強(qiáng)調(diào)材料力學(xué)分析問(wèn)題時(shí),必須從變形入手,綜合幾何、物理、靜力學(xué)等三方面來(lái)考慮，這思路和辦法始終貫穿這門課程。【思考題】1.何謂扭轉(zhuǎn)時(shí)平面假設(shè)？2.推導(dǎo)圓軸扭轉(zhuǎn)橫截面應(yīng)力的思路和辦法3.如何進(jìn)行圓軸扭轉(zhuǎn)的強(qiáng)度和剛度的計(jì)算第四章彎曲應(yīng)力掌握平面彎曲的內(nèi)力，剪力、彎矩方程，剪力、彎矩圖；彎矩、剪力與分布荷載集度間的微分關(guān)系，運(yùn)用微分關(guān)系畫剪力、彎矩圖。彎曲正應(yīng)力公式，彎曲切應(yīng)力，彎曲強(qiáng)度條件，提高彎曲強(qiáng)度的方法。理解薄壁截面梁的彎曲切應(yīng)力和彎曲中心?！颈菊轮攸c(diǎn)】1.彎曲的內(nèi)力:剪力和彎矩2.梁和剛架的剪力圖和彎矩圖的繪制3.運(yùn)用載荷集度、剪力和彎矩間的微分關(guān)系的幾何意義直接繪制剪力圖和彎矩圖.4.純彎曲時(shí)的正應(yīng)力計(jì)算公式5.彎曲時(shí)的正應(yīng)力強(qiáng)度條件6.幾個(gè)常見(jiàn)提高彎曲強(qiáng)度的方法【本章難點(diǎn)】1.運(yùn)用載荷集度、剪力和彎矩間的微分關(guān)系的幾何意義直接繪制剪力圖和彎矩圖2.彎曲剪應(yīng)力計(jì)算公式3.彎曲剪應(yīng)力強(qiáng)度條件【教學(xué)辦法】對(duì)梁的彎曲內(nèi)力的分析和研究必須從剪力方程和彎矩方程的建立開(kāi)始,因此解說(shuō)過(guò)程用最簡(jiǎn)樸的辦法描述,使學(xué)生們?nèi)菀渍莆?這也是工程設(shè)計(jì)中的必備技能。繪制剪力圖和彎矩圖是基本功,必須從難從嚴(yán)規(guī)定。在工程實(shí)際中碰到梁的彎曲問(wèn)題更多,由實(shí)際中的梁的彎曲中引出彎曲的概念,再?gòu)睦碚撋先パ芯糠治觥Ｓ杀砑袄锏剡M(jìn)行分析歸納總結(jié),推導(dǎo)出梁彎曲時(shí)橫截面上內(nèi)力、應(yīng)力的分布規(guī)律及其變形特點(diǎn)。為了工程上的安全,必須進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算?！舅伎碱}】1.何謂彎曲？平面彎曲？2.如何鑒別剪力和彎矩正負(fù)號(hào)的？3.如何建立剪力和彎矩方程的？4.如何運(yùn)用載荷集度、剪力和彎矩間的微分關(guān)系直接繪制剪力圖和彎矩圖5.何謂純彎曲.橫力彎曲？6.何謂彎曲時(shí)平面假設(shè)？7.如何推導(dǎo)純彎曲時(shí)的正應(yīng)力計(jì)算公式？8.如何推導(dǎo)橫力彎曲時(shí)的剪應(yīng)力計(jì)算公式？9.如何提高梁的彎曲強(qiáng)度？10.在什么狀況下要進(jìn)行提高彎曲剪應(yīng)力強(qiáng)度計(jì)算？第五章彎曲時(shí)的位移掌握梁的位移概念，撓曲線及其近似微分方程；理解積分法求梁的位移；掌握疊加法求梁的位移；理解梁的剛度校核及解提高梁彎曲剛度的方法。梁彎曲正應(yīng)力實(shí)驗(yàn)（2學(xué)時(shí)）：通過(guò)實(shí)驗(yàn)協(xié)助學(xué)生理解梁彎曲的測(cè)試辦法，加深對(duì)理論的理解?！颈菊轮攸c(diǎn)】1.撓曲線的微分方程的建立2.