《工程力学》教学大纲土木测绘2.docx
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《工程力学》教学大纲土木测绘2
《工程力学》课程教学大纲
课程英文名称：
MechanicsofEngineering
课程代码：
110000101
课程性质：
学科基础课
适用专业：
测绘工程
总学时数：
80其中讲课学时：
74 实验学时：
6 总学分数：
5
编写人：
罗玉梅审定人：
袁文华
一、课程简介
（一）课程教学目的与任务
工程力学包括理论力学和材料力学两部分内容，理论力学是理论性较强的技术基础课，是一系列工程专业课的基础。
材料力学是由基础理论课过渡到设计课程的技术基础课，通过工程力学的学习培养学生对工程设计的承载问题具有明确的基本概念，能较熟练地对各种工程构件进行强度和刚度设计和校核。
为后续的工程专业课程的学习，及今后实际工作打下基础。
（二）课程教学的总体要求
静力学
1．重点掌握物体和物体系统的受力分析;各种类型力系的简化方法和简化结果，能熟练地计算主矢和主矩;各种类型的平衡条件和平衡方程，求解单个物体和简单物体系统的平衡问题。
2．掌握力、力矩和力偶等基本概念及其性质，能熟练地计算力的投影、力对点的矩和力对轴的矩;计算物体重心各种方法.
3．了解滑动摩擦的概念和摩擦力的特征，自锁的条件，考虑滑动摩擦时简单物体系统的平衡问题以及滚动摩阻的概念。
材料力学
1．重点掌握材料力学的基本概念和基本分析方法;具有工程结构物中的部件和物体简化为力学简图的初步能力；能够熟练地分析杆件在拉（压）、扭、弯时的内力，并正确做出相应的内力图；能够熟练分析杆件的应力、位移、进行强度和刚度计算，；对应力状态理论和强度理论有明确的认识，并能将其应用于变形杆件的强度计算。
2．掌握一次超静定问题的解法、轴向压杆的临界应力及压杆的稳定性计算方法。
（三）课程的基本内容
本课程主要讲述静力学基本概念与公理、物体的受力分析;力系的合成与平衡;静力学普遍定理及其综合应用等.材料力学基本概念，杆件变形的基本形式；轴向拉伸和压缩、剪切;扭转；平面弯曲的内力、应力和变形；应力状态和应变状态分析；强度理论；组合变形；压杆稳定
（四）先修课程及后续课程
先修课程：
高等数学、大学物理、理论力学
二、课程教学总体安排
（一）学时分配建议表
学时分配建议表
课程内容
各教学环节的学时分配
讲课
习题课
实验
设计
绪论
2
静力学基本公理及受力分析
4
2
力系的简化
6
力系的平衡原理
4
2
摩擦
2
轴向拉压
8
2
2
扭转
8
2
弯曲应力
8
2
2
弯曲变形
4
应力应变分析
8
组合变形
6
2
压杆稳定
4
合计（学时）
64
10
6
（二）推荐教材及参考书目
教材：
《工程力学》（Ⅰ）、（Ⅱ）第一版，王海容主编，中国水利水电出版社，2011年
《动力机械基础实验》第一版，陈志刚，邓清方主编，中国水利水电出版社，2012年
参考书目：
[1]刘又文.《理论力学》.高教出版社.第一版.2006年
[2]哈尔滨工业大学理论力学教研室编.《理论力学》（Ⅰ）.高教出版社.第7版.2006.8
[3]哈尔滨工业大学理论力学教研室.《理论力学学习辅导》.高教出版社.2003
[4]《材料力学》（Ⅰ）、（Ⅱ）第四版，刘鸿文编，高等教育出版社，2003年
[5]《材料力学学习指导》，陈乃立编，高等教育出版社，2004年
[6]《材料力学》Ⅰ）、（Ⅱ）第二版，单辉祖编，高等教育出版社，2004年
（三）课程考核方式
1、考核方式：
闭卷考试
2、成绩构成：
平时成绩占总成绩的20%，实验成绩占总成绩的10%，期末考试占总成绩的70%
三、课程教学内容及基本要求
（一）绪论（2课时）
1、教学目的
通过本讲的学习,使学生明白工程力学的任务和基本内容；工程力学的重要性和将工程实际问题抽象成力学模型的方法.
