《工程力学》教学大纲.docx

工程力学教学大纲适用范围：202X版人才培养方案课程代码：Ol130341课程性质：学科基础必修课学分：4学分学时：64学时（理论56学时，实验8学时）先修课程：大学物理、高等数学、机械制图等后续课程：机械原理、机械设计等适用专业：材料成型与控制工程开课单位：机械工程学院一、课程说明工程力学是材料成型与控制工程专业的一门学科基础必修课。本课程主要传授工程力学的基本理论和分析方法，其任务主要是研究刚体的平衡条件及变形固体强度、刚度、稳定性的基本理论和分析方法，掌握材料的力学性能及工程力学实验的基本知识和操作技能。本课程注重基本理论知识的深入学习，强调培养运用基础理论知识解决生产实际中问题的能力。通过本课程的学习，使学生学会应用工程力学的基本理论和分析方法，解决一些简单的工程实际问题，提高学生工程问题的逻辑思维和分析、计算能力，同时为学习其他有关课程及以后从事技术工作打下必要的基础。二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标：课程目标L能够综合使用静力学方法、材料力学理论从工程问题中提炼出力学模型并数字化，进而求解结构的静力平衡问题；能够计算和分析杆件的应力、应变或变形，评估其强度和刚度；能够利用本课程的理论和方法解决一些工程实际问题，提高学生工程问题的逻辑思维和分析、计算能力。课程目标2：能够表述、解释和判别静力学与材料力学的基本概念；能够描述出轴向拉压、剪切、扭转、弯曲等基本变形和组合变形的受力特征，并应用于工程问题的表述中；熟练使用静力学知识分析结构的受力并画出受力图，并基于工程力学的基本假设和分析方法,判别简单工程设计方案的合理性。课程目标3：能够阐述材料力学性能基础实验原理和实验方法，掌握材料的力学性能及材料力学实验的基本知识和操作技能。能够针对具体的材料力学性能实验，选择合理的研究方法和技术路线，设计实验方案，正确采集分析实验数据。三、课程目标与毕业要求工程力学课程教学目标对材料成型与控制工程专业毕业要求的支撑见表Io表1课程教学目标与毕业要求指标点关系毕业要求指标点课程目标支撑强度1.工程知识1.2能针对具体对象建立数学模型并求解。课程目标L能够综合使用静力学方法、材料力学理论从工程问题中提炼出力学模型并数字化，进而求解结构的静力平衡问题；能够计算和分析杆件的应力、应变或变形，评估其强度和刚度；能够利用本课程的理论和方法解决一些工程实际问题，提高学生工程问题的逻辑思维和分析、计算能力。H2.问题分析2.1能够应用工程科学的基本原理，识别和判断复杂材料成型及控制工程问题的关键环节和参数。课程目标2：能够表述、解释和判别静力学与材料力学的基本概念；能够描述出轴向拉压、剪切、扭转、弯曲等基本变形和组合变形的受力特征，并应用于工程问题的表述中；熟练使用静力学知识分析结构的受力并画出受力图，并基于工程力学的基本假设和分析方法，判别简单工程设计方案的合理性。M4.研究4.1能够对材料成型及控制工程相关的各类材料特性、物理、化学现象进行研究和实验验证。课程目标3：能够阐述材料力学性能基础实验原理和实验方法，掌握材料的力学性能及材料力学实验的基本知识和操作技能。能够针对具体的材料力学性能实验，选择合理的研究方法和技术路线，设计实验方案，正确采集分析实验数据。M注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配1.理论部分见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点理论学时实验学时对应的课程目标1 .