工程力学C教学大纲(机械学院)

《工程力学C》教学大纲（机械学院） 英文名称：Engineering Mechanics（C） 学 分：5 学 时：80 理论学时：74 实验学时：6 先修课程：高等数学、大学物理 适用专业：安全工程、消防工程

教学目的： 本课程是安全工程消防工程专业本科生的专业基础课，是学生学习专业课和从事本专业生产和科研工作必备的理论基础。通过本课程的学习使学生掌握工程力学中静力学和材料力学的基本概念和基本理论及必要的实验方法。即为学生学习专业课程提供必要的力学知识，也为学生进一步自学力学课程打下良好的基础。

教学要求： 学生通过本课程的学习，具备从简单的工程实际问题中抽象、简化力学模型的能力，能够对简单工程结构和构件进行受力分析和平衡计算；掌握工程中常见杆件的强度、刚度、稳定性设计的基本技能。初步掌握测量材料的力学性质、构件的应力及变形的基本方法。

教学内容： 第一篇 静力学（16学时） 一、物体受力分析（5学时） 1.力和力系 力的概念、力的投影、力系的概念以及力的可传性原理 2.约束和约束力 自由体和非自由体的概念、约束和约束力、根据约束本身物理属性或构造分析约束力 3.受力图 基本要求： 掌握力的矢量表达形式、力矢在空间直角坐标系中投影的两种方法、力系的概念及其分类、刚体的概念和力的可传性原理；在准确理解自由体、非自由体、约束和约束力概念的基础上，能够根据约束本身物理属性或构造特征熟练分析物体受力并画出受力图。 重 点： 掌握力的矢量表达形式、力矢在空间直角坐标系中投影的两种方法，刚体的概念和力的可传性原理，能根据约束本身物理属性或构造特征熟练分析物体受力并画出受力图。 难 点： 根据约束本身物理属性或构造特征熟练分析物体受力并画出受力图。

二、力系简化（4学时） 1.力矩 合力矩定理 力偶 力对点之矩、力对轴之矩、力对点之矩和力对轴之矩的关系、力偶及其特性 2.力系向一点简化 主矢量和主矩 力线平行移动定理、力系向一点简化、主矢和主矩 基本要求： 准确理解并掌握力对点之矩的概念和计算方法以及与力对轴之矩之间的关系；理解力偶的概念，掌握力偶的特性；理解并掌握力线平行移动定理，并能在此基础上掌握力系向一点简化的规律。 重 点： 掌握力对点之矩、力对轴之矩的计算方法；理解并掌握力线平行移动定理和力系向一点简化的计算方法。 难 点： 力对点之矩的计算；力系向一点简化的规律及计算方法。

三、力系平衡条件（7学时） 1.力系平衡条件 静定与静不定概念 空间力系平衡条件，平面力系平衡条件，静定和静不定概念 2.力系平衡条件应用 3.物体系统的平衡问题 4.带摩擦时的平衡问题（自学内容） 滑动摩擦力，带摩擦时的平衡问题 5.重心 形心 静矩 基本要求： 理解并掌握空间力系、平面力系的平衡条件，并能够熟练应用平衡条件求解构件以及简单工程结构（包括桁架）的平衡问题；理解静定和静不定的概念；理解滑动摩擦力的概念；理解并掌握重心、形心和静矩的概念和计算方法。 重 点： 平面力系的平衡条件；应用平衡条件求解构件以及简单工程结构（包括桁架）的平衡问题。 难 点： 应用平衡条件求解构件以及简单工程结构（包括桁架）的平衡问题。

第二篇 材料力学（64学时，含实验6学时） 四、绪 论（2学时） 1.材料力学的研究对象及目的 杆件的概念，强度、刚度和稳定性设计的目的 2.变形固体的概念及基本假设 3.应力和应变的概念 4.应力和应变之间的关系 拉伸虎克定律和剪切虎克定律，各材料常数之间的关系 基本要求： 理解材料力学的研究对象及其目的，掌握材料力学的基本假设，理解并掌握应力、应变的概念和两者之间的关系，掌握拉伸虎克定律和剪切虎克定律以及各材料常数之间的关系。 重 点： 材料力学的基本假设，应力、应变的概念和两者之间的关系，拉伸虎克定律和剪切虎克定律。 难 点： 应力、应变的概念和两者之间的关系。

