《工程力学》课程的知识体系和内容结构.docx
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《工程力学》课程的知识体系和内容结构
《工程力学》课程的知识体系和内容结构
1、课程的知识体系
《工程力学》是一门是既与工程又与力学密切相关的技术基础课程，在基础课程和专业课程之间起桥梁作用。
通过本课程的学习，使学生掌握工程力学的理论和方法，具备从力学角度对工程问题的思维能力和初步解决此类问题的实践能力，并且获得大量的工程背景知识，为学习后续课程、掌握机械等工程设计技术打下牢固的基础。
本课程涵盖了“静力学”和“材料力学”两部分的内容。
“静力学”主要研究刚体的受力和平衡的规律；“材料力学”主要研究构件强度、刚度和稳定性的问题，在保证构件既安全适用又经济的条件下，为合理设计和使用材料提供理论依据。
静力学主要研究的问题：
物体的受力分析、力系的简化和力系的平衡条件。
材料力学主要研究的问题：
杆件在发生拉伸或压缩、剪切、扭转和弯曲基本变形时内力、应力和变形的计算，在各种基本变形下的强度和刚度计算；应力状态的基本理论；材料在复杂应力作用下破坏或失效规律及其应用；压杆稳定性问题。
2、课程的内容结构
第一章介绍静力学的基本概念，常见的几类典型约束及约束力的特征，物体的受力分析。
第二章介绍汇交力系的简化和平衡条件。
第三章介绍力偶的概念及其对刚体的作用效应，力偶系的合成与平衡条件。
第四章介绍平面任意力系的简化、平衡条件和平衡方程，刚体系的平衡问题求解。
第五章介绍空间任意力系的简化和平衡条件。
第六章静力学专题：
桁架杆件内力的求解；滑动摩擦、摩擦角和自锁现象、以及滚动摩擦的概念。
第七章介绍材料力学的研究对象、基本假设、外力和内力、应力和应变的概念。
第八章介绍拉压杆的内力、应力、变形及材料在拉伸与压缩时的力学性能，拉压杆的强度和刚度问题，简单静不定问题，拉压杆连接部分的强度计算。
第九章介绍圆轴扭转的外力、内力、应力与变形，圆轴的强度和刚度计算，静不定轴的扭转问题。
第十章介绍梁的外力和内力（剪力与弯矩），内力图的绘制。
第十一章介绍对称弯曲时梁的正应力、切应力、强度计算和梁的合理强度设计。
第十二章介绍梁在对称弯曲时的变形（挠度和转角）、梁变形的基本方程和求解方法（包括积分法和叠加法），静不定梁的求解，梁的合理刚度设计。
第十三章介绍应力状态的基本理论与应力应变间的一般关系。
第十四章介绍四种强度理论，双对称轴的非对称弯曲、弯拉（压）组合、弯扭、弯拉（压）扭组合变形与承压薄壁圆筒的强度计算。
第十五章介绍压杆稳定性概念、临界载荷的欧拉公式、中小柔度的临界应力、稳定性条件。
自学计划与安排
“自学计划与安排表”按照总学时为103学时设计（见表1），其中的“顺次”是每次1学时，按学时顺序排列。
表中给出了每次自学的章节、重点、难点、章节末必做习题。
读者可按自己的实际情况，参照执行。
表1自学计划与安排表
第一章静力学基本概念与物体受力分析学时数：
3
顺次
教材章节
重点
难点
必做习题
1
1.1
1.2
刚体、平衡、力和力系的概念；常见的几类典型约束和约束力的特征。
各种约束和约束力的特征。
思考题：
1，2
2～3
1.3
物体与物体系的受力分析，受力图的绘制。
受力图的绘制。
习题：
1（b）（c），2（b）（c）,3（b）（d）,4（b）（e）,5（b）（e）
第二章汇交力系学时数：
3
顺次
教材章节
重点
难点
必做习题
4
2.1
力的可传性；汇交力系合成的几何法；力的投影；汇交力系合成的解析法。
汇交力系的合成，力的投影计算。
思考题1，6
5～6
2.2
三力平衡汇交定理；汇交力系平衡的几何条件、解析条件和平衡方程；刚体或刚体系的平衡问题求解。
