某校《工程力学》教学大纲

《工程力学》教学大纲
课程编码：
学时数：  105 （讲课：95     实验：6    上机： 4）
学分数：
课程类别：必修课
先修课程：高等数学，普通物理
一、        课程的性质、任务和目的
工程力学是一门专业技术基础课，是房屋建筑工程专业的必修课。通过教学，使学生了解和掌握物体机械运动的一般规律及其研究方法，并能初步运用这些规律对简单的实际问题进行分析、科学的抽象，进而予以解决；学生应具有工程构件强度、刚度和稳定性的概念及计算能力；掌握杆件结构的计算原理和方法，了解本专业有关结构的受力特性，为学习有关专业课程以及进行结构设计和科学研究打好力学基础，培养结构分析与计算等方面的能力。
二、课程的教学基本的要求
1、具有把简单的实际问题抽象为力学模型的能力。对常用的杆件结构具有选择计算简图的能力。
2、        对简单的物体系统能进行受力分析，正确画出其中任一物体的受力图。
3、        能正确地运用各种力系的平衡方程求解物体和简单物体系统的平衡问题（包括考虑摩擦的问题）。
4、        初步获得课程有关的工程概念。提高相应的数字计算能力、文字和图象的表达能力。
5、        熟练运用强度、刚度、稳定性条件对杆件进行校核。
6、        有初步的设计构件的能力。
7、        具有对各种静定、超静定结构进行计算的能力，具有对计算结果进行校核，对内力分布的合理性作出判断的能力。
8、        掌握本课程实验的基本原理和方法。
9、        初步了解结构计算程序在房屋建筑工程结构中的应用。
三、教学基本内容与教学要求
1、课程的内容和教学要求
（一）        工程力学（1）
1）绪论（工程与工程力学）
应了解：工程力学的研究对象、主要内容及其在工程技术中的作用。学习工程力学的目的。工程力学的研究方法。
2）静力学的基本概念和公理
应掌握：静力学公理。平衡、刚体、约束和力的概念。等效力系和平衡力系的概念。工程中常见约束类型，取分离体和画受力图。
3）汇交力系
应熟练掌握：汇交力系合成的几何法。力在坐标轴上的投影。力沿坐标轴的分解。合力投定理。汇交力系合成的解析法。汇交力系平衡的几何条件和解析条件。平衡方程。
4）力偶理论
应熟练掌握：力对点的矩。力对轴的矩。力偶和力偶矩。力偶的等效条件。力偶系的合成。平衡条件。平衡方程。重心的坐标公式，重心的求法。
5）平面任意力系
应熟练掌握：力线平移定理。平面任意力系向作用面内任一点的简化。力系的主矢和主矩。平面任意力系的平衡条件。平衡方程的各种形式。物体系统的平衡问题。
应掌握：静不定问题的概念。
6）摩擦
应熟练掌握：滑动摩擦定律。摩擦系数和摩擦角。自锁现象。有摩擦时物体和物体系统的平衡。平衡的临界状态和平衡范围。
7）杆件的内力与内力图
应熟练掌握：杆件内力的计算及内力图（轴力图、扭矩图、剪力图和弯矩）图的绘制。
应掌握：杆件变形的基本形式；内力的概念。
8）静定结构的内力计算
应熟练掌握：多跨静定梁和静定刚架内力图的作法及其校核。
应掌握：三铰拱、静定桁架、静定组合结构的内力计算；静定结构的特性。
应了解：杆件结构的分类及静定结构的分析方法
（二）工程力学（2）
9）轴向拉伸和压缩的强度计算
应熟练掌握：拉（压）杆横截面上应力的求法。强度条件。拉（压）杆和变形，结点位移计算。虎克定律。
应掌握：应力集中、应变形的概念。材料在拉（压）时的力学性能。斜截面上的应力分布及计算。
10）扭转的强度和刚度计算
应熟练掌握：直杆扭转时横截面上应力、变形的求法。强度、刚度条件。
11）截面几何性质
应熟练掌握：静矩、形心、惯性矩的求法。平行移轴定理。组合图形的惯性矩的计算。
应掌握：形心主轴和形心主惯性矩的概念。
12）弯曲的强度和刚度计算
应熟练掌握：横截面上正应力的分布及其计算。梁的正应力强度条件，梁的合理截面。横截面上剪应力的分布及其计算。剪应力强度条件。
应掌握：梁的挠曲近似微分方程。用积分法、叠加法计算梁的位移，梁的刚度校核。
13）应力状态和强度理论
应掌握：应力状态的概念，主应力的概念，平面应力状态的分析方法——解析法和图解法。强度理论的概念。
应了解：四个基本强度理论的简单应用。
14）剪切与连接件实用计算
应掌握：正确判别剪切面、挤压面。连接件的实用计算。纯剪切、剪应变的概念，剪应力互等定理。剪切虎克定律。三个材料弹性常数E、G、μ之间的关系。
15）组合变形
应掌握：拉伸（压缩）与弯曲的组合及偏心压缩（拉伸）时的强度计算。截面核心的概念。
16）压杆稳定
应掌握：细长中心受压杆的临界载荷及其计算。不同杆端约束对临界力的影响。柔度的概念，临界应力总图。
应了解：压杆的稳定计算（折减系数法），提高压杆稳定性的措施。
（三）工程力学（3）
17）平面体系的几何组成分析
应掌握：几何不变体系和几何可变体系的概念。平面几何不变体系的基本组成规则，并灵活运用其分析各种平面体系的几何组成性质。
应了解：平面体系几何组成分析的目的。理解平面体系自由度、约束的概念。瞬变体系概念。静定结构和超静定结构的几何组成特征。
18）结构位移计算
应熟练掌握：用图乘法计算结构的位移。
应掌握：广义力与广义位移的概念。荷载作用下静定结构的位移计算。功、位移、反力互等定理。
19）力法
应熟练掌握：用力法计算超静定梁、刚架在荷载作用时的内力。对称性的应用。
应掌握：超静定结构的概念，并能正确判定超静定次数。理解力法的基本原理，正确选取基本体系。力法的典型方程及其物理意义。
应了解：超静定结构的力学特性。
20) 位移法
