工程力学A教学大纲.docx

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工程力学A教学大纲

《工程力学（A）》教学大纲

课程名称：

工程力学

课程类别：

专业基础课、

适用专业:

机械设计制造及自动化专业（师范类），汽车服务工程专业

总学时数：

128

学　　分：

8

编制部门：

机械与汽车工程学院基础教学部

修订日期：

2005.6.30

一．课程的性质与任务

《工程力学》课程是一门理论性和实践性较强的技术基础课。

它包括理论力学和材料力学两大部分。

本课程的教学目的是使学生掌握质点、质点系和刚体机械运动（包括平衡）的基本规律及其研究方法，使学生对杆件的强度、刚度和稳定性问题有明确的基本概念，必要的基础知识和比较熟练的计算能力和初步的实验分析能力。

学习本课程的意义：

使学生学会应用工程力学的基本理论和方法分析与解决机械工程中的一些简单实际问题。

并为学生学习后继课程及有关的科学技术打好必要的力学基础。

同时结合本课程的特点，培养学生的创新思维和辩证唯物主义世界观，培养学生的综合素质与能力。

二．本课程的基本要求

通过本课程的学习，使学生对质点、质点系和刚体的机械运动（包括平衡）的基本规律有较系统的理解，掌握有关的基本概念、基本理论和基本方法。

会对物体进行正确的受力分析和运动分析,建立动力学方程。

培养学生对工程设计中的强度、刚度和稳定性问题有明确的基本概念，必要的基础知识和比较熟练的计算能力、分析能力和初步的实验分析能力。

使学生学会应用工程力学的基本理论和方法分析与解决机械工程中的一些简单实际问题。

三．本课程的教学内容和要求

《工程力学》课程分工程静力学、工程运动力学和工程材料力学三部分。

各部分内容和要求分述如下：

1．工程静力学

1.1静力学基本概念与物体受力分析

1.1.1基本概念，静力学公理。

1.1.2约束和约束力。

1.1.3物体的受力分析和受力图。

要求：

掌握各种常见约束的性质，对简单的物体系统，能熟练地取分离体，画受力图。

1.2平面汇交力系与力偶系

1.2.1平面汇交力系的合成与平衡的几何法与解析法；

1.2.2平面力对点之矩的概念与计算。

1.2.3平面力偶及其性质，平面力偶系的平衡。

要求：

掌握平面汇交力系的简化和平面简单力系的平衡条件。

掌握力、力矩、力偶、力偶矩等基本概念和性质，能熟练计算力的投影和力矩。

1.3平面任意力系

1.3.1平面任意力系向作用平面内任一点简化。

1.3.2平面任意力系的平衡条件和平衡方程。

1.3.3物体系统的平衡，静定与超静定问题。

1.3.4平面简单桁架的内力计算。

要求：

掌握平面任意力系的简化方法和简化结果，能计算平面任意力系的主矢和主矩。

掌握平面任意力系的平衡条件，能熟练应用各种形式的平衡方程求解单个物体和简单物体系统的平衡问题。

1.4空间力系

1.4.1空间汇交力系，力对点之矩和力对轴之矩。

1.4.2空间力偶，空间任意力系向一点的简化。

1.4.3空间任意力系的平衡方程。

1.4.4重心。

要求：

了解空间力系的简化结果及其平衡方程的应用。

会通过计算和查表求出简单几何形状的物体的重心。

1.5摩擦

1.5.1滑动摩擦，摩擦角与自锁现象。

1.5.2考虑摩擦时物体的平衡问题。

1.5.3滚动摩阻的概念。

要求：

掌握滑动摩擦的概念和摩擦力的特征，会求解考虑滑动摩擦时简单物体的平衡问题。

了解滚阻的概念。

2．工程运动力学

2.1点的运动学

2.1矢量法，直角坐标法，自然法。

要求：

