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《工程力学Ⅰ》课程教学大纲课程编号：125111 学分： 4 (4学时/周) 总学时：68大纲执笔人：陈洁大纲审核人：王斌耀一、课程性质与目的工程力学（Ⅰ）（包括静力学、材料力学两部分）是土木工程专业的一门重要的技术基础课，它是各门后续课程的基础，并在许多工程技术领域中有着广泛的应用。
本课程的目的是使学生掌握静力学中一般力系的简化与平衡问题的分析介绍方法；掌握材料力学中构件在拉、压、剪切、扭转和弯曲时的强度与刚度问题的分析计算方法，构件在组合变形时的强度与刚度问题的分析计算方法，以及构件在受压时稳定性问题的分析计算方法等；掌握材料的基本力学性能和基本的材料力学实验方法；初步学会应用基本概念、基本理论和基本分析方法去分析问题和解决问题，为学习一系列后继课程打好必要的基础。
同时结合本课程的特点培养学生分析、解决工程实际问题的能力，提高学生的综合素质。
二、课程基本要求1、掌握力的概念、力的投影和力矩的计算；2、掌握力系简化的方法和一般的简化结果；3、掌握刚体静力学的平衡条件和平衡方程；4、对材料力学的基本概念和基本的分析方法有明确的认识。
5、具有将简单受力杆件简化为力学简图的初步能力，具有力学建模的初步概念与能力。
6、能熟练地做出杆件在基本变形下的内力图、计算其应力和位移、并进行强度和刚度计算。
7、对应力状态理论和强度理论有明确的认识，并能将其应用于组合变形下杆件的强度计算。
8、理解掌握简单超静定问题的求解方法。
9、对能量法的有关基本原理有明确认识，并熟练地掌握一种计算位移的能量方法。
10、对压杆的稳定性概念有明确的认识，能熟练计算轴向受压杆的临界载荷与临界应力，并进行稳定性校核等计算。
11、掌握质点系的质心、刚体的转动惯量、惯性积、惯性主轴和惯性积的平行移轴公式；掌握截面的静矩，形心的位置，惯性矩和惯性积及它们的平行移轴公式，转轴公式。
组合截面的惯性矩、惯性积计算，截面的形心主惯性轴和形心主惯性矩的计算11、对于常用材料在常温下的基本力学性能及其测试方法有初步认识。
连接件受力经验计算公式
1. 螺栓连接受力计算公式
- 轴向受力: F = π/4 * d^2 * σb
- 剪切受力: F = π/4 * d^2 * τ
其中, d为螺栓直径, σb为螺栓材料的抗拉强度, τ为螺栓材料的剪切强度。
2. 焊缝受力计算公式
- 焊缝长度受力: F = a * l * σw
- 焊缝面积受力: F = a * σw
其中, a为焊缝面积或长度, l为焊缝长度, σw为焊缝材料的极限强度。
3. 键连接受力计算公式
- 剪切受力: F = π/4 * d^2 * τ
- 压力受力: F = d * l * p
其中, d为键直径, l为键长度, τ为键材料的剪切强度, p为键与轴承的接触压力。
4. 铰链连接受力计算公式
- 剪切受力: F = π/4 * d^2 * τ
- 压力受力: F = d * b * p
其中, d为铰链直径, b为铰链宽度, τ为铰链材料的剪切强度, p为铰链与轴承的接触压力。
以上公式是基于理想工况下的简化计算方法,实际应用中还需考虑安全系数、应力集中等影响因素进行修正。