對(duì)撓曲線的微分方程進(jìn)行積分【教學(xué)辦法】上一章已經(jīng)講到梁的彎曲變形,根據(jù)工程實(shí)際的規(guī)定必須限制其變形在一定的范疇內(nèi),因此在工程中必須進(jìn)行剛度條件計(jì)算.在解說(shuō)如何求解梁的彎曲變形時(shí),積分法是基本辦法。在此特別強(qiáng)調(diào)建立彎矩方程這基本功?！舅伎碱}】1.何謂彎曲變形的撓度和轉(zhuǎn)角？2.如何對(duì)的建立彎矩方程才干簡(jiǎn)化積分常數(shù)？3.撓曲線的微分方程是如何建立？4.如何用積分法求彎曲變形？5.何謂疊加原理及其疊加法的環(huán)節(jié)？第六章簡(jiǎn)樸的超靜定問(wèn)題掌握拉壓超靜定問(wèn)題，簡(jiǎn)樸超靜定梁【本章難點(diǎn)】簡(jiǎn)樸靜不定梁求解的思路和辦法【思考題】1.何謂靜不定問(wèn)題？2.求解靜不定問(wèn)題的思路及其辦法第七章應(yīng)力狀態(tài)和強(qiáng)度理論掌握應(yīng)力狀態(tài)和強(qiáng)度理論，應(yīng)力狀態(tài)的概念，平面應(yīng)力狀態(tài)下應(yīng)力分析的解析法及圖解法，廣義胡克定律；強(qiáng)度理論的概念，破壞形式的分析，脆性斷裂和塑性屈服，最大拉應(yīng)力理論，最大拉應(yīng)變理論最大切應(yīng)力理論，形狀變化能密度理論。理解三向應(yīng)力狀態(tài)介紹，體積應(yīng)變，三向應(yīng)力狀態(tài)下應(yīng)變能、體積變化能、形狀變化能的概念?！颈菊轮攸c(diǎn)】1.二向應(yīng)力狀態(tài)分析——解析法2.莫爾圓的繪制及其應(yīng)用.3.廣義胡克定律4.四種慣用強(qiáng)度理論【本章難點(diǎn)】莫爾圓的繪制及其應(yīng)用.【教學(xué)辦法】本章內(nèi)容偏難,但是如何將復(fù)雜而較難的問(wèn)題轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)樸的而又通俗的道理講給學(xué)生聽(tīng)？如何將抽象思維與形象思維結(jié)合起來(lái)？因此在授課過(guò)程中,應(yīng)用實(shí)物與掛圖相結(jié)合,把復(fù)雜和深?yuàn)W的理論簡(jiǎn)樸化,學(xué)生比較容易掌握?！舅伎碱}】1.何謂一點(diǎn)處的應(yīng)力狀態(tài)？2.何謂主應(yīng)力.主平面？3.受力構(gòu)件內(nèi)任何一點(diǎn)處都有三個(gè)主平面和三個(gè)主應(yīng)力嗎？4.如何推導(dǎo)任意斜截面上的應(yīng)力的計(jì)算公式？5.如何計(jì)算主應(yīng)力的大小和主平面位置？6.莫爾圓如何繪制及其應(yīng)用？7.一種單元體如何與莫爾圓相對(duì)應(yīng)？8.廣義胡克定律的推導(dǎo)的根據(jù)是什么？9.如何應(yīng)用廣義胡克定律？第八章組合變形及連接部件的計(jì)算掌握剪切及擠壓的概念和實(shí)用計(jì)算計(jì)算；掌握組合變形下桿件的強(qiáng)度計(jì)算，理解截面核心?！颈菊轮攸c(diǎn)】1.求解拉伸或壓縮與彎曲的組合的原理和辦法2.求解扭轉(zhuǎn)與彎曲的組合的原理和辦法【本章難點(diǎn)】求解扭轉(zhuǎn)與彎曲的組合的原理和辦法【教學(xué)辦法】這一章內(nèi)容是上幾章內(nèi)容的組合,正如這一章題目所表明的那樣.因此在解說(shuō)過(guò)程中,重復(fù)回想基本變形以及疊加原理。在這基礎(chǔ)之上,重復(fù)練習(xí)強(qiáng)化已知知識(shí),從而學(xué)到新的知識(shí)和辦法。