掌握描述点的平面曲线运动的矢量法、直角坐标法和弧坐标法。

会求点的运动轨迹、点的速度和加速度。

2.2刚体的简单运动

2.2.1刚体的平行移动。

2.2.2刚体的定轴转动，转动刚体内各点的速度和加速度。

2.2.3轮系的传动比。

要求：

掌握刚体平动和定轴转动的特征，会求定轴转动刚体上各点的速度和加速度。

2.3点的合成运动

2.3.1相对运动，牵连运动，绝对运动。

2.3.2点的速度合成定理。

2.3.3点的加速度合成定理。

要求：

掌握运动合成与分解的基本概念和方法。

会应用点的速度合成定理求解有关速度的问题，会应用点的加速度合成定理求解有关加速度的问题。

了解点的科氏加速度的计算。

2.4刚体的平面运动

2.4.1刚体平面运动的概念和运动分解。

2.4.2求平面图形内各点速度的基点法和瞬心法。

2.4.3用基点法求平面图形内各点的加速度。

2.4.4运动学综合举例。

要求：

掌握刚体平面运动的特征。

能熟练应用基点法、瞬心法和速度投影法求解有关速度的问题。

会对常见的平面机构进行速度分析。

会用基点法求解有关加速度的问题。

2.6质点动力学的基本方程

2.6.1动力学的基本定律。

2.6.2质点的运动微分方程。

要求：

会建立质点运动微分方程，会求简单的运动微分方程的积分。

2.7动量定理

2.7.1动量与冲量。

2.7.2动量定理。

2.7.3质心运动定理。

要求：

能计算动量和冲量，掌握动量定理、质心运动定理，会正确选择和应用这些定理求解质点、质点系的动力学问题。

2.8动量矩定理

2.8.1质点和质点系的动量矩。

2.8.2动量矩定理。

2.8.3刚体绕定轴的转动微分方程。

2.8.4刚体对轴的转动惯量。

2.8.5刚体的平面运动微分方程。

要求：

会通过查表和平行轴定理计算简单几何形状的刚体的转动惯量。

能计算动量矩,掌握动量矩定理，会应用刚体定轴转动微分方程求解有关的动力学问题。

2.9动能定理

2.9.1力的功，质点和质点系的动能。

2.9.2动能定理。

2.9.3功率、功率方程，机械效率。

2.9.4势能，机械能守恒定律。

要求：

能计算物体的动能、势能，掌握动能定理和机械能守恒定理，会正确选择和应用这些定理求解质点、质点系的动力学问题。

2.10达朗伯原理（动静法）

2.10.1惯性力，质点的达朗伯原理。

2.10.2质点系的达朗伯原理。

2.10.3绕定轴转动刚体的轴承的动反力。

要求：

会计算惯性力。

会应用达朗伯原理求解刚体作平动、对称刚体作定轴转动时的动力学问题。

了解静平衡和动平衡的概念。

3．工程材料力学

3.1工程材料力学简介

3.1.1材料力学的任务，变形固体的基本假设。

3.1.2外力及其分类，内力、截面法和应力的概念。

3.1.3变形和应变，杆件变形的基本形式。

要求：

明确材料力学的基本任务，理解构件的强度、刚度和稳定性的力学意义。

掌握截面法的力学思想，理解内力的概念，能熟练利用截面法求解内力。

掌握应力、变形和应变的概念。

3.2轴向拉伸、压缩与剪切

3.2.1轴向拉伸与压缩时横截面上的内力和应力。

3.2.2轴向拉伸与压缩时斜截面上的应力。

3.2.3材料拉伸和压缩时的力学性能

3.2.4失效、安全因数和强度计算。

3.2.5轴向拉伸与压缩时的变形。

3.2.6轴向拉伸与压缩时的变形能。

3.2.7拉伸、压缩超静定问题。

3.2.8应力集中的概念

3.2.9剪切和挤压的实用计算。

要求：

掌握轴向拉（压）杆的力学特征，能熟练地计算轴力，作轴力图。