应熟练掌握：用位移法计算荷载作用下的超静定梁、刚架的内力。
应掌握：位移法的基本原理，能正确判定位移法的基本未知量数目，正确选取基本结构。掌握转角位移方程。掌握位移法典型方程及其物理意义。
21) 力矩分配法
应熟练掌握：用力矩分配法计算连续梁和无侧移刚架。
应掌握：力矩分配法的基本原理及转动刚度系数、分配系数与传递系数的概念。
22) 影响线
应掌握：影响线的概念。静力法作静定梁的影响线。掌握影响量的计算和最不利荷载位置的确定，会利用影响线求动荷载下静定梁的最大内力。
应了解：简支梁内力包络图及绝对最大弯矩的计算。理解连续梁内力包络图。
2. 教学的重点
1）静力学公理，工程中常见约束类型，取分离体和画受力图。
2）力在坐标轴上的投影，力对点的矩，力偶，平面任意力系向作用面内任一点的简化，平面力系的平衡条件及其应用。
3）应力、应变概念，拉压强度条件。
4）剪应力及其分布规律，扭转强度条件，刚度条件。
5）弯曲正应力公式及其分布规律，弯曲正应力强度条件。
6）应力状态的概念，平面应力状态应力分析。
7）压弯组合变形。
8）压杆临界载荷和临界应力计算。
9）几何不变体系和几何可变体系的概念，平面几何不变体系的基本组成规则及其应用。
10) 图乘法计算结构的位移。
11）力法的基本原理，力法计算超静定梁、刚架在荷载作用时的内力
12) 位移法的基本原理，位移法计算荷载作用下的超静定梁、刚架的内力。
3、教学的难点
       1）取分离体和画受力图。   
2）拉压静不定问题。
3）剪力图和弯矩图。
4）一点应力状态的概念。
5）平面几何不变体系的基本组成规则的应用。
6）结构对称性的应用
7）位移法的基本未知量数目的确定
8) 影响线的概念。
4、教学重点和难点的处理
1）讲清基本概念，突出重点，保证难点。及时总结，对比。
2）反复训练，多讲解题思路，提高学生分析问题、解决问题的能力。
3）有目的地布置作业进行课外训练。
四、教学试验及实践环节
工程力学（材料力学）实验是研究变形物体在外加载荷下的变形（或破坏）性质和行为的一门技术，它是材料力学课程的重要组成部分。
1.拉伸、压缩示范试验及万能机操作
目的要求：
1)了解万能机的主要结构及其工作原理，熟悉操作规程和正确使用方法，并注意安全事项。
2)通过示范试验观察低碳钢、铸铁在拉伸和压缩过程中表现的各种变形规律和破坏现象，分析和比较不同材料的力学性能。
实验设备：万能机；游标卡尺；试件。
2．        拉伸、压缩试验
目的要求：
1）弹性阶段内，验证虎克定律和测定低碳钢的弹性模量Ｅ。
2）定低碳钢的屈服极限σs，强度极限σb，延伸率δ和截面收缩率ψ。
3）熟悉喋式引伸仪或杠杆式引伸仪的正确使用方法。
实验设备：万能机；蝶式引伸仪或杠杆式引伸仪；游标卡尺；低碳钢试件。
3．        扭转试验
目的要求：
1.观察低碳钢和铸铁受扭转过程中的变形现象；比较它们的破坏特征。
2.验证扭转虎克定律，测定剪切强度极限。
实验设备：扭转试验面、测量变形装置；游表卡尺，试件。
4．        弯曲正应力电测实验
目的要求：
1.测定纯弯梁一个横截面上的应力及分布规律，以验证直梁弯曲时的正应力公式。
2.了解电测法，初步学会电阻应变仪的使用。
实验设备：万能机；电阻应变仪；矩形截面梁；游标卡尺和钢尺。
五、学时分配：             
总学时：105学时，分2个学期，其中第一个学期60学时，第二个学期45。

绪号        内容        讲课（学时）        实验、上机（学时）
1        绪论        2       
2        静力学基本概念和公理        6       
3        汇交力系        3       
4        力偶理论        2       
5        平面任意力系        7       
6        摩擦        2       
7        杆件的内力与内力图        6       
8        静定结构的内力计算        8       
9        轴向拉伸和压缩        6        2
10        剪切与连接件的实用计算        2       
11        扭转的强度和刚度计算        3        2
12        截面几何性质        2       
13        弯曲的强度和刚度计算        6        2
14        应力状态和强度理论        4       
15        组合变形        4       
16        压杆稳定        4       
17        平面体系的几何组成分析        4       
18        结构位移计算        4       
19        力法        8       
20        位移法        4       
21        力矩分配法        4        2（上机）
22        影响线        4        2（上机）

六、考核方式
本课程可采用闭卷，开卷或半开卷方式。最后成绩根据考试成绩并参照作业完成情况、实验成绩综合评定。
七、推荐教材、参考书
  教材：  高健编，《工程力学》，浙江省科技出版社，2005年2月
  参考书： 李舒瑶等编，《工程力学》，黄河水利出版社，2002年8月