应用平衡条件及平衡方程求解刚体或刚体系的平衡问题。
习题2，3，6，8，9
第三章力偶系学时数：
5
顺次
教材章节
重点
难点
必做习题
7～8
3.1
3.2
力对点之矩矢；力对轴之矩；合力矩定理。
计算力对点之矩和力对轴之矩。
9
3.3
3.4
3.5
力偶的概念；力偶矩矢；力偶的等效与性质。
思考题：
1，2；习题：
6
10～11
3.6
力偶系的平衡条件及平衡方程；力偶系的平衡问题求解。
应用力偶系的平衡方程求解刚体或刚体系的平衡问题。
习题：
1（c），2，3，5，8
第四章平面任意力系学时数：
8
顺次
教材章节
重点
难点
必做习题
12～13
4.1
4.2
力的平移定理；平面任意力系向一点简化及简化的最终结果；固定端约束及其性质。
主矢与主矩的计算；平面任意力系向一点简化的最终结果。
思考题3，4
14～16
4.3
平面任意力系的平衡条件及平衡方程；刚体的平衡问题求解。
应用平面任意力系的平衡方程求解刚体的平衡问题。
习题：
1（a）（c），（e），2，7，8，9
17～19
4.4
4.5
刚体系的平衡问题；静定与静不定问题的概念。
应用平面任意力系的平衡方程求解刚体系的平衡问题。
习题：
12，13，16，17（a），18，20
第五章空间任意力系学时数：
5
顺次
教材章节
重点
难点
必做习题
20
5.1
空间任意力系的简化。
主矢和主矩的计算
思考题：
1
21～22
5.2
空间任意力系的平衡条件及平衡方程。
各种空间力系作用下的平衡方程及其应用
思考题：
2，3习题：
1
23～24
5.2
空间任意力系作用下的平衡问题求解
空间任意力系的平衡问题求解
习题：
4，5
第六章静力学专题学时数：
5
顺次
教材章节
重点
难点
必做习题
25～26
6.1
平面简单桁架的组成规律及求解桁架杆件内力的节点法和截面法。
平面简单桁架杆件内力的计算
思考题：
2
习题：
1，6
27
6.2
滑动摩擦；摩擦角和自锁现象。
静滑动摩擦力和动滑动摩擦力的确定；自锁现象
思考题：
3
习题：
9
28～29
6.2
考虑摩擦时的平衡问题；滚动摩擦。
考虑摩擦时的平衡问题求解
习题：
11，17
第七章绪论（材料力学）学时数：
2
顺次
教材章节
重点
难点
必做习题
30
7.1
7.2
7.3
材料力学的基本假设；外力和内力的概念；内力与截面法。
求解内力的基本方法。
思考题：
2，4
习题：
1
31
7.4
7.5
正应力与切应力；正应变和切应变。
应力、应变的概念
思考题：
5，6，7；习题：
2
第八章轴向拉伸与压缩学时数：
11
顺次
教材章节
重点
难点
必做习题
32
8.1
8.2
轴向拉压杆的受力和变形特点；轴力与轴力图。
轴力的计算及轴力图的绘制。
习题：
1（b）（c），2
33～34
8.3
拉压杆横截面上的应力计算；斜截面上的应力计算；圣维南原理。
拉压杆横截面和斜截面上的应力计算。
习题：
4，5，6，7
35
8.4
8.5
低碳钢和铸铁在拉伸与压缩时的力学性能；应力集中概念。
低碳钢在拉伸时的力学性能及强度指标。
思考题：
4，5，7；习题：
10，12
36～37
8.6
失效与许用应力的概念；强度条件及强度问题的求解。
利用强度条件求解三种强度问题。
习题：
14，15，16
38～39
8.7
胡克定律，拉压杆的变形计算。
拉压杆的变形计算，节点位移计算。
习题：
18，20，23
40
8.8
简单拉压静不定问题。
简单静不定问题的求解。
习题：
26，27
41～42
8.9
连接部分的强度计算，包括剪切和挤压的强度计算。
正确确定剪切面和挤压面；剪切和挤压的实用计算。
