材料力学性能绪论和第一章

《材料力学》教学大纲制订单位：机械工程学院安全工程系执笔人：李晋一、课程基本信息1．课程中文名称：材料力学2．课程英文名称：Mechanics of materials3．适用专业：非金属材料专业4．总学时：48学时（其中理论40学时，实验8学时）5．总学分：3学分二、本课程在教学计划中的地位、作用与任务本课程是非金属材料管理专业的一门专业基础课，通过本门课程的学习，可以使学生掌握基本受力构件的强度、刚度和稳定性控制方法，从而为工程项目决策提供基本技术手段。

三、理论教学内容与教学基本要求（40学时）1、第一章绪论（2学时）材料力学的任务。

变形固体的基本假设。

外力及其分类。

内力、截面法和应力的概念。

变形与应变。

杆件变形的基本形式。

2、第二章拉伸、压缩与剪切（4学时）轴向拉伸与压缩的概念与实例。

轴向拉伸或压缩时横截面上的内力和应力。

直杆轴向拉伸或压缩时斜截面上的应力。

材料在拉伸时的力学性能。

材料在压缩时的力学性能。

失效、安全系数和强度计算。

轴向拉伸或压缩时的变形。

轴向拉伸或压缩时的变形能。

拉伸、压缩静不定问题。

3、第三章扭转（4学时）扭转的概念与实例。

外力偶矩的计算、扭矩和扭矩图。

纯剪切。

圆轴扭转时的应力。

圆轴扭转时的变形。

4、第四章弯曲内力（4学时）弯曲的概念与实例。

受弯杆件的简化。

剪力和弯矩。

剪力方程和弯矩方程、剪力图和弯矩图。

载荷集度、剪力和弯矩间的关系。

5、第五章弯曲应力（4学时）纯弯曲。

纯弯曲时的正应力。

横力弯曲时的正应力。

弯曲剪应力。

提高弯曲强度的措施。

6、第六章弯曲变形（6学时）工程中的弯曲变形问题。

挠曲线的微分方程。

用积分法求弯曲变形。

用叠加法求弯曲变形。

简单静不定梁。

提高弯曲刚度的一些措施。

7、第七章应力状态和强度理论（6学时）应力状态概述。

两向和三向应力状态的实例。

两向应力状态分析—解析法。

两向应力状态分析—图解法。

三向应力状态。

广义虎克定律。

强度理论概述。

四种常用强度理论。

8、第八章组合变形（6学时）组合变形和叠加原理。

《材料性能学》课程教学大纲课程名称（英文）：材料性能学（Properties of Materials）课程类型：学科基础课总学时： 72 理论学时： 60 实验（或上机）学时： 12学分：4.5适用对象：金属材料工程一、课程的性质、目的和任务本课程为金属材料工程专业的一门专业基础课，内容包括材料的力学性能和物理性能两大部分。

力学性能以金属材料为主，系统介绍材料的静载拉伸力学性能；其它载荷下的力学性能，包括扭转、弯曲、压缩、缺口、冲击及硬度等；断裂韧性；变动载荷下、环境条件下、高温条件下的力学性能；摩擦、磨损性能以及其它先进材料的力学性能等。

物理性能概括介绍常用物理性能如热学、电学、磁学等的基本参数及物理本质，各种影响因素，测试方法及应用。

通过本课程的学习，使学生掌握材料各种主要性能指标的宏观规律、物理本质及工程意义，了解影响材料性能的主要因素，了解材料性能测试的原理、方法和相关仪器设备，基本掌握改善或提高材料性能指标、充分发挥材料潜能的主要途径，初步具备合理的选材和设计，开发新型材料所必备的基础知识和基本技能。

在学习本课程之前，学生应学完物理化学、材料力学、材料科学基础、钢的热处理等课程。

二、课程基本要求根据课程的性质与任务，对本课程提出下列基本要求：1．要求学生在学习过程中打通与前期材料力学、材料科学基础等课程的联系，并注重建立与同期和后续其它专业课程之间联系以及在生产实际中的应用。