静力基础1.1 静力学的基本概念1.2 静力学公理1. 3约束和约束反力1.4物体的受力分析和受力图教学要求：使学生了解静力学平衡、刚体和力的基本概念；掌握静力学公理；掌握各类常见约束的性质；掌握物体和物体系统受力分析并画重点：工程中常见约束的性质，物体的受力分析和受力图。难点：工程中常见约束的性质。61、22.平面力系的平衡问题2.1平面汇交力系的合成与平衡2.2平面力偶系的平衡问题2.3力的平移定理2.4平面任意力系向的简化2.5平面任意力系简化结果分析2.6平面任意力系的平衡方程及应用2.7平面平行力系的平衡问题2.8物体系的平衡问题静定和超静定问题教学要求：使学生掌握力的投影的计算；掌握力矩、力偶的概念和性质；理解力的平移定理及其应用；熟悉平面任意力系的简化过程和简化结果分析；掌握平面力系的平衡方程及应用；熟练求解简单物体系的平衡问题。重点：力的投影、力对点之矩的计算、平面力系的平衡方程及应用。难点：物体系的平衡问题。81、23.空间力系3.1力在空间直角坐标轴上的投影3.2空间力对点之矩和力对轴之矩3.3空间任意力系的简化及平衡3.4重心教学要求：使学生掌握力在空间直角坐标轴上的投影及力对轴之矩的计算；了解空间任意力系的简化和简化结果分析；掌握空间任意力系的平衡方程及应用；了解物体重心概念及简单形体重心的求解方法。重点：力在空间直角坐标轴上的投影、空间力对轴之矩的计算、轴系零部件空间力系的平衡问题。难点：物体系的空间力系平衡问题。41、24.摩擦4. 1滑动摩擦4.2摩擦角和自锁4.3考虑摩擦时物体的平衡问题4.4滚动摩阻的概念教学要求：使学生掌握滑动摩擦、摩擦角和自锁的概念；了解考虑滑动摩擦时简单物体系统平衡问题的求解方法；了解滚动摩擦的概念。重点：摩擦角和自锁的概念、考虑滑动摩擦时简单物体系统的平衡问题。难点：摩擦角和自锁的概念。21、2材料力学引言5.轴向拉伸和压缩5.1轴向拉压的概念和工程实例5.2截面法轴力与轴力图5.3轴向拉（压）杆横截面上的应力与斜截面上的教学要求：使学生掌握强度、刚度和稳定性的概念；了解材料力学的任务；掌握材料力学的基本假设；掌握轴向拉（压）杆的内力、应力及变形的计算；掌握拉（压）杆的强度计算；掌握材料在拉（压）时的力学性能；了解应力集中的概念；掌握杆件剪切和挤压变形时的实用1041、2、3应力5.4材料拉（压）时的变形和胡克定律5. 5材料在轴向拉（压）时的力学性能5.6 轴向拉（压）杆的强度计算5.7 拉压杆的超静定问题简介5.8 应力集中的概念5.9 剪切和挤压的实用计算5.10剪切和挤压的实用计算计算，及剪切面和挤压面的确定方法。重点：轴力图的绘制、拉压杆的强度计算，剪切与挤压变形的实用计算。难点：内力、应力及强度计算。剪切面和挤压面的确定。6.圆轴扭转6. 1圆轴扭转的概念和工程实例6.2扭矩和扭矩图6.3圆轴扭转时的应力和变形6.4圆轴扭转时的强度和刚度计算教学要求：使学生掌握圆轴扭转时外力作用的特点和横截面上内力、应力的计算；掌握扭矩图的绘制方法；掌握圆轴扭转时的强度和刚度计算。重点：扭矩图的绘制，圆轴扭转时强度和刚度计算。难点：圆轴扭转扭转强度和刚度计算。421、2、37.弯曲7.1 平面弯曲的概念和工程实例7.2 梁的计算简图及分类7.3 剪力和弯矩剪力图和弯矩图7.4 剪力、弯矩与均布载荷集度之间的微分关系7.5 纯弯曲梁横截面上的正应力7.6 梁的切应力简介7.7 梁弯曲时的强度计算7.8 8梁的弯曲变形与刚度条件7.9 提高弯曲强度和刚度的措施教学要求：使学生掌握弯曲内力的计算方法；掌握剪力图和弯矩图的画法。