此外,对于复杂的连接形式,可能需要采用有限元分析等数值计算方法。
材料力学第1章绪论1.1材料力学的任务构件应满足以下基本要求：强度，刚度，稳定性要求1.2材料力学的基本假设连续性，均匀性，各向同性假设1.3杆件的基本变形形式拉伸或压缩，剪切，扭转，弯曲1.4内力一截面法1.5应力平均应力-p：应力p：应力，切应力，正应力：1.6应变1.棱边长度的改变（原长为△x，变形后成为△x+△u）该点处沿x方向的线应变：2.棱边间夹角的改变切应变：y。
切应变的单位为rad第2章拉伸压缩与剪切2.1拉压杆的内力及应力2.1.1轴力、轴力图Fn=FFn即为横截面n—n上的内力。
由于F的作用线与杆轴线重合，故称为轴力。
规定拉伸的轴力为正，压缩为负。
2.1.2轴力图2.1.3拉压杆横截面上的应力轴向载荷作用下杆件是否破坏，不仅与轴力的大小有关，还与横截面面积有关。
正应力：。
拉应力为正，压应力为负。
2.1.4斜截面上的应力斜面上的全应力Pa：将全应力Pa分解为沿斜面法向的正应力和沿切向的切应力思考：a=0/45/90°时，正应力，切应力大小2.2拉压杆的变形2.2.1 轴向与横向变形轴向线应变为：。
以伸长为正，缩短为负。
横向线应变为：。
正负号与轴向线应变相反。
材料的泊松比u（量纲一）：2.2.2 拉压胡克定律当应力o未超过某一极限值时，拉压杆的轴向变形与外力F及杆的原长l 成正比，与横截面面积Ａ成反比。
引进比例常数E，则有胡克定律公式：E为材料的弹性模量，其量纲为ML^-1T^-2。
EA反映了杆件抵抗拉压变形的能力，称为杆件的抗拉(压)刚度。
由Fn/A=正应力，△l/l=线应力，故。
（在弹性范围内，正应力与线应变成正比。
）2.3金属拉压时的力学性能2.3.1低碳钢拉伸时的力学性质1.在拉伸过程中，标距l的伸长量与试件所受载荷F之间的关系曲线F—△l 称为拉伸曲线。
工程应力：将纵坐标值F除以原始的横截面面积A，即为正应力=F/A工程应变：将横坐标值除以原始的标距长度l，即为线应变=△l /l将拉伸曲线F—△l变为应力应变曲线（消除试件尺寸的影响）（1）弹性阶段Ob：弹性阶段的应力最高限称为材料的弹性极限（用符号6e表示）。
绪论单元测试
1
【单选题】(3分)
均匀性假设认为，材料内部各点的（）是相同的。
A.
应变
B.
应力
C.
力学性质
D.
位移
2
【单选题】(3分)
根据小变形条件可以认为（）
A.
构件仅发生弹性变形
B.
构件的变形远小于其原始尺寸
C.
构件不变形
D.
构件不破坏
3
【单选题】(3分)
外力包括（）
A.
静载荷和动载荷;
B.
集中载荷和分布载荷
C.
所有作用在物体外部的力
D.
载荷和支反力
4
【单选题】(3分)
在下列说法中，正确的是（）
A.
内力随外力的增大而增大
B.
内力与外力元关
C.
内力沿杆轴线是不变的
D.
内力的单位是N或kN
5
【单选题】(3分)
在下列关于内力与应力的讨论中，说法是正确的是（）
A.
应力是内力的平均值
B.
内力是应力的代数和
C.
内力是应力的矢量和
D.
应力是内力的分布集度
6
【单选题】(3分)
用截面法求一水平杆某截面的内力时，是对（）建立平衡方程求解的。
A.
该截面右段
B.
该截面左段或右段
C.
整个杆
D.
