《工程力学》课程教学大纲

Introduction to Engineering Mechanics

适用于四年制本科无机非金属材料工程专业

学分：3.0 总学时：48 理论学时：40 实验/实践学时：8/0

一、课程的作用与目的

《工程力学》课程是一门主要技术基础课。通过本课程的学习，学生掌握各类力系的平衡规律和计算原理，初步学会用其理论和方法解决工程实际问题；使学生掌握单个杆件强度、刚度的计算理论和方法，为学习有关专业课程解决生产实践中的力学问题打好基础。

二、课程基本要求

学习本课程后，应达到下列基本要求：

1. 了解力、力偶的概念；空间力系的平衡条件。

2. 应掌握分析、计算各种力系；会对各种基本变形进行强度计算、刚度计算。

3. 熟练掌握静力学基本概念，平衡规律；各种基本变形的内力计算和应力计算。

三、教材及主要参考书

1. 教材：工程力学. 黄河水利出版社，孟凡深. 2009年

2. 参考书：

[1] 蒋平. 工程力学基础. 高等教育出版社，2003年

[2] 孙训方. 材料力学.高等教育出版社，1997年

四、课程内容

第一篇 理论力学（静力学部分）

绪论

了解理论力学的研究对象及其在工程技术中的作用：理论力学研究方法，理论力学内容。

第一章 静力学的基本概念和受力图

主要内容：力、刚体和平衡的概念；静力学公理；约束和约束反力；分离体和受力图。

重点：受力分析与受力图。

难点：约束和约束反力的概念；受力分析与受力图。

教学要求：能从简单的实际问题中抽象出理论力学模型；能根据问题具体条件从简单的物系中恰当选取分离体，并能正确地画出受力图。

第二章 平面汇交力系

主要内容：平面汇交力系合成的几何法；平面汇交力系的几何条件；力在轴上的投影；合力投影定理；汇交力系合成的解析法；汇交力系的平衡及其应用。

重点：平面汇交力系平衡方程的应用。

难点：平面汇交力系合成的解析法与平衡的解析条件。

教学要求：熟练掌握力在轴上的投影；掌握平面汇交力系合成的几何法、解析法；熟练掌握力在轴上的投影；掌握汇交力系平衡方程及其应用。

第三章 平面力偶系

主要内容：力对点之矩；力偶与力偶矩；力偶的等效；平面力偶系的合成和平衡条件。

重点：力矩的计算；力偶系平衡方程的应用；平面力偶系的合成与平衡条件。

难点：力矩的计算；力偶系平衡方程的应用。

教学要求：能熟练计算力矩；掌握力偶等效概念；掌握平面力偶系的合成及平衡条件。

第四章 平面一般力系

主要内容：力的平移定理；平面一般力系向一点简化；力系的主向量和主矩；力系的简化结果；合力矩定理，平面一般力系的平衡条件；平衡方程的各种形式，平面平行力系的平衡方程。

重点：固定端的约束，平均分布荷载的简化；物体系统的平衡问题；

难点：理解静定、静不定问题；平面一般力系平衡方程的应用。

教学要求：熟练掌握平面一般力系的计算问题，掌握合力矩定理的运用；重点掌握平面一般力系的平衡条件；平面一般力系向点简化。

第六章 空间力系的重心

主要内容：力在空间坐标轴上的投影；力对轴之矩；空间力系的平衡方程；重心的概念；重心坐标公式；物体重心的求法。

重点：力对轴之矩的计算；空间力系平衡方程的应用；组合形状均质物体的重心坐标的计算。

难点：力对轴之矩的计算；空间力系平衡方程的应用。

教学要求：了解空间力系平衡条件，会计算物体重心。

第二篇 材料力学（部分）

绪论

了解材料力学的任务；变形固体的基本假设；杆件变形的基本形式。

第一章 轴向拉伸和压缩

主要内容：轴向拉伸和压缩的内力；内力的概念；截面法；轴力；横截面上的应力；轴向拉伸和压缩时的变形；纵向变形和横向变形；拉伸和压缩时材料的机械性能；低碳钢位伸图；低碳钢压缩时的力学性能；铸铁拉伸和压缩时的力学性能；安全系数和许多用应力；强度条件；简单拉、压超静定问题的解法。

重点：内力的概念；截面法；轴力；横截面上的应力；轴向拉伸和压缩时的变形；拉伸和压缩时材料的机械性能；低碳钢位伸图；低碳钢压缩时的力学性能；铸铁拉伸和压缩时的力学性能；强度条件。