理解纯弯曲的概念；掌握梁弯曲时正应力的强度计算；了解梁弯曲时切应力的强度计算；掌握梁的挠度与转角的概念；了解梁弯曲变形的计算方法及刚度计算；掌握提高梁弯曲强度和刚度的措施。重点：剪力和弯矩的计算、剪力图与弯矩图的绘制、梁弯曲正应力的强度计算。难点：剪力图与弯矩图的绘制、梁弯曲正应力的强度计算。1021、2、38.应力状态与强度理论8.1 应力状态概述8.2 二向应力状态下的应力分析一一解析法、图解法8.3 三向应力状态及广义胡克定律8.4强度理论概述8.5四种常用强度理论教学要求：使学生了解一点处应力状态的概念；掌握二向应力状态下应力分析的解析法和图解法；了解三向应力状态的最大应力和广义胡克定律及其应用；了解强度理论的概念，及四个强度理论的应用。重点：二向应力状态下的应力分析的解析法和图解法。难点：主应力大小及方位的确定。41、29.组合变形9.1 拉伸或压缩与弯曲的组合变形教学要求：使学生了解组合变形的概念；掌握组合变形工程问题的解决思路和方法；掌握直杆的拉（压）41、29.2圆轴弯曲与扭转的组合变形9.3组合变形的工程应用与弯曲、圆轴扭转与弯曲的组合变形的强度计算。重点：圆轴弯曲与扭转组合变形的强度计算。难点：圆轴扭转与双向弯曲组合变形的强度计算。10.压杆稳定10.1压杆稳定的概念10.2细长压杆的临界力欧拉公式10.3压杆的临界应力10.4压杆的稳定性校核10.5提高压杆稳定性的措施施教学要求：使学生了解稳定性的概念；掌握计算压杆临界力和临界应力的方法；掌握压杆的稳定性校核。重点：压杆临界压力的计算。难点：压杆的稳定性校核。41、2合计5682.实验/实践或上机部分见表3表3实验项目、实验内容与学时实验项目实验内容和要求实验学时对应的课程目标1.拉伸实验实验内容：测定铸铁材料的抗拉强度和低碳钢材料的屈服极限，观察比较材料的破坏现象，分析破坏原因。实验要求：测定铸铁和低碳钢的拉伸强度极限，观察比较材料的破坏现象，分析破坏原因。232.压缩实验实验内容：测定铸铁、低碳钢材料的压缩强度指标，观察比较材料的破坏现象，分析破坏原因。实验要求：测定铸铁和低碳钢的压缩强度极限，观察比较材料的破坏现象，分析破坏原因。233.扭转实验实验内容：测定低碳钢、铸铁材料扭转的强度指标，观察破坏现象。实验要求：测定低碳钢、铸铁材料扭转的强度指标，观察破坏现象。234.弯曲纯实验实验内容：测定梁在纯弯曲时横截面上正应力的大小和分布规律。实验要求：测定梁纯弯曲时横截面上正应力规律，验证公式与实践的符合性，测定材料的泊松比，掌握电测基本原理。21、3合计8五、教学方法及手段本课程以课堂讲授为主，结合讨论、案例、视频资源共享、实验等教学手段完成课程教学任务和相关能力的培养。学生比较全面地理解工程力学的基本知识、基本技能和基本方法，培养学生的观察能力、分析计算能力、对工程问题的辩证思维能力以及严肃认真、实事求是的科学态度。在掌握工程力学基本知识的基础上，学生应该具备对机械领域的复杂工程中的力学问题进行科学的选择分析和计算方法的逻辑思维能力。在实验教学环节中，通过启发式教学、讨论式教学，指导学生用科学的手段来验证理论力学课程的内容，介绍常用设备和仪器的原理、构造和使用维护方法以及综合实验内容的思路和方案设计等，从而掌握理论力学的基本概念及工程中力学相关的基本知识。实验课前要求预习，课后及时完成实验报告，以加深对力学理论知识的理解，了解理论力学解决问题的基本思想，培养严谨的工作作风及对工程结构的力学计算能力，培养一定的理论分析能力和初步的机床设备操作能力，激发学生的创新思维能力。六、课程资源库1 .推荐教材：张春梅段翠芳.工程力学.机械工业出版社.2022.2 .参考书：(1)张秉荣.工程