该戳面左段。
材料力学复习题一、填空题：1、材料力学是研究构件强度、刚度、稳定性计算的科学。
2、固体的变形可分为：弹性变形和塑性变形。
3、构件在外力作用下，抵抗破坏的能力称为强度, 抵抗变形的能力称为刚度，维持原有平衡状态的能力称为稳定性。
4、构件安全工作的基本要求是：构件必须具有强度要求、刚度要求和稳定性要求。
5、在强度计算中，根据强度条件可以解决三方面的问题：即校核强度、设计杆件尺寸、和计算许用载荷。
6、研究杆件内力的基本方法是截面法。
7、材料的破坏通常分为两类，即塑性变形和断裂。
8、在低碳钢的拉伸试验中，材料的应力变化不大而变形显著增加的现象称为屈服。
9、因截面形状尺寸突变而引起局部应力增大的现象，称为应力集中。
10、扭转的变形特点是截面绕轴线发生相对转动。
11、杆件变形的基本形式有拉伸或压缩、剪切、扭转和弯曲。
12、吊车起吊重物时，钢丝绳的变形是拉伸；汽车行驶时，传动轴的变形是扭转变形；教室中大梁的变形是弯曲变形。
13、下图所示各杆件中受拉伸的杆件有AB CD BC ；受力压缩杆件有BD EB。
-曲线上，对应p点的应力为比例极限，符号σp 、对应y点的14、图中σε应力称为屈服极限，符号σs、对应b点的应力称为强度极限符号σb 。
15、内力是外力作用引起的，不同的 外力 引起不同的内力，轴向拉、压变形时的内力为 拉力或压力 。
剪切变形时的内力为 剪切力 ，扭转变形时内力为扭矩，弯曲变形时的内力为 剪力和弯矩 。
16、杆件轴向拉压胡克定律的两种表达式为∆=l Nl EA 和 。
E 称为材料的 。
它是衡量材料抵抗 能力的一个指标。
E 的单位为MPa ，1 MPa= Pa 。
14、衡量材料强度的两个重要指标是 屈服极限 和 。
15、通常工程材料丧失工作能力的情况是：塑性材料发生 现象。
16、低碳钢拉伸图可以分为四个阶段，它们分别是 阶段， 阶段， 阶段和 阶段。
19、描述梁变形通常有 挠度 和 两个位移量。
绪论部分1-1.构件的强度、刚度和稳定性（）。
（A）只与材料的力学性质有关；（B）只与构件的形状尺寸关（C）与二者都有关；（D）与二者都无关。
1-2.各向同项假设认为，材料内部各点的（）是相同的。
（A）力学性质；（B）外力；（C）变形；（D）位移。
1-3. 根据小变形条件,可以认为（）。
（A）构件不变形；（B）构件不变形；（C）构件仅发生弹性变形；（D）构件的变形远小于其原始尺寸。
1-4.在下列三种力（1、支反力；2、自重；3、惯性力）中，（）属于外力。
（A）1和2；（B）3和2；（C）1和3；（D）全部。
1-5. 在下列说法中，（）是正确的。
A内力随外力的增大而增大；（B）内力与外力无关；（C）内力的单位是N或KN；（D）内力沿杆轴是不变的。
1-6. 一等截面直拉杆如图所示。
在P力作用下，（）。
A横截面a上的轴力最大；B曲截面b上的轴力最大；C斜截面c上的轴力最大； a bD三个截面上的轴力一样大。
1-7. 用截面法求一水平杆某截面的内力时,是对( )建立平衡方程求解的。
(A) 该截面左段; (B) 该截面右段;(C) 该截面左段或右段; (D) 整个杆。
1-8. 在杠杆的某截面上，各点的正应力（）。
A大小一定相等，方向一定平行；(B) 大小不一定相等，但方向一定平行；(C) 大小不一定相等，方向也不一定平行；(D) 大小一定相等，但方向不一定平行。
1-9.在一截面的任意点处，若正应力ζ与剪应力η均不为零，则正应力ζ与剪应力η的夹角为（）。
(A)α＝900；（B）α＝450；（C）α＝00；（D）α为任意角。
1-10. 在下列说法中，（）是错误的。
（A）应变分线应变和角应变两种；（B）应变是变形的度量；（C）应变是位移的度量；（D）应变是无量纲物理量；1-11. 在下列结论中，（）是错误的。
A若物体产生位移，则必定同时产生变形；B若物体各点均无位移，则必定无变形；C若物体产生变形，则物体内总有一些点要产生位移；D位移的大小取决于物体的变形和约束状态。
材料力学的基本计算公式材料力学是研究材料在力的作用下的行为和性能的学科。