2、教学重点与难点
（1）教学重点：
工程力学的任务和研究方法；工程力学的研究对象及其内容。
工程力学和现代工程技术的密切关系
（2）教学难点：
工程力学的研究方法，如何将工程实际问题抽象成力学模型。
3、教学方法：
课堂讲授。
4、教学主要内容
工程力学的目的和任务；工程力学研究的内容；工程力学的研究方法（分析、计算、实验）；工程力学和现代工程技术的密切关系；身边的力学问题举例.工程力学研究的前沿问题。
5、教学要求
熟悉工程力学的研究方法、研究对象及其内容，通过身边的力学问题激发学生对工程力学学习的积极性。
6、学生练习
思考题2-3道
工程力学Ⅰ（理论力学部分）：
（二）第一章静力学公理与物体的受力分析（讲课4学时，习题2课时）
1、教学目的
通过本章的学习,使学生深入理解力、刚体、平衡等重要概念；静力学公理是静力学的理论基础;了解物体的受力分析、物体的受力图的概念;能正确地对单个物体与物体系进行受力分析。
2、教学重点与难点
（1）教学重点：
静力学公理；约束的概念；常见约束的特征及约束反力的画法；单个物体及物体系的受力分析。
（2）教学难点：
静力学公理的两个推论；约束的概念；物体系的受力分析。
3、教学方法：
课堂讲授。
4、教学主要内容
静力学的研究对象和基本概念；静力学公理；约束的基本类型与约束反力；物体的受力分析与受力图；
5、教学要求
熟练掌握静力学公理；了解物体的受力分析、物体的受力图的概念.深入理解约束、约束力等重要概念；掌握光滑表面接触约束、柔性体约束、光滑铰链约束等常见约束的特征；，能正确地对单个物体与物体系进行受力分析
6、学生练习
4－6道题
（三）第二章力系的简化（6学时）
1、教学目的
通过本章的学习,使学生对于力的投影、力偶、力矩和力偶矩的概念有清晰的理解，并能熟练的计算；熟练掌握力矩和力偶的基本性质；掌握平面基本力系的合成方法，掌握平面任意力系向一点简化的方法；掌握重心的计算方法
2、教学重点与难点
（1）教学重点：
力在坐标轴上的投影，力对点之矩的计算，平面力偶性质和力偶等效条件；平面任意力系向作用面内任一点的简化；重心的计算方法
（2）教学难点：
平面任意力系向作用面内任一点的简化；重心的计算方法。
3、教学方法：
课堂讲授。
4、教学主要内容
力的投影、力偶、力矩和力偶矩的概念、性质和计算。
平面基本力系的合成方法；重心的计算方法
5、教学要求
要求学生对于力的投影、力偶、力矩和力偶矩的概念有清晰的理解，能正确地将力沿坐标轴分解和求力在坐标轴上的投影，了解投影合力投影定理，并能熟练的计算；熟练掌握力矩和力偶的基本性质；掌握平面力偶的性质和平面力偶的等效条件、平面力偶系的合成方法，能熟练掌握平面任意力系向一点简化的方法，求主矢和主矩；掌握重心的计算方法
6、学生练习
6－8道题
（四）第三章力系的平衡原理（讲课4学时，习题2课时）
1、教学目的
通过本章的学习，使学生熟知平面任意力系简化的结果、平衡方程的形式。
了解静定和超静定问题，能够熟练分析和处理单个物体的平衡问题及物体系统的平衡问题
2、教学重点与难点
（1）教学重点：
平面任意力系平衡方程的形式和运用
（2）教学难点：
主矢和主矩的概念；空间力系平衡的解析条件和平衡方程的运用
3、教学方法：
课堂讲授。
4、教学主要内容
静定与静不定问题，各种力系平衡方程的形式和运用，物体系的平衡问题。
5、教学要求
使学生熟知平衡方程的形式。
了解静定和超静定问题的判别方法；深入理解平面任意力系的平衡条件及平衡方程的三种形式；能够熟练解决平面任意力系的平衡问题及物体系统的平衡问题。
6、学生练习
6－10道题
