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1、课程性质
本课程为土建类专业的一门重要的技术基础课,是学习专业课程及从事专业技术工作的必备知识。本课程知识体系完整,涉及知识面广,需要以高等数学为基础涉及物理学及工程实际中的相关知识。通过该课程的学习,可以使学生学习解决建筑工程中力学问题的理论,掌握常规材料力学实验方法。培养解决工程技术相关问题的能力。本课程学时约为56-62学时。
2、课程目的
(1)使学生掌握杆件的强度、刚度、稳定性计算问题的基本概念和基础理论知识,并具有一定的计算能力和初步的实验能力。
(2)为学习后续课程准备条件。
3、与其它课程的联系与分工
本课程最主要的前导课程和后续课程分别是理论力学和结构力学。理论力学提供处理材料力学问题的基本方法,它是材料力学的重要基础;材料力学为杆件系统的计算奠定了理论基础,它是结构力学的重要基础。
4、课程内容
(1)绪论
材料力学的研究对象、任务和研究方法,变形固体及其基本假设,杆件的变形形式。
(2)轴向拉伸和压缩
轴向拉伸和压缩的实例和计算简图,内力、截面法、轴力图。应力的概念,轴向拉(压)杆的应力和强度条件,强度计算。轴向拉(压)杆的变形。拉压超静定的概念。
低碳钢的拉伸试验,应力-应变图及特性点,塑性性质,铸铁及其它材料的拉伸性质,材料在压缩时的力学性质,塑性材料和脆性材料力学性质的比较。
重点是轴力图、拉(压)杆的强度计算及材料的力学性质。
(3)连接构件的剪切、挤压
剪切的概念和实例,剪切的实用计算,挤压的实用计算。
(4)扭转
扭转的实例和计算简图,外力偶矩的计算,扭矩及扭矩图。薄壁圆筒的扭转,切应力、切应变,剪切胡克定律。
圆轴扭转时横截面和斜面上的应力。极惯性矩,扭转截面系数,圆轴扭转时的强度计算,圆轴扭转时的变形和刚度计算。矩形截面杆自由扭转时的应力和变形。
重点是扭矩图、圆轴扭转时的强度计算。
(5)截面的几何性质
静矩和形心,组合截面的静矩和形心计算,轴惯性矩,极惯性矩和惯性积,惯性矩和惯性积的平行移轴公式。
(6)弯曲内力
梁的平面弯曲的概念和梁的计算简图,剪力和弯矩,求梁指定截面上的剪力和弯矩,用列剪力方程和弯矩方程方法画剪力图和弯矩图,弯矩、剪力和均布荷载集度间的微分关系,用微分关系法画剪力图和弯矩图,用区段叠加法画弯矩图。
重点是微分关系法画剪力图和弯矩图。
(7)弯曲应力
纯弯曲时梁横截面上的正应力。弯矩与挠曲线曲率的关系。弯曲刚度,弯曲截面系数,纯弯理论理论的推广。矩形、工字形、空心圆截面,圆截面梁弯曲切应力。正应力强度条件,剪应力强度条件,梁的强度计算。
重点是梁的正应力强度条件、强度计算。
(8)弯曲变形
挠度和转角,梁挠曲线近似微分方程。用积分法求梁的挠度和转角,用叠加法求梁的挠度和转角,梁的刚度校核及提高梁的刚度措施。
(9)应力状态分析
应力状态的概念,平面应力状态分析,斜截面上的应力,应力圆、主应力、主平面、梁的主应力迹线。
空间应力状态分析简介,最大切应力,广义虎克定律。
重点是平面应力状态分析。
(10)强度理论
强度理论的概念,四个常用的强度理论及其相当应力,莫尔强度理论,强度理论的简单应用。
(11)组合变形
组合变形的概念及实例,组合变形问题的解法,斜弯曲时的应力和强度计算,斜弯曲的挠度,拉伸(压缩)与弯曲组合时的强度计算,偏心拉、压时的应力和强度计算,截面核心的概念,扭转和弯曲组合时的强度计算。
重点是斜弯曲、拉伸(压缩)与弯曲、偏心拉(压)时的组合强度计算。
(12)压杆稳定
压杆稳定的概念,临界力,细长压杆临界力的欧拉公式,长度系数、相当长度。临界应力,欧拉公式的应用范围及经验公式,压杆的稳定条件,稳定性计算,提高压杆稳定性的措施。
重点是压杆临界力的计算及稳定性计算。
5、习题要求
每次课后留有适当数量的习题(3~4)题,应有基本题(2/3)和一定难度的综合题,以达到巩固和理解所学的概念,掌握分析问题和解决问题的方法和能力,提高计算技能,培养严肃认真的科学作风。
6、实验要求
(1)拉伸和压缩试验
要求学生测定低碳钢在拉伸时的屈服极限、强度极限、延伸率和断面收缩率;铸铁拉伸和压缩时的强度极限;测定钢的弹性模量。观察低碳钢和铸铁在拉、压时的屈服、颈缩、断口等现象,比较两种材料力学性能的差异。对万能实验机的工作原理及操作有初步了解。
(2)扭转试验
要求学生测定低碳钢的剪切屈服极限和剪切强度极限;铸铁的剪切强度极限;测定钢的切变模量。观察低碳钢和铸铁在扭转时的屈服、断口等现象。对扭转实验机的工作原理及操作有初步了解。
(3)弯曲试验
要求学生测定梁在纯弯曲时的正应力,并与理论值比较,以验证梁的弯曲正应力公式。对电测法的一般原理、电阻应变仪的操作有初步了解。
7、教学方法与要求
采用理论讲课、习题课与分析讨论课相结合、启发式教学,并达到以下具体基本要求。
(1)对本课程的基本概念和基本方法有明确的认识。
(2)具有将杆类零、构件简化为计算简图的初步能力。
(3)能正确分析直杆在常见荷载作用下的变形形式,并能较熟练地分析杆件的内力、绘制相应的内力图。
(4)能分析杆件的应力、变形,进行强度和刚度计算。
(5)能求解一次超静定问题。
(6)对应力状态和强度理论有一定认识,并能进行组合变形下的强度计算。
(7)能计算简单压杆的临界荷载和临界力,并进行稳定性计算。
(8)了解常用材料的力学性能、对测试方法有初步认识。
(9)初步掌握电测应力分析的基本原理和方法。
(10)培养学生认真对待作业的习惯以及相应的数字计算、绘图和文字表达能力。
8、考核方式
平时考查与期末考试相结合,以考试成绩为主。
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