2．能够从各种机器零件最常见的服役条件和失效现象出发，了解不同失效现象的微观机理，掌握工程材料（金属材料为主）各种力学性能指标的宏观规律、物理本质、工程意义和测试方法，明确它们之间的相互关系，并能大致分析出各种内外因素对性能指标的影响。

3．掌握工程材料常用物理性能的基本概念及影响各种物性的因素，熟悉其测试方法及其分析方法，初步具备有合理选择物性分析方法，设计其实验方案的能力。

三、课程内容及学时分配总学时72，课堂教学60学时，实验12学时。

《材料力学》简答题第一章绪论1、构件正常工作应满足：①强度要求：在规定载荷作用下的构件不应破坏，构件应有足够的抵抗破坏的能力；②刚度要求：在载荷作用下，构件即使有足够的强度，但若变形过大，仍然不能正常工作，因此要求构件应有足够的抵抗变形的能力。

③稳定性要求：受压力作用的细长杆应该始终维持原有的平衡状态，保证不被压弯。

2、什么是变形固体？材料力学中关于变形固体的基本假设是什么？在外力作用下，一切固体都将发生变形，故称为变形固体。

材料力学中对变形固体所作的基本假设：①连续性假设：认为整个物体体积内毫无空隙地充满物质。

②均匀性假设：认为固体内到处有相同的力学性能。

③各向同性假设：认为无论沿哪个方向，固体力学性能都是相同的。

3、静载荷：若载荷缓慢地由零增加到某一定值，以后即保持不变，或变动很不显著，即为静载荷动载荷：若载荷随时间而变化，则为动载荷。

交变载荷：随时间作周期性变化的动载荷称为交变载荷。

4、内力：物体因受外力作用而变形，其内部各部分之间因相对位置改变而引起的相互作用就是内力。

应力：由外力引起的内力的集度，分为正应力和切应力正应力σ：总应力ｐ沿截面法向的分量。

切应力（剪应力）τ：总应力ｐ沿截面切向的分量。

应变：应变是度量一点处变形程度的基本量，分为线应变和角应变。

正应变（线应变）ε：某点沿某方向单位长度的改变量；切应变（角应变）γ：某点在某平面内直角的改变量（减小为正）5、什么是截面法？简要说明截面法的三个基本步骤。

用一个假想截面，将受力构件分开为两个部分，取其中一部分为研究对象，（将被截截面上的内力以外力的形式显示出来，根据保留部分的平衡条件，）确定该截面内力大小、性质（轴力、剪力、扭转还是弯矩，符号的正负）的一种方法。

截面法的三个基本步骤（截代平）：要求某一截面上的内力时，第一步先沿该截面假象地把构建分为两部分，然后任意取其中一部分作为研究对象，另外一部分舍弃；第二步用作用于截面上的内力代替舍弃部分对取出部分的作用；第三步建立取出部分的平衡方程，从而确定内力。

材料⼒学性能第⼀章：绪论⼀、需要掌握的概念材料⼒学性能的定义、弹性变形、线弹性、滞弹性、弹性后效、弹性模量、泊松⽐、弹性⽐功、体弹性模量⼆、需要重点掌握的内容 1、弹性模量的物理本质以及影响弹性模量的因素； 2、掌握根据原⼦间势能函数推倒简单结构材料弹性模量的⽅法； 3、弹性⽐功的计算，已知材料的应⼒应变曲线能求出材料卸载前和卸载后的弹性⽐功。

材料⼒学性能的定义 是指材料（⾦属和⾮⾦属等）及由其所加⼯成的⼯件在外⼒（拉、压、弯曲、扭转、剪切、切削等）作⽤下⾬加⼯、成型、使役、实效等过程中表现出来的性能（弹塑性、强韧性、疲劳、断裂及寿命等）。