（五）第四章摩擦（2学时）
1、教学目的
能区分滑动摩擦力与极限滑动摩擦力。
理解摩擦角的概念和自锁现象；对滑动摩擦定律有清晰的理解。
能用摩擦角解物体的平衡问题（几何法）。
能熟练解决考虑摩擦力时物体的平衡问题,平衡的临界状态和平衡范围。
2、教学重点与难点重点：
（1）教学重点：
平衡的临界状态和平衡范围，自锁的条件及应用。
（2）教学难点：
用摩擦角解物体、物体系的平衡问题。
3、教学方法：
课堂讲授。
4、教学主要内容
滑动摩擦、摩擦系数、摩擦角、滑动摩擦定律；考虑滑动摩擦时物体的平衡问题；
5、教学要求
能区分滑动摩擦力与极限滑动摩擦力，理解平衡的临界状态和平衡范围，能熟练解决考虑摩擦力时物体的平衡问题,。
理解摩擦角的概念和自锁现象；对滑动摩擦定律有清晰的理解。
能用摩擦角解物体的平衡问题（几何法）。
了解滚动摩阻的概念。
6、学生练习
3－4道题
工程力学Ⅱ（材料力学部分）
（六）第二章拉伸、压缩和剪切（讲课8学时，习题2学时，实验2学时）
1、教学目的
通过本章的学习，使学生掌握拉压时材料的力学性能；并能对杆件的轴向拉压变形与剪切、挤压变形时的应力和变形进行计算。
2、教学重点与难点
（1）教学重点：
内力和截面法，轴力和轴力图；轴向拉压时横截面上的应力公式、胡克定律、强度条件；拉压时材料的力学性能；剪切和挤压的实用计算。
（2）教学难点：
轴向拉压的强度计算，拉压超静定问题；的实用计算。
3、教学方法：
课堂讲授
4.教学主要内容
轴向拉、压概念及实例；轴向拉压时横截面上的内力和应力，斜截面上的应力；许用应力及强度条件；轴向拉、压时的变形；纵向变形，线应变；虎克定律，强度模量；抗拉（压）刚度；横向变形，泊松比；低炭钢的拉伸实验，应力应变图及其特性点——比例极限、弹性极限、屈服极限、强度极限；冷作硬化；铸铁及其它材料的拉伸试验；压缩时材料的机械性质，应力应变图；变形能，比能；安全系数确定；应力集中概念；拉压静不定问题。
剪切的概念和实例；剪切的实用计算，名义剪应力，挤压的实用计算；纯剪切，剪应力互等定理，剪切虎克定律，剪切弹性模量，剪切变形能。
５、教学要求
熟练掌握截面法，正确画出轴力图；掌握拉压时材料的力学性能，正确理解并熟练掌握轴向拉压正应力公式、胡克定律、强度条件，掌握拉压杆的强度计算方法。
弄清材料力学解决问题的思路和方法；正确理解拉压超静定的概念，熟练掌握解决拉压超静定问题的思路和方法。
正确理解剪切和挤压的基本概念，掌握剪切和挤压的实用计算。
６、学生练习
10－15道题
（七）第三章 扭转（讲课8学时，实验2学时）
1、教学目的
通过本章的学习，使学生掌握扭转内力的计算方法；扭转强度和扭转刚度计算。
2、教学重点与难点
（1）教学重点：
圆轴扭转时横截面上剪应力分布规律和强度，圆轴扭转变形时的刚度和变形（相对扭转角）计算。
（2）教学难点：
扭转剪应力推导过程。
3、教学方法：
课堂讲授
4.教学主要内容
扭转的概念和实例；外力偶矩的计算，扭矩和扭矩图；圆轴扭转时的应力和变形，强度和刚度条件；抗扭刚度，极惯性矩，抗扭截面模量；扭转变形能，简单扭转静不定问题；密圈螺旋弹簧的应力和变形；非圆截面杆扭转；薄壁杆件的自由扭转。
５、教学要求
正确理解并熟练掌握扭转剪应力、扭转变形的计算方法、剪切胡克定律和剪应力互等定理、扭转强度和扭转刚度计算。
了解密圈螺旋弹簧的应力和变形；非圆截面杆扭转；薄壁杆件的自由扭转。
6、学生练习
6－8道题
（八）第四章 弯曲应力（讲课8学时，习题2学时，实验2学时）
1、教学目的
通过本章的学习，使学生能通过绘制剪力图和弯矩图,判断出危险截面的位置.
