清華大學(xué)工程力學(xué)課件
清華大學(xué)工程力學(xué)課件
課程名稱（中文）：工程力學(xué) I
課程性質(zhì)：必修課
課程屬性：專業(yè)基礎(chǔ)課
教 材：哈工大理論力學(xué)教研室編，《理論力學(xué)（I）》（第六版），高等教育出版社
孫訓(xùn)方等編，《材料力學(xué)（I）》（第四版），高等教育出版社
學(xué)時(shí)學(xué)分：總學(xué)時(shí)： 84 總學(xué)分： 5
應(yīng)開課程學(xué)期：本科二年級(jí)第一學(xué)期
適用專業(yè)：土木工程
先修課程：高等數(shù)學(xué)
一、課程的性質(zhì)和任務(wù)
工程力學(xué)（Engineering Mechanics）是涉及眾多的力學(xué)學(xué)科分支與廣泛的工程技術(shù)的學(xué)科。顧名思義，工程力學(xué)是既與工程又與力學(xué)密切相關(guān)的課程。作為高等工科學(xué)校的一門技術(shù)基礎(chǔ)課，工程力學(xué)涵蓋了理論力學(xué)和材料力學(xué)兩門課程的主要經(jīng)典內(nèi)容。
本課程的任務(wù)是使學(xué)生掌握自然界及其工程中機(jī)械運(yùn)動(dòng)最普遍、最基本的規(guī)律和研究方法。為學(xué)習(xí)有關(guān)的后續(xù)課程打好必要的基礎(chǔ)，并使學(xué)生初步學(xué)會(huì)應(yīng)用工程力學(xué)的理論和方法解決一些簡單的工程實(shí)際問題。
本課程作為原“理論力學(xué)”和“材料力學(xué)”的融合，將研究兩類機(jī)械運(yùn)動(dòng)：一類是研究物體的運(yùn)動(dòng)，研究作用在物體上的力和運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系；另一類是研究物體的變形，研究作用在物體上的力和變形之間的關(guān)系。
二、課程的內(nèi)容與基本要求
本課程總要求是：對(duì)兩類機(jī)械運(yùn)動(dòng)（包括平衡）的規(guī)律有較系統(tǒng)全面的'了解，掌握相關(guān)的基本概念、基本理論和基本方法及其應(yīng)用，結(jié)合課程學(xué)習(xí)對(duì)學(xué)生的邏輯思維能力、抽象化能力、文字和圖像表達(dá)能力及數(shù)字計(jì)算能力等加以培養(yǎng)。
本課程的具體內(nèi)容和基本要求如下：
（一） 靜力學(xué)部分
1. 靜力學(xué)公理和物體的受力分析
教學(xué)內(nèi)容：靜力學(xué)基本概念，靜力學(xué)公理，約束與約束力，物體的受力分析和受力圖。
要求掌握：各種常見約束的性質(zhì)，對(duì)簡單的物體系統(tǒng)能熟練地取分離體并畫出受力圖。
2. 平面匯交力系與平面力偶系
教學(xué)內(nèi)容：平面匯交力系合成與平衡的幾何法，平面匯交力系合成與平衡的解析法，平面力對(duì)點(diǎn)之矩的概念及計(jì)算，平面力偶。
要求掌握：力、力矩和力偶等基本概念及其性質(zhì)，能熟練地計(jì)算力的投影、力對(duì)點(diǎn)的矩和力對(duì)軸的矩。
3. 平面任意力系