在材料力学中，有一些基本的计算公式，可以用于分析材料的力学性质。
下面是一些常用的材料力学的基本计算公式。
1.弹性应变材料在受力作用下会发生变形，这种变形可以用应变来描述。
弹性应变是材料在弹性阶段的变形量与初试长度之比。
可以通过以下公式计算弹性应变：ε=δL/L其中，ε为弹性应变，δL为变形量，L为初始长度。
2.弹性模量弹性模量衡量了材料在弹性阶段的刚度，可以用于描述材料的抗拉强度。
对于线性弹性材料，弹性模量可以通过以下公式计算：E=σ/ε其中，E为弹性模量，σ为应力，ε为弹性应变。
3.科尔莫戈洛夫方程科尔莫戈洛夫方程可以用于计算材料在复合应力状态下的应变。
对于一般的受应力状态（平面应力和轴对称应力），科尔莫戈洛夫方程可以表示为：σ=S*ε其中，σ为应力，S为应力-应变刚度矩阵，ε为应变。
4.拉伸和压缩应力拉伸和压缩应力计算公式分别如下：拉伸应力：σ=F/A压缩应力：σ=-F/A其中，σ为应力，F为作用力，A为受力面积。
5.剪切应力材料在受剪力作用下会发生剪切变形。
剪切应力可以通过以下公式计算：τ=F/A其中，τ为剪切应力，F为剪切力，A为受力面积。
6.杨氏模量杨氏模量衡量了材料的刚度，可以用于描述材料的弹性性能。
对于拉伸应力-应变状态，杨氏模量可以通过以下公式计算：E=σ/ε其中，E为杨氏模量，σ为拉伸应力，ε为拉伸应变。
7.泊松比泊松比衡量了材料在受力作用下沿垂直方向的变形。
可以通过以下公式计算：ν=-εv/εl其中，ν为泊松比，εv为垂直应变，εl为拉伸应变。
8.巴拉赫公式巴拉赫公式可以用于计算材料的抗拉强度，可以表示为：σy=K*σr^n其中，σy为抗拉强度，K和n为材料的参数，σr为引伸计测得的真实应力。
这些公式是材料力学的基本计算公式，可以用于分析材料的力学性质。
在实际应用中，还会根据具体情况考虑材料的非线性和多轴受力等因素，进行更为深入的分析和计算。
材料力学一、课程的性质与设置目的和要求材料力学是由基础理论课向设计课程过渡的技术基础课。
该课程对后续专业课及工程应用都有深远的影响。
通过对材料力学课程的学习，要求学生对杆件的强度、刚度和稳定性问题具有明确的基本概念、必要的基础理论知识、比较熟练的计算能力、一定的分析能力和实验能力。
二、课程内容与考核目标本课程主要讲述杆件的强度、刚度和稳定性理论及其应用，包括四种基本变形与组合变形的应力和变形，强度和刚度计算，能量方法与超静定问题，压杆稳定，动载荷与交变应力。
第一章拉伸与压缩1.学习目的与要求：本章介绍杆件在拉伸或压缩时的应力和变形计算。
通过学习，要求能熟练绘制杆件的轴力图；能熟练进行杆件强度计算和变形计算。
2.课程内容：轴向拉、压的概念；外力、内力、应力、应变、变形、位移等概念；拉（压）杆的内力、内力图；应力和强度计算、材料的拉、压力学性能、杆件的变形计算；简单的超静定问题。
3.考核知识点：轴力、轴力图；轴向拉压时截面上的应力；轴向拉压时的变形、虎克定律；材料的力学性能（低碳钢、铸铁的拉伸试验的应力应变图；低碳钢和铸铁的压缩试验及两类材料的比较）；轴向拉压的强度条件及强度计算；4.考核要求：能熟练运用截面法计算杆件的轴力，正确绘制轴力图；掌握杆件拉、压时的强度计算；掌握杆件的变形计算；了解材料的基本力学性能以及试件拉、压破坏时的现象和原因；掌握求解简单超静定问题的方法。
第二章剪切1.学习目的与要求：本章介绍连接件的实用计算。
通过学习，要求会计算简单的连接件的强度问题。
2.课程内容：剪切构件的受力和变形特点，连接处可能的破坏形式，剪切和挤压的实用计算。
3.考核知识点：剪切和挤压的概念，剪切和挤压的应力计算。
4.考核要求：了解剪切和挤压的概念，会计算简单的连接件的强度问题。
第三章扭转1.学习目的与要求：本章介绍杆件扭转时的应力和变形，通过学习，要求能熟练绘制杆件的扭矩图；掌握应力和变形的计算公式，能熟练进行轴类零件的强度和刚度计算2.课程内容：纯剪切概念、剪切胡克定律、切应力互等定理；功率、转速与外力偶矩的关系；扭矩和扭矩图、应力和变形的计算、强度条件和刚度条件；弹簧的应力和变形计算；简单扭转超静定问题的计算；非圆截面杆扭转的应力和变形简介。