【思考題】1.求解組合變形的原理和辦法？2.求解拉伸或壓縮與彎曲的組合的原理和辦法？3.求解扭轉(zhuǎn)與彎曲的組合的原理和辦法？第九章壓桿穩(wěn)定掌握壓桿穩(wěn)定的概念，細(xì)長(zhǎng)壓桿臨界荷載的歐拉公式，臨界應(yīng)力、經(jīng)驗(yàn)公式、臨界應(yīng)力總圖，壓桿的穩(wěn)定校核；理解安全因數(shù)法，折減因數(shù)法，提高穩(wěn)定性的方法?！颈菊轮攸c(diǎn)】1.兩端鉸支細(xì)長(zhǎng)壓桿的臨界壓力2.其它支承條件細(xì)長(zhǎng)壓桿的臨界壓力【本章難點(diǎn)】用安全系數(shù)法進(jìn)行壓桿穩(wěn)定性的校核【教學(xué)辦法】這是獨(dú)立成章的內(nèi)容.研究的辦法與以前的內(nèi)容有不同之處,即按照變形后的形狀來(lái)研究,但都是小變形。這里必須強(qiáng)調(diào)平衡的穩(wěn)定與不穩(wěn)定的新概念以及細(xì)長(zhǎng)壓桿穩(wěn)定的條件.現(xiàn)有過(guò)去的舊知識(shí)又有新的內(nèi)容與辦法?！舅伎碱}】1.何謂壓桿穩(wěn)定？2.何謂壓桿喪失穩(wěn)定？3.何謂壓桿的臨界壓力？4.歐拉公式的合用范疇5.如何進(jìn)行壓桿穩(wěn)定性的校核？附錄Ⅰ截面的幾何性質(zhì)掌握靜矩與形心，組合截面的一次矩與形心，截面二次矩，平行移軸公式；理解轉(zhuǎn)軸公式?！颈菊轮攸c(diǎn)】1.平行移軸公式2.轉(zhuǎn)軸公式3.主慣性軸與形心主慣性軸的概念4.主慣性矩與形心主慣性矩的計(jì)算【教學(xué)辦法】本章內(nèi)容與數(shù)學(xué)知識(shí)連在一起,與力學(xué)知識(shí)無(wú)關(guān),只涉及高數(shù),因此只分析研究數(shù)學(xué)的簡(jiǎn)樸知識(shí)?！舅伎碱}】1.何謂靜矩.慣性矩及慣性積？2.平行移軸和轉(zhuǎn)軸公式是如何推導(dǎo)？3.如何擬定主慣性軸的位置？4.如何擬定形心主慣性軸的位置？5.如何計(jì)算主慣性矩與形心主慣性矩？四、各教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)時(shí)分派章次授課實(shí)驗(yàn)1.緒論及基本概念22.軸向拉伸和壓縮823.扭轉(zhuǎn)624.彎曲應(yīng)力825.梁彎曲時(shí)的位移66.簡(jiǎn)樸的超靜定問(wèn)題67.應(yīng)力狀態(tài)和強(qiáng)度理論88.組合變形及連接部分的計(jì)算89.壓桿穩(wěn)定610.截面的幾何性質(zhì)2五、實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)部分見(jiàn)附錄。六、作業(yè)為了協(xié)助學(xué)生掌握課程的基本內(nèi)容，培養(yǎng)分析、解決問(wèn)題的能力，結(jié)合所講授的內(nèi)容在教材的課后習(xí)題中選用適量且難易適中的習(xí)題作為學(xué)生的書面作業(yè)，最少對(duì)半數(shù)以上的作業(yè)進(jìn)行批閱，方便發(fā)現(xiàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題，對(duì)存在的比較典型的問(wèn)題，在習(xí)題課上予以解說(shuō)。七、教材和教學(xué)參考書教材[1]孫訓(xùn)方編，《材料力學(xué)》（第五版），北京:高等教育出版