难点：简单拉、压超静定问题的解法。

教学要求：掌握轴向拉伸和压缩内力和应力计算；掌握拉、压变形计算；牢固掌握强度条件及计算方法；深入理解虎克定律。

第二章 剪切

主要内容：剪切的概念和实例；剪切和挤压的实用计算。

重点：剪切和挤压的实用计算。

难点：剪切和挤压的实用计算。

教学要求：了解剪切的概念，掌握剪切实用计算方法。

第三章 扭转

主要内容：扭转的概念和实例；功率，转速与外力矩间的关系；扭矩和扭矩图；薄壁圆简的扭转；剪应力互等定理；剪切虎克定理；圆轴扭转时的应力和变形；强度计算和刚度条件。

重点：扭矩和扭矩图；薄壁圆筒的扭转；圆轴扭转时的应力和变形；强度计算和刚度条件。

难点：强度计算和刚度条件。

教学要求：掌握杆件受扭的基本概念；会计算圆轴扭转时的应力和变形；掌握强度条件及刚度条件。

第四章 弯曲内力

主要内容：平面弯曲的概念和实例；剪力和弯矩；剪力，弯矩与分布荷载间的关系。

重点：剪力和弯矩。

难点：弯矩与分布荷载间的关系。

教学要求：熟练掌握弯曲内力计算；正确画出梁的弯矩图、剪力图；掌握弯矩、剪力与分布荷载间的关系。

第五章 弯曲应力

主要内容：纯弯曲时的正应力；纯弯曲公式的限制和推广；简单图形的惯性矩；平行移轴公式；组合图形的惯性矩；梁按正应力强度的计算；梁的剪应力；梁按剪应力强度的计算。

重点：平行移轴公式；组合图形的惯性矩；平行移轴公式；梁按正应力强度的计算；梁按剪应力强度的计算。

难点：梁按正应力强度的计算；梁按剪应力强度的计算。

教学要求：掌握弯曲正应力、剪应力计算方法；掌握正应力强度计算及剪应力强度计算；会计算简单图形惯性矩；掌握平行移轴公式。

第六章 弯曲变形

主要内容：挠度和转角；挠曲线的近似微分方程及积分；叠加法求梁的变形；梁的刚度校核；简单超定梁的解法。

重点：挠曲线的近似微分方程及积分；叠加法求梁的变形，梁的刚度校核；简单超定梁的解法。

难点：简单超静定梁的解法。

教学要求：掌握弯曲变形计算方法；能对梁进行刚度计算。

第七章 应力状态及强度理论

主要内容：一点应力状态的概念；平面应力状态下的应力分析；应力圆；最大正应力和最大剪应力；主应力和主平面；广义虎克定律；三个弹性常数间的关系；材料的破坏形式；强度理论的概念；四个常用的强度理论及应用。

重点：平面应力状态下的应力分析；应力圆；最大正应力和最大剪应力；四个常用的强度理论及应用。

难点：最大正应力和最大剪应力；主应力和主平面；四个常用的强度理论及应用。

教学要求：了解一点应力状态的概念，了解主应力和主平面的概念；了解广义虎克定律，掌握三个弹性常数间的关系；了解材料破坏形式及强度理论的概念。

五、习题内容及要求

根据课堂布置要求选做。

六、试验

依据课程要求，学生应完成4个实验，共8学时。实验项目和要求如下：

低碳钢和铸铁的拉伸和压缩（2学时）：（测定低碳钢屈服极限、强度极限、延伸率，截面收缩率；确定铸铁强度极限；观察低碳钢和铸铁拉伸过程中的现象。低碳钢的拉伸图（P ~ △L）曲线；比较低碳钢与铸铁两种材料的拉伸性能；测定压缩时铸铁的强度极限；观察变形及破坏现象，并进行比较。要求学生亲自做）。

低碳钢弹性模量的测定（2学时）：（在比例极限内，验证虎克定律；测定低碳钢的弹性模量E。要求学生亲自做）。

低碳钢和铸铁的扭转实验（2学时）：（在比例极限内验证扭转虎克定律，测定低碳钢剪切弹性模量G，测定低碳钢剪切屈服极限，剪切强度极限，测定铸铁剪切强度极限，观察扭转变形情况低碳钢、铸铁试件扭转破坏情况。要求学生亲自做）。

用电测法验证纯弯曲梁横截面上的正应力分布规律（2学时）：（测定梁纯弯曲时的正应力分布，并与理论计算结果比较，以验证弯曲正应力公式。要求学生亲自做）。

七、学时分配

各教学环节的学时分配：基本内容讲课40学时；实验8学时。

八、先修课程

高等数学。

九、适用对象

无机非金属材料工程专业

十、执行大纲的几点说明

1. 本大纲以太阳集团tyc539无机非金属材料专业课程教学大纲（2011年版）为依据编写。

2. 本课程知识涉及面广，在教学过程中将相关的高等数学，线性代数等基本知识贯穿其中。

3. 为了使学生加深对本课程的理解，宜采用灵活多样的教学手段。除课堂讲授外，还要安排学生做相关实验，加深对书本理论知识的消化。

4. 成绩考核评定办法：期末考试成绩（占60%），作业、平时成绩（占20%），实验成绩（占20%）为辅。