习题：
31，33
第九章扭转学时数：
8
顺次
教材章节
重点
难点
必做习题
43
9.1
9.2
扭力偶矩、扭矩的计算；扭矩图的绘制。
扭矩的计算和扭矩图的绘制。
习题：
2，4
44
9.3
切应力互等定理和剪切胡克定律。
切应力互等定理
45～46
9.4
9.5
圆轴扭转时横截面上的应力；极惯性矩、抗扭截面系数的计算。
计算圆轴扭转时横截面上任一点的切应力
习题：
7，8
47～48
9.6
圆轴扭转破坏的形式；轴的强度条件。
应用轴的强度条件求解强度问题
习题：
11，12，13
49～50
9.7
圆轴扭转时的变形计算；刚度条件。
圆轴扭转时的变形计算。
习题：
14，17，
第十章弯曲内力学时数：
5
顺次
教材章节
重点
难点
必做习题
51
10.1
10.2
10.3
弯曲的概念；梁指定截面上的内力（剪力和弯矩）计算。
梁指定截面上剪力和弯矩的计算。
习题：
1
52～53
10.4
建立剪力、弯矩方程；绘制剪力、弯矩图。
建立剪力、弯矩方程；绘制剪力、弯矩图。
习题：
2
54～55
10.5
剪力、弯矩与集度间的微分关系；利用剪力、弯矩与集度间的微分关系绘制剪力、弯矩图。
利用剪力、弯矩与集度间的微分关系绘制剪力、弯矩图。
习题：
5
第十一章弯曲应力学时数：
8
顺次
教材章节
重点
难点
必做习题
56～57
11.1
11.2
对称弯曲的概念；对称弯曲正应力公式的建立、截面上的分布规律。
对称弯曲正应力的建立和分布规律
思考题：
2，3
习题：
1
58～59
11.3
简单截面和组合截面惯性矩的计算；平行轴定理；梁的弯曲正应力计算
弯曲正应力公式的应用
习题：
6，7，8
60
11.4
矩形和工字形截面梁的弯曲切应力
矩形和工字形截面梁的切应力分布规律
习题：
10，12
61
11.5
弯曲正应力强度条件
弯曲正应力强度条件的应用
习题：
14，15
62～63
11.5
11.6
弯曲切应力强度条件；梁的合理强度设计
弯曲切应力强度条件的应用
习题：
16，17
第十二章弯曲变形学时数：
7
顺次
教材章节
重点
难点
必做习题
64
12.1
12.2
12.3
梁弯曲变形时挠度和转角的定义；挠曲线近似微分方程；积分法求解梁的位移。
挠曲线近似微分方程的描述；积分常数的确定。
思考题：
1，3
习题：
1
65～66
12.3
积分法求解梁的位移。
建立边界条件和光滑连续条件确定积分常数。
习题：
3（a）（b）
67～68
12.4
叠加法求解梁的位移。
叠加法、逐段分析求和法的应用
习题：
7
69
12.5
简单静不定梁的求解。
简单静不定梁求解的基本思想。
习题：
15
70
12.6
梁的刚度条件；合理刚度设计。
梁的刚度条件应用。
习题：
21
第十三章应力状态问题学时数：
9
顺次
教材章节
重点
难点
必做习题
71～72
13.1
13.2
应力状态的概念；平面应力状态斜截面上的应力。
平面应力状态斜截面上应力公式的建立及应用。
思考题：
1，2
习题：
1
73～74
13.2
应力圆的绘制及应用。
应用应力圆求单元体斜截面上的应力。
习题：
1
75
13.3
主应力和主平面；应力状态的分类。
主应力的计算；应力状态的正确判断。
思考题：
5，6，7
76～77
13.3
平面应力状态和纯剪切应力状态的极值应力。
平面应力状态的极值应力求解
习题：
7，11
78
13.4
三向应力圆；三向应力状态的最大应力。
绘制三向应力圆；确定三向应力状态的最大应力。
习题：
8，9，10
79
13.5
广义胡克定律。
广义胡克定律的应用。
习题：
12，13
第十四章复杂应力状态强度问题学时数：
8
顺次
教材章节
重点
难点