五、杆件内力（6学时） 1.截面法 内力分量 求解杆件内力的截面法，杆件基本变形的受力特点及其相应的内力分量 2.内力方程 内力图 采用截面法写出杆件的内力方程并画出内力分布图 3.剪力、弯矩和载荷集度间的微分关系 基本要求： 理解掌握截面法的概念、杆件基本变形的受力特点以及相应的内力分量的计算方法。掌握杆件内力方程的求解及内力图的绘制，并在理解剪力、弯矩和载荷集度间的微分关系的基础上，熟练绘制弯曲杆件内力图。 重 点： 利用截面法求解杆件的内力分量，在理解剪力、弯矩和载荷集度间的微分关系的基础上绘制杆件内力图。 难 点： 剪力、弯矩和载荷集度间的微分关系，剪力图、弯矩图的绘制。

六、杆件应力（14学时） 1.轴向拉（压）应力 杆件横截面上的应力，应力集中现象，轴向拉（压）杆件斜截面上的应力。 2.纯弯曲正应力公式 纯弯曲梁的概念，纯弯曲梁正应力计算公式及其推导，杆件的截面惯性矩以及平行移轴定理 3.对称截面梁应力 对称截面梁弯曲正应力公式，对称截面梁弯曲剪应力公式及其推导 4.非对称截面梁应力 弯曲中心（阅读内容） 非对称截面梁的弯曲正应力，开口薄壁杆件弯曲中心 5.扭转剪应力 圆截面杆件扭转变形描述及扭转剪应力计算公式和推导，极惯性矩和抗扭模量概念及计算，非圆截面杆件扭转简介 6.组合变形杆件的应力分析 杆件承受轴向拉（压）和弯曲组合变形时的应力，两个平面弯曲组合时的应力，弯扭组合时的应力及其危险点的应力描述，轴向拉（压）和扭转组合时的应力 基本要求： 掌握轴向拉（压）杆件横截面及任意斜截面上的应力计算，理解应力集中现象和剪应力互等定理；掌握纯弯曲梁正应力计算公式以及最大正应力计算方法、截面惯性矩的计算；掌握对称截面梁弯曲正应力、剪应力计算公式；掌握圆截面杆件扭转剪应力的计算公式以及最大剪应力计算方法；准确理解组合变形杆件中应力的叠加，掌握轴向拉（压）和弯曲组合变形、两个平面弯曲组合时应力的计算方法，理解利用单元体描述弯扭组合、轴向拉（压）和扭转组合时的杆件应力。 重 点： 轴向拉（压）杆件横截面、斜截面上的应力计算；纯弯曲梁弯曲正应力计算公式，对称截面梁正应力、剪应力计算公式；圆截面杆件扭转剪应力的计算公式；轴向拉（压）和弯曲组合变形、两个平面弯曲组合时应力的计算方法；利用单元体描述弯扭组合、轴向拉（压）和扭转组合时的杆件危险点的应力。 难 点： 轴向拉（压）杆件斜截面上的应力计算；对称截面梁正应力、剪应力计算公式；圆截面杆件扭转剪应力的计算公式；轴向拉（压）和弯曲组合变形、两个平面弯曲组合时应力的计算方法。

