土木工程学院
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《材料力学》课程简介
2018-06-27 17:41 教学办    (点击: )

材料力学是固体力学的一个分支,是研究结构构件和机械零件承载能力的基础学科。在结构承受载荷或机械传递运动时,为保证各构件或机械零件能正常工作,构件和零件必须满足如下要求:①强度要求;②刚度要求;③稳定性要求。概括起来就是——承载能力要求,以保证结构能承受预定的载荷;选择适当的材料、截面形状和尺寸,以便设计出既安全又经济的结构构件和机械零件。

1、研究内容

包括两大部分:一部分是材料的力学性能的研究,材料的力学性能参量不仅可用于材料力学的计算,而且也是固体力学其他分支的计算中必不可缺少的依据;另一部分是对杆件进行力学分析。杆件按受力和变形可分为轴向拉、压,剪切,扭转和弯曲等四种基本变形,以及由此组合而成的组合变形。杆中的内力有轴力、剪力、弯矩和扭矩。材料力学只研究构件的线弹性小变形。

在许多工程结构中,杆件往往在复杂载荷的作用或复杂环境的影响下发生破坏。例如,杆件在交变载荷作用下发生疲劳破坏,在高温恒载条件下因蠕变而破坏,或受高速动载荷的冲击而破坏等。这些破坏是使机械和工程结构丧失工作能力的主要原因。所以,材料力学还研究材料的疲劳性能、蠕变性能和冲击性能。

2、研究方法

实际构件一般比较复杂,研究过程必须分两步进行:先作简化假设,再进行力学分析。分析方法:理论分析与试验研究相辅相成。

1)简化假设

在材料力学研究中,通常把材料抽象为理想的变形固体,即满足以下五个基本假设:①连续性假设②均匀性假设 ③各向同性假设 ④线弹性假设 ⑤小变形假设。

2)力学分析

对构件进行力学分析,首先应求得构件在外力作用下各截面上的内力。某截面上的内力是指分布在该截面上的力的合力。内力可通过取分离体利用平衡条件来确定。其次应求得构件中的应力和构件的变形。对此,单靠静力学的方法就不够了,还需要研究构件在变形后的几何关系以及材料在外力作用下变形和力之间的物理关系。根据几何关系、物理关系和平衡关系,可以解得物体内的内力、应力、应变和位移。把它们和材料的容许应力、容许变形作比较,即可判断此物体的强度、刚度、稳定性是否符合预定要求。若材料处于复杂受力状态,则应根据强度理论来进行强度计算。

同弹性力学和塑性力学相比,材料力学的研究方法显得粗糙。用材料力学方法计算构件的强度,有时会由于构件的几何外形或作用在构件上的载荷较复杂而得不到精确的解,但由于方法比较简便,又能提供足够精确的估算值作为工程结构初步设计的参考,所以常为工程技术人员所采用。

我校材料力学课程历史沿革

材料力学是我校土木工程、机械工程、热能与动力工程、农业水利工程、水利水电工程、工程力学、采矿等专业重要的技术基础课。1978年建校以来,课程组于1979年为第一届机电专科和工民建专科学生开设了第一次材料力学课。按照1980年原教委制定的教学大纲,根据我校实际情况,在内容不减少的前提下,材料力学的学时由原教委大纲中规定的120学时压缩为100学时,到现在精简为72学时(其中包括10学时的试验),部分专业为56学时(其中包括6学时实验)。

由于材料力学课程属于我校众多工科专业的重要的技术基础课,该课覆盖面广,影响深远,所以加强材料力学课程建设一直是我们的工作重点。材料力学课程建设在我校也有着悠久的历史,并取得过很好的成绩:本课程早在1989年就曾荣获“河北省一类课程”称号,并荣获“河北省优秀教学成果二等奖”;在93年被评为“校一类课程”;95年被定为“校优质课程”;98年在一类课程复评中,材料力学课程一次验收合格,受到专家组一致好评。

为配合教学,在各个教学环节保证教学质量,课程组曾经拥有高教版、清华大学编制的“材料力学全国通用试题库”,该题库涵盖大纲中的所有内容,过去使用情况一直很好。现在我们已经建立了自己的试卷库,效果不错。

为配合教学,课程组曾经拥有高教版、中国矿大编制的“材料力学CAI教学软件”(全国工科教学软件2等奖),教师自编了该软件的上机指导书,曾经为人才的培养立过不少功劳。

为配合教学,适应新时代人才培养要求,课程组自己开发、制作了材料力学多媒体教学课件,内容丰富,使用效果良好。

在重视材料力学理论教学的同时,同样重视实验教学。课程组下属有材料力学实验室,即现在的“力学实验教学示范中心”,建筑面积2000多平方米,设备总值超过230多万;课程负责人亲自挂帅,并另有专职实验教师四人;教学文件齐全,在配合材料力学教学的同时,也是教师、学生的科研处所。

课程组教师根据21世纪对人才培养和对力学课程提出的新要求,在借鉴国内外课程体系改革经验的基础上,从教育观念、教学内容、课程体系、教学手段和方法、习题作业、实验教学以及考试考核等方面,对课程的教学模式及内容进行了系统的改革,并取得了一定的效果。同时课程组组织编写了教学大纲、电子教案与讲义;制作了理论课与实验课多媒体教学课件;编写了试卷精选,网上作业,模拟试题及解答,并精选了参考资料。因此,我校的材料力学课程已经在现代化教学手段的应用、教学内容的改革、创新能力的培养以及考试改革等方面形成了自己的特色。

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