掌握各种形状截面梁（矩形、圆形、圆环形、工字形）横截面上正应力与切应力的分布规律和计算公式。
掌握提高弯曲强度的若干措施。
2、教学重点与难点
（1）教学重点：
平面弯曲的概念；用截面法求剪力和弯矩，列出剪力方程和弯矩方程并绘制剪力图和弯矩图。
横力弯曲横截面上正应力的分布规律和计算，最大拉应力和最大压应力的计算。
纯弯曲梁横截面上切应力的分布和计算。
（2）教学难点：
剪力、弯矩和载荷集度的微分、积分关系，叠加法绘制剪力图和弯矩图。
纯弯曲梁横截面上正应力公式的分析推导。
弯曲剪应力推导过程。
弯曲的强度计算。
3、教学方法:
课堂讲授
4、教学主要内容
平面弯曲概念和实例；外力，梁的计算简图；剪力和弯矩，剪力图和弯矩图；q、Q、M间的积分关系及应用；叠加法绘制剪力图和弯矩图；平面曲杆和简单刚架的内力及内力图。
弯曲应力，纯弯曲时的正应力公式；弯矩与挠曲线曲率间的关系，抗弯刚度；抗弯截面模量；了解非对称截面梁平面弯曲的条件，纯弯曲理论的推广；梁的正应力强度条件；提高抗弯曲强度的措施。
５、教学要求
掌握弯曲变形与平面弯曲等基本概念；熟练掌握用截面法求弯曲内力；能熟练绘制剪力图和弯矩图。
掌握梁纯弯曲时横截面上正应力计算公式的推导过程，理解推导中所作的基本假设。
理解横力弯曲正应力计算仍用纯弯曲公式的条件和近似程度。
掌握中性层、中性轴和翘曲等基本概念和含义。
熟练掌握各种形状截面梁（矩形、圆形、圆环形、工字形）横截面上切应力的分布和计算。
熟练弯曲正应力和剪应力强度条件的建立和相应的计算。
理解等强度梁的概念。
从弯曲强度条件出发，掌握提高弯曲强度的若干措施。
6、学生练习
12－16道题
（九）第五章 弯曲变形（4学时）
1、教学目的
通过本章的学习，使学生了解梁变形的特点和计算方法.
2、教学重点与难点
（1）教学重点：
梁的变形分析，积分法求变形。
梁的刚度条件和刚度计算。
（2）教学难点：
用叠加法求梁的挠度和转角；简单超静定梁的解法。
3、教学方法:
课堂讲授
4、教学主要内容
梁的变形和位移，挠度和转角；梁的挠曲线近似微分方程；用积分法求梁的挠度和转角；用叠加法求梁的挠度和转角；梁的刚度校核，提高抗弯曲刚度的措施；弯曲应变能。
５、教学要求
掌握求梁变形的两种方法：
积分法和叠加法，明确叠加原理的使用条件，掌握梁的刚度条件,熟练梁的刚度计算;掌握简单超静定梁的解法。
6、学生练习
4－6道题
（十）第六章 应力状态分析（讲课8学时）
1、教学目的
通过本章学习，使学生掌握应力状态的概念及其研究方法；了解常用的四个强度理论的观点、破坏条件、强度条件,会用强度理论对一些简单的杆件结构进行强度计算。
2、教学重点与难点
（1）教学重点：
平面应力状态下斜截面上的应力计算，主应力及主方向的计算，最大剪应力的计算。
广义胡克定律及其应用。
强度理论的概念、常用的四个强度理论的观点、强度条件及其强度计算。
（2）教学难点：
应力状态的概念，从具体受力杆件中截面单元体并标明单元体上的应力情况。
常用四个强度理论的理解。
危险点的确定及其强度计算。
3、教学方法:
课堂讲授
4.教学主要内容
应力状态概念；破坏形式分析；主应力和主平面；二向应力状态下的应力分析——解析法和图解法；三向应力图，最大剪应力；广义虎克定律；E、G、μ间的关系；体积应变；三向应力状态下的比能；体积改变比能和形状改变比能。
强度理论的概念；脆性断裂和塑性流动；四个常用强度理论，相当应力概念；莫尔强度理论介绍。
５、教学要求
掌握应力状态的概念及其研究方法,会从具有受力杆件中截取单元体并标明单元体上的应力情况；会计算平面应力状态下斜截面上的应力；掌握平面应力状态下的主应力、主方向的计算，并会排列主应力的顺序；掌握广义胡克定律；了解复杂应力状态比能的概念；了解梁的主应力迹线掌握强度理论的概念。
了解材料的两种破坏形式（按破坏现象区分）。
了解常用的四个强度理论的观点、破坏条件、强度条件。
掌握常用的四个强度理论的相当应力。
会用强度理论对一些简单的杆件结构进行强度计算。
6、学生练习
8－12道题
（十一）第七章组合变形（讲课6学时，习题2学时）
1、教学目的
通过本章学习，使学生了解组合变形的概念和常见组合类型,并能选用恰当的强度理论进行强度计算.