七、材料在轴向拉压下的力学性能（2学时） 1.材料在拉伸时的力学性能 低碳钢、铸铁在拉伸和压缩时的力学性能，强度指标和塑性指标，非金属材料在轴向拉（压）时的力学性能 2.材料在高温和动载荷时的力学性能 材料在高温、短期加载时的力学性能，高温蠕变和应力松弛，在动载荷下应变速率对材料力学性能的影响 3.安全系数 许用应力 基本要求： 准确理解并掌握典型的塑性材料（低碳钢）和脆性材料（铸铁）在轴向拉（压）下的应力－应变曲线，并掌握两种材料的强度指标和塑性指标；掌握安全系数和许用应力的概念；了解非金属材料在轴向拉（压）时的力学性能；了解材料在高温和动载荷时的力学性能。 重 点： 典型塑性材料（低碳钢）和脆性材料（铸铁）在轴向拉（压）下的应力－应变曲线，两种材料的强度指标和塑性指标；安全系数和许用应力的概念。 难 点： 塑性材料（低碳钢）、脆性材料（铸铁）在轴向拉（压）下的应力－应变曲线。

八、应力状态分析和强度理论（16学时） 1.点的应力状态概述 利用单元体对点的应力状态进行描述，主应力和主平面的概念 2.平面应力状态分析 任一斜截面上的应力计算，主应力和主方向的计算 3.应力莫尔圆 两向应力状态分析的应力莫尔圆法——图解法 4.三向应力状态简介 5.广义虎克定律 广义虎克定律，体积应变和体积应力的概念和计算，应变比能和形状改变比能的概念和计算 6.强度理论 材料的破坏方式，无裂纹体的脆性断裂理论，材料破坏的塑性流动理论，莫尔强度理论，含裂纹体的脆性断裂判据 7.杆件的强度计算 杆件在基本变形，包括拉伸、弯曲和扭转下的强度条件，拉（压）弯组合变形杆件、偏心拉（压）杆件的强度条件，圆轴承受拉扭和弯扭组合变形时的强度条件 8.剪切的实用计算 连接结构中承受剪切和挤压的连接件（铆钉、键）剪切、挤压强度的工程实用计算方法 9.提高杆件强度的一些措施 基本要求： 准确理解并掌握平面应力状态中任一斜截面上的应力、主应力和主方向的计算，两向应力状态分析的应力莫尔圆法，广义虎克定律，描述材料脆性断裂和塑性流动破坏的四个强度理论，杆件基本变形和组合变形下的强度条件，圆轴承受拉扭和弯扭组合变形时的强度条件，连接件（铆钉、键）剪切、挤压强度的工程实用计算方法；了解三向应力状态中最大剪应力的计算和提高杆件强度的一些措施。 重 点： 平面应力状态中任一斜截面上的应力、主应力和主方向的计算，两向应力状态分析的应力莫尔圆法，广义虎克定律，强度理论，杆件基本变形和组合变形下的强度条件以及圆轴承受拉扭和弯扭组合变形时的强度条件，剪切实用计算。 难 点： 平面应力状态中任一斜截面上的应力、主应力和主方向的计算，两向应力状态分析的应力莫尔圆法，杆件组合变形下的强度条件以及圆轴承受拉扭和弯扭组合变形时的强度条件。

九、变形分析与刚度设计（6学时） 1.杆件的拉压变形 杆件在轴向拉压载荷下的纵向变形和横向变形，泊松比，桁架节点位移计算 2.圆轴的扭转变形 3.梁的弯曲变形 梁弯曲的挠度与转角，挠曲线微分方程，采用积分法求解梁的变形 4.叠加法求梁的变形 5.杆件的刚度设计 提高杆件刚度的措施 杆件的刚度条件，杆件的刚度设计，提高杆件刚度的措施 基本要求： 掌握杆件在轴向拉压载荷下的变形、圆轴的扭转变形计算公式；熟练掌握梁弯曲的挠曲线微分方程和求解梁变形的积分法和叠加法；杆件的刚度条件和刚度设计；了解桁架节点位移的计算方法和提高杆件刚度的措施。 重 点： 杆件在轴向拉压载荷下的变形、圆轴的扭转变形计算公式；梁弯曲的挠曲线微分方程和求解梁变形的积分法和叠加法；杆件的刚度条件和刚度设计。 难 点： 梁弯曲的挠曲线微分方程和求解梁变形的积分法。

十、能量法（11学时） 1.功 应变能 应变能密度