理解轴向拉（压）杆的应力、变形和应变、胡克定律，能计算轴向拉（压）杆件的变形。

掌握材料受拉（压）时的力学性能，理解许用应力、安全系数和强度条件。

能熟练地运用强度条件解决具体问题。

了解拉（压）杆的变形能的概念。

掌握求解超静定问题（一般问题、装配应力和温度应力）的基本思路，并能解决一些简单的问题。

了解应力集中的概念。

掌握剪切和挤压的实用计算法，会对联接件进行剪切和挤压的实用计算。

3.3扭转

3.3.1扭转的概念与实例，外力偶矩的计算，扭矩和扭矩图。

3.3.2纯剪切。

3.3.3圆轴扭转时的应力和强度计算。

3.3.4圆轴扭转时的变形和刚度计算。

要求：

掌握圆轴扭转的力学特征，能熟练计算外力偶矩、扭矩，绘制扭矩图。

理解剪切胡克定律，切应力互等定律。

正确理解圆轴扭转时应力和变形计算公式的导出过程。

能熟练计算扭转切应力和扭转角。

能熟练应用扭转强度条件和刚度条件解决扭转问题。

3.3弯曲内力

3.3.1弯曲的概念与实例，受弯杆件的简化。

3.3.2剪力和弯矩。

3.3.3剪力方程和弯矩方程，剪力图和弯矩图。

3.3.4载荷集度、剪力和弯矩间的关系。

要求：

掌握弯曲构件的力学特征，理解具有纵向对称截面梁平面弯曲的力学特征。

能熟练地计算剪力和弯矩，绘制剪力图和弯矩图。

3.4弯曲应力

3.4.1平面图形的几何性质。

3.4.2纯弯曲，纯弯曲时的正应力。

3.4.3横力弯曲时的正应力与强度计算。

3.4.4弯曲切应力与强度计算。

3.4.5提高弯曲强度的措施。

要求：

掌握平面图形的形心、静矩、惯性矩的计算。

掌握平面弯曲正应力的计算，了解弯曲切应力（矩形截面、工字形截面）的计算，能运用强度条件进行弯曲强度计算。

3.5弯曲变形

3.5.1工程中的弯曲问题，挠曲线的微分方程。

3.5.2用积分法求弯曲变形。

3.5.3用叠加法求弯曲变形。

3.5.4简单超静定梁。

3.5.5提高弯曲刚度的一些措施。

要求：

掌握梁的挠度、转角和挠曲线的概念，并会用积分法和叠加法（重点）计算梁的变形，利用刚度条件进行刚度计算。

会求解决简单的弯曲超静定问题。

3.6应力状态分析和强度理论

3.6.1应力状态概述，二向和三向状态的实例。

3.6.2二向应力状态分析—解析法。

3.6.3二向应力状态分析—图解法。

3.6.4三向应力状态。

3.6.5广义胡克定律。

3.6.6强度理论概述。

3.6.7几种常用的强度理论。

要求：

掌握应力状态、主应力和主平面的概念。

会用解析法和图解法研究二向应力状态问题。

理解广义胡克定律。

掌握常用的强度理论及其简单应用。

3.7组合变形

3.7.1组合变形和叠加原理。

3.7.2拉伸或压缩与弯曲的组合变形。

3.7.3扭转与弯曲的组合变形。

要求：

掌握拉（压）与弯曲组合变形，扭转与弯曲组合变形时的强度计算方法。

3.8压杆稳定

3.8.1压杆稳定的概念。

3.8.2两端铰支细长压杆的临界压力。

3.8.3两端非铰支细长压杆的临界压力。

3.8.4中、小柔度压杆的临界应力。

3.8.5压杆的稳定条件与合理设计。

要求：

掌握受压杆件稳定性的概念，细长压杆的临界载荷，压杆的临界应力总图，压杆的稳定性条件。

会对压杆进行稳定性校核。

3.9交变应力

3.9.1交变应力与疲劳失效，交变应力的循环特征。

3.9.2材料的持久极限，影响构件持久极限的因素。

3.9.3对称循环下构件的疲劳强度计算。

3.9.4非对称循环下构件的疲劳强度计算。

3.9.5提高构件疲劳强度的措施。

要求：

了解交变应力、疲劳破坏、疲劳极限的概念。