必做习题
80～81
14.1
14.2
14.3
强度理论的提出；关于断裂和屈服强度理论的基本观点。
强度理论的正确选用；相当应力的计算。
思考题：
1，2
习题：
1，3，5
82～83
11.7
双对称截面梁的非对称弯曲。
危险截面和危险点的正确判断；最大弯曲正应力的计算
思考题：
11-10
习题：
11-22
84
11.8
弯拉（压）组合。
危险截面和危险点的正确判断；最大正应力的计算。
习题：
11-25，11-29
85～86
14.4
弯扭组合与弯拉（压）扭组合
确定危险点的单元体应力状态；强度条件的建立
思考题：
6
习题6，9，12
87
14.5
承压薄壁圆筒的强度计算
承压薄壁圆筒上点的应力状态及强度条件的建立
习题：
15，16
第十五章压杆稳定问题学时数：
5
顺次
教材章节
重点
难点
必做习题
88～89
15.1
15.2
稳定性概念；两端铰支细长压杆的临界载荷；两端非铰支细长压杆的临界载荷。
临界载荷的正确理解；两端铰支细长压杆临界载荷的推导思想；欧拉公式的正确使用。
思考题：
1
习题：
3
90～91
15.3
柔度、临界应力的定义；欧拉公式的适用范围。
临界应力的经验公式；临界应力总图
柔度的计算；临界应力和临界载荷的正确计算。
习题：
9，11，12
92
15.4
压杆稳定条件；压杆的合理设计
压杆稳定性校核。
习题：
15
总复习学时数：
10
顺次
教材章节
重点
难点
必做习题
93
第1章
第2章
第3章
物体系的受力分析和受力图；汇交力系的平衡问题求解；力对点之矩和力对轴之矩的计算；力偶系的平衡问题求解。
受力图的绘制；汇交力系和力偶系的平衡方程应用。
94
第4章
平面任意力系的简化；主矢和主矩的计算；平面任意力系的平衡条件和平衡方程；刚体系的平衡问题。
刚体系的平衡问题求解。
95
第5章
第6章
空间任意力系的简化；空间任意力系的平衡问题求解；桁架杆件内力的计算；静滑动摩擦力和动滑动摩擦力的概念；考虑摩擦时的平衡问题求解。
空间任意力系的平衡问题求解；考虑摩擦时的平衡问题
96～97
第7章
第8章
材料力学的基本假设；应力和应变的概念；轴力和轴力图；轴向拉压杆的应力和变形计算；轴向拉压杆的强度条件；材料的力学性能；简单静不定问题；连接部分的强度计算。
轴向拉压杆的强度计算；轴向拉压杆的变形及结构节点的位移计算；简单静不定问题的求解。
98
第9章
扭矩和扭矩图；圆轴扭转时的切应力计算及强度条件；圆轴扭转时的变形及刚度条件。
切应力互等定理和剪切胡克定律。
圆轴扭转时横截面上的切应力分布规律；扭转时的强度计算和刚度计算。
99～100
第10章
第11章
第12章
弯曲剪力和弯矩的计算；弯曲剪力图和弯矩图的绘制；对称弯曲正应力和切应力的计算；对称弯曲正应力和切应力强度条件；弯曲变形的挠曲线近似微分方程；积分法和叠加法求梁变形的基本思想。
弯曲剪力图和弯矩图的绘制；对称弯曲梁截面上的正应力和切应力分布；对称弯曲梁的正应力和切应力强度计算。
101
第13章
应力状态的概念及分类；平面应力状态应力分析的解析法和图解法；平面应力状态下主应力和主平面的确定；三向应力状态下的应力圆及最大应力的确定；广义胡克定律。
平面应力状态和三向应力状态的主应力和主平面确定；广义胡克定律的应用。
102
第14章
四种强度理论的强度条件及适用范围；双对称轴的非对称弯曲、弯拉（压）组合、弯扭组合的强度计算。
各种组合变形强度计算。
103
第15章
柔度的计算；压杆的类型判断；临界载荷的计算；压杆稳定性校核。
临界载荷的计算；压杆稳定性校核
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