2、教学重点与难点
（1）教学重点：
斜弯曲、拉（压）弯、偏心拉伸（压缩）弯扭等组合变形形式的应力和强度计算。
（2）教学难点：
组合变形形式的判定，危险截面和危险点的确定，中性轴的确定，应力和强度计算等。
3、教学方法:
课堂讲授
4、教学主要内容
组合变形概念和实例；组合变形与叠加原理；斜弯时的应力和强度计算；拉（压）弯组合时应力和强度计算；弯扭组合时应力和强度计算。
５、教学要求
正确区分斜弯曲和平面弯曲，了解截面核心的概念、常见截面的截面核心计算。
掌握斜拉（压）弯、偏心拉伸（压缩）、弯扭组合变形等组合变形形式的概念和判定、危险截面和危险点的确定、应力计算、中性轴的确定、强度计算等。
6、学生练习
6－8道题
（十二）第八章压杆稳定（4学时）
1、教学目的
通过本章学习，使学生深入理解弹性平衡稳定性的概念；掌握压杆稳定性校核的方法以及提高压杆稳定性的措施。
2、教学重点与难点
（1）教学重点：
欧拉临界力公式、压杆的分类，压杆稳定性校核的方法。
（2）教学难点：
欧拉临界力公式、压杆的分类。
3、教学方法:
课堂讲授
4.教学主要内容
弹性平衡稳定性概念，稳定平衡和不稳定平衡；细长压杆临界载荷的欧拉公式；杆端不同约束的影响；长度系数，柔度；欧拉公式的适用范围；超过比例极限时压杆的临界应力，经验公式；临界应力总图，压杆的稳定计算，折减系数法，提高压杆稳定性措施。
５、教学要求
熟练应用压杆的临界力公式，掌握杆端约束对临界力的影响，压杆的分类与临界应力曲线；掌握压杆稳定性校核的方法；明白提高压杆稳定性的措施。
6、学生练习
4－6道题
四、实验要求
（一）实验的目的与要求
按照实验指导书和任课教师介绍的方法完成课内各项实验内容，客观认真地将实验数据填入实验报告，对不合理的实验结果需重测或补测。
每次实验结束离开实验室前，实验报告须交实验指导教师审核、签名。
实验数据应及时整理，并交任课教师批改，以便进行考核和评分。
通过实验教学环节，使学生巩固，加深理解材料力学的基本概念，基本理论和基本方法，掌握测定有关材料的力学性能以及用实验方法对机械和结构进行应力分析的基本技能，培养学生的观察能力、分析能力、操作能力、思维能力、创造能力和组织实验能力，培养学生实事求是、一丝不苟科学态度与工作作风。
（二）实验项目名称、学时分配表
本课程开设的实验为：
1、低碳钢和铸铁的拉伸、压缩实验。
2、圆轴的扭转实验。
3、纯弯曲梁正应力电测实验。
序
号
实验名称
实验
学时
仪器
套数
每套
人数
实验
要求
实验
类型
面向专业
1
拉伸、压缩破坏实验
2
3
8
必做
验证
测绘工程
2
圆轴扭转破坏实验
2
3
8
必做
验证
测绘工程
3
纯弯梁正应力电测实验
2
6
3
必做
验证
测绘工程
实验学时分配表
（三）考核方式考查
五、说明
1.本大纲所列内容只表示本课程的教学范围和深度，至于教学内容的先后次序和各个教学环节，任课教师可根据具体情况做出安排。
2.教学方法可采取传统的讲授模式和多媒体教学相结合．
3.每一届根据学生基础和学时数，授课内容可适当调整。
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