会进行对称循环和非对称循环下的疲劳强度计算。

3.10动载荷

3.10.1构件作等加速直线运动时的惯性力与动应力。

3.10.2旋转构件的受力分析与动应力计算。

3.10.3杆件受冲击时应力和变形。

要求：

了解等加速运动构件的应力和变形计算，杆件受到冲击载荷时的应力和变形计算。

四．学时分配

内容

授课

实验

工程力学绪论

1

静力学公理，受力分析

3

平面汇交力系，平面力偶系

3

平面任意力系，

6

空间力系

6

摩擦

5

运动学绪论、点的运动学

3

刚体的简单运动

2

点的合成运动

6

刚体的平面运动

4

动力学绪论、质点动力学的基本方程

3

动量定理

5

动量矩定理

6

动能定理

7

达朗伯原理

4

工程材料力学概论

2

轴向拉伸与压缩与剪切

10

2

扭转

5

弯曲内力

6

弯曲强度

7

2

弯曲变形

5

应力分析、强度理论

7

2

组合变形

4

压杆稳定

5

动载荷、交变应力

7

合计

122

6

五、实验项目、类型、内容、要求与学时分配

序号

实验项目

类型

实验内容和要求

学时

1

拉伸与压缩试验

验证

1、观察低碳钢和铸铁材料在拉伸压缩过

程中的各种现象及外力与变形间的变化规律。

2、测定材料的强度指标及塑性指标。

1.5

扭转实验

演示

1、观察低碳钢和铸铁材料扭转变形及破坏现象。

0.5

2

矩形截面梁弯曲变形与弯曲正应力电测实验

设计

1、测定矩形截面梁或夹层组合梁在纯弯

曲段应变、应力分布规律。

将实验值与计算值进行比较。

2、测定矩形截面梁或夹层组合梁在横力

弯曲段应变、应力分布规律。

并进行分析讨论。

3、学习多点应力电测技术。

2

3

薄壁圆管在弯曲和扭转组合变形下的主应力测定

设计

1,测定薄壁圆管在弯扭组合变形下某点的主应力及主应力方向；

2,测定薄壁圆管在弯扭组合作用下的弯矩与扭矩；

3,掌握用应变花测量一点主应力及主应力方向的方法。

4,将实验值与计算值进行比较与分析。

2

六．有关说明

6.1对能力培养的要求

 结合本课程的特点，使学生在下列各种能力上达到培养。

6.1.1逻辑思维能力（包括推理、分析、判断等能力）；

6.1.2抽象化能力（包括将简单实际问题抽象成为力学模型，进行适当的数学描述，应用力学理论求解或作定性分析）；

6.1.3分析能力（对常见的杆件结构具有选择计算简图的能力，并能根据具体问题选择恰当的计算方法）；

6.1.4计算能力（具有对简单静定、超静定结构进行计算的能力，对内力分布的合理性做出判断的能力，并对计算结果进行校核的能力）；

6.1.5自学能力（具有阅读教学参考书的能力），表达能力（作业要清晰、整洁、严谨）。

6.1.6综合素质的培养。

6.2本课程的先修课程

高等数学，大学物理。

6.3考核方式

笔试（一张A4纸开卷）+小论文等，最终成绩由考试成绩、实验成绩和平时成绩等组成。

七．教学参考书

[1]郝桐生主编理论力学第3版高等教育出版社2004年

[2]哈工大理力教研室编理论力学（

）第6版高等教育出版社2002年

[3]刘鸿文主编材料力学（

）第4版高等教育出版社2004年。

[4]单辉祖主编材料力学（

）第2版高等教育出版社2004年。

[5]程靳等主编理论力学学习辅导高等教育出版社2003年。

[6]陈乃立等编材料力学学习指导书高等教育出版社2004年。

[7]刘鸿文吕荣坤编材料力学实验第2版高等教育出版社1998年。

[8]陈峰段自力等编材料力学实验华中理工大学出版社1999年。