这些性能通常受到的环境（湿度、温度、压⼒、⽓氛等）的影响。

强度和塑性和结构材料永恒的主题！弹性变形 是指材料的形状和尺⼨在外⼒去除后完全恢复原样的⾏为。

线弹性 是指材料的应⼒和应变成正⽐例关系。

就是上图中弹性变形⾥前⾯的⼀段直线部分。

杨⽒模量（拉伸模量、弹性模量） 我们刚刚谈到了线弹性，在单轴拉伸的条件下，其斜率就是杨⽒模量（E）。

它是⽤来衡量材料刚度的材料系数（显然杨⽒模量越⼤，那么刚度越⼤）。

杨⽒模量的物理本质 样式模量在给定环境（如温度）和测试条件下（如应变速率）下，晶体材料的杨⽒模量通常是常数。

杨⽒模量是原⼦价键强度的直接反应。

共价键结合的材料杨⽒模量最⾼，分⼦键最低，⾦属居中。

对同⼀晶体，其杨⽒模量可能随着晶体⽅向的不同⽽不同，俗称各向异性。

模量和熔点成正⽐例关系。

影响杨⽒模量的因素内部因素 --- 原⼦半径 过渡⾦属的弹性模量较⼤，并且当d层电⼦数为6时模量最⼤。

外部因素1. 温度：温度升⾼、原⼦间距增⼤，原⼦间的结合⼒减弱。

因此，通常来说，杨⽒模量随着温度的上升⽽下降。

2. 加载速率：⼯程技术中的加载速率⼀般不会影响⾦属的弹性模量。

3. 冷变形：冷变形通常会稍稍降低⾦属的弹性模量，如钢在冷变形之后，其表观样式模量会下降4% - 6%。

泊松⽐简单来说，泊松⽐就是单轴拉伸或压缩时材料横向应变和轴向应变⽐值的负数。

材料力学章节重点和难点第一章绪论1．主要内容：材料力学的任务；强度、刚度和稳定性的概念；截面法、内力、应力，变形和应变的基本概念；变形固体的基本假设；杆件的四种基本变形。

2．重点：强度、刚度、稳定性的概念；变形固体的基本假设、内力、应力、应变的概念。

3．难点：第二章杆件的内力1．主要内容：杆件在拉压、扭转和弯曲时的内力计算；杆件在拉压、扭转和弯曲时的内力图绘制；平面弯曲的概念。

2．重点：剪力方程和弯矩方程、剪力图和弯矩图。

3. 难点：绘制剪力图和弯矩图、剪力和弯矩间的关系。

第三章杆件的应力与强度计算1．主要内容：拉压杆的应力和强度计算；材料拉伸和压缩时的力学性能；圆轴扭转时切应力和强度计算；梁弯曲时正应力和强度计算；梁弯曲时切应力和强度计算；剪切和挤压的实用计算方法；胡克定律和剪切胡克定律。

2．重点：拉压杆的应力和强度计算；材料拉伸和压缩时的力学性能；圆轴扭转时切应力和强度计算；梁弯曲时正应力和强度计算。

3．难点：圆轴扭转时切应力公式推导和应力分布；梁弯曲时应力公式推导和应力分布；第四章杆件的变形简单超静定问题1．主要内容：拉（压）杆的变形计算及单超静定问题的求解方法；圆轴扭转的变形和刚度计算；积分法和叠加法求弯曲变形；用变形比较法解超静定梁。

2．重点：拉（压）杆的变形计算；；圆轴扭转的变形和刚度计算；叠加法求弯曲变形；用变形比较法解超静定梁。

3．难点：积分法和叠加法求弯曲变形；用变形比较法解超静定结构。

第五章应力状态分析? 强度理论1．主要内容：应力状态的概念；平面应力状态分析的解析法和图解法；广义胡克定律；强度理论的概念及常用的四种强度理论。

2．重点：平面应力状态分析的解析法和图解法；广义虎克定律；常用的四种强度理论。

3．难点：主应力方位确定。

第六章组合变形1．主要内容：拉伸(压缩)与弯曲、斜弯曲、扭转与弯曲组合变形的强度计算；2．重点: 弯扭组合变形。

3．难点：截面核心的概念第七章压杆稳定1．主要内容：压杆稳定的概念；各种支座条件下细长压杆的临界载荷；欧拉公式的适用范围和经验公式；压杆的稳定性校核。

第一章绪论在理论力学中，主要研究了物体在载荷作用下的平衡和运动规律。

但对物体是否能承受载荷，或者说在载荷作用下物体是否会失效这个问题并没有回答，而这是物体平衡和运动的前提。

这个问题正是材料力学所要研究和试图解决的。

在本章则主要讨论材料力学的研究对象和任务，初步建立起变形固体的…些基本概念，为后面的学习打下基础。

第一节变形固体及其理想化由于理论力学主要研究的是物体的平衡和运动规律，因此将研究对象抽象为刚体。

而实际上，任何物体受载荷（外力）作用后其内部质点都将产生相对运动，从而导致物体的形状和尺寸发生变化，称为变形。

例如，橡皮筋在两端受拉后就发生伸长变形；工厂车间中吊车梁在吊车工作时，梁轴线由直变弯，发生弯曲变形。

可变形的物体统称为变形固体。

物体的变形可分为两种：一种是当载荷去除后能恢复原状的弹性变形；另一种是当载荷去除后不能恢复原状的塑性变形。

工程中绝大多数物体的变形是弹性变形，相应的物体称为弹性体。

如果物体的弹性变形大小与载荷成线性关系，则称为线弹性变形，相应的物体材料称为线弹性材料。

大多数金属材料当载荷在一定范围内产生的是线弹性变形。

变形固体的组织构造及其物理性质是十分复杂的，在载荷作用下产生的物理现象也是各式各样的，每门课程根据自身特定的目的研究的也仅仅是某…方面的问题。

为了研究方便，常常需要舍弃那些与所研究的问题无关或关系不大的属性，而保留主要的属性，即将研究对象抽象成•种理想的模型，如在理论力学中将物体看成刚体。

在材料力学中则对变形固体作如下假设：1.连续性假设。

假设物质毫无空隙地充满了整个固体。

而实际的固体是由许多晶粒所组成, 具有不同程度空隙，而且随着载荷或其它外部条件的变化，这些空隙的大小会发生变化。

但这些空隙的大小与物体的尺寸相比极为微小，可以忽略不计，于是就认为固体在其整个体积内是连续的。

这样，就可把某些力学量用坐标的连续函数来表示。

2.均匀性假设。

假设固体内各处的力学性能完全相同。

第一章绪论力学性能(含答案)绪论-第一章（含答案）一、(共35分)填空题（在空白处填上正确的内容）1、材料按化学组成可分为________、________、________、________。

答案：金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料2、工程材料是指具有一定的________，在特定条件下能够承担某种功能，被用来制取零件和元件的材料。

答案：性能3、工程材料按使用性能分类，可分为________和________两大类。

答案：结构材料、功能材料4、在结构材料中，________是应用最广泛的工程材料。

答案：金属材料5、金属材料按其化学组成可分为________和________两大类。

答案：黑色金属材料（钢和铸铁）、有色金属材料（除钢铁之外的金属材料）6、表征金属材料塑性指标的有________和________，分别用符号δ和ψ表示。

答案：延伸率、断面收缩率7、材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力称为________。

答案：冲击韧性8、材料常用的塑性指标有________和________两种。

答案：延伸率、断面收缩率。

9、金属材料在无数次________作用下而不破坏的最大应力叫疲劳强度。

答案：交变应力10、结构材料是以其________为性能指标，用来制造承受载荷、传递动力的零件和构件的材料。

答案：力学性能11、最常用的硬度指标有________硬度、________硬度和________硬度。

答案：布氏、洛氏、维氏12、材料抵抗变形和断裂的能力称为________。

答案：强度13、在交变应力作用下，零件所承受的应力虽然低于其________，但经过较长时间的工作会产生裂纹或突然断裂，这种现象称为材料的疲劳。

答案：屈服强度14、功能材料是以其________为性能指标，用来制造具有特殊性能的元件的材料。

答案：物理性能15、从金属的力学性能考虑，工业中一些需要较大变形的加工工序如轧制，挤压，拉拔，应选________较低，________较高的材料。

《材料性能学》课程教学大纲一、《材料性能学》课程说明（一）课程代码：（二）课程英文名称：Introductions of Materials Properties（三）开课对象：材料物理专业（四）课程性质：《材料性能学》属于材料科学与工程一级学科主干专业课（五）教学目的：使学生掌握材料各种主要性能的基本概念物理本质化学变化律以及性能指标的工程意义，了解影响材料性能的主要因素及材料性能与其化学成分，组织结构之间的关系，基本掌握提高材料性能的主要途径。

（六）教学内容：本课程包括金属材料力学性能，金属物理性能分析，无机材料无论性能，高分子材料力学材料性能、材料的腐蚀与老化、性能指标的工程意义、指标的测试与评价及应用为主线贯穿始终，让学生对材料性能知识有一个完整的了解，以便达到举一反三、触类旁通的效果。

（七）教学时数:学时数：72 学时分数： 4 学分（八）教学方式:以粉笔、黑板为主要形式的课堂教学（九）考核方式和成绩记载说明考核方式为考试。

严格考核学生出勤情况达到学籍管理规定的旷课量取消考试资格，综合成绩根据平时成绩和期末成绩评定，平时成绩占40％，期末成绩占60％。

.二、讲授大纲与各章的基本要求第一章材料的单向静拉伸的力学性能教学要点：让学生了解材料在静载作用下的应力应变关系及常见的三种失败形式的特点和基本规律，这些性能指标的物理概念和工程意义，探讨提高材料性能指标的途径和方向1、使学生了解力—拉伸曲线和应力——应变曲线。

2 、使学生了解材料的弹性变形以及性能指标3、非理想弹性与内耗的概念4、非理想弹性的几种类型及工程应用5、掌握塑性变形的实质以及指标测方法6、了解断裂的机理教学时数： 8 学时教学内容：第一节力——伸长曲线和应力——应变曲线一、力——伸长曲线（低碳钢曲线，决定因素）二、应力——应变曲线中有实力与工程应力的关系式、曲线第二节弹性形变及其性能指标一、弹性形变本质二、弹性模数三、影响弹性模数的因素（键合方式和原子结构、晶体结构、化学成分、微观组织、温度、加载条件的负荷持续时间）四、比例极限与弹性极限五、弹性比功第三节非理想弹性与内耗一、滞弹性二、粘弹性三、伪弹性四、包申格效应五、内耗第四节塑性变形及其性能指标一、塑性变形机理（金属材料的塑性变形、陶瓷材料的塑性变形、高分子的塑性变形）二、屈服观象与屈服强度三、影响金属材料屈服强度的因素（晶体结构、晶界与亚结构、溶质元素、第二相、温度应变速率与应力状态）四、应变硬化（机理、指数、意义）五、抗拉强度与缩颈条件六、塑性与塑性指标七、超塑性第五节断裂一、断裂的类型及断口特征（韧性断裂与脆性断裂、穿晶断裂与沿晶断裂、洁切断裂与解理断裂、高分子材料的断裂、断口分析）二、裂纹形裂的位错模型（佤纳——斯特罗理论、断裂强度的裂纹理论）三、断裂强度四、真实断裂强度与静力韧度考核要求：1、力—伸长曲线和应力——应变曲线1.1力—伸长曲线（低碳钢曲线、决定因素）(识记)1.2应力—应变曲线中有实力与工程应力的关系式(识记)2、弹性形变及其性能指标2.1弹性形变本质（领会）2.2弹性模数(识记)2.3影响弹性模数的因素（键合方式和原子结构、晶体结构、化学成分、微观组织、温度、加载条件的负荷持续时间）（领会）2.4比例极限与弹性极限（领会）2.5弹性比功（领会）3、非理想弹性与内耗3.1滞弹性（领会）3.2粘弹性（领会）3.3伪弹性（领会）3.4包申格效应(识记)3.5内耗(识记)4、塑性变形及其性能指标4.1塑性变形机理(识记)4.2屈服观象与屈服强度（领会）4.3影响金属材料屈服强度的因素(识记)4.4应变硬化（领会）4.5抗拉强度与缩颈条件(识记)4.6塑性与塑性指标(识记)4.7超塑性(识记)第五节断裂5.1断裂的类型及断口特征(识记)5.2裂纹形裂的位错模型（领会）5.3断裂强度（领会）5.4真实断裂强度与静力韧度（领会）第二章材料在其他静载下的力学性能教学要点：让学生了解扭转、弯曲、压缩与带缺口试样的静拉伸以及材料硬度实验的方法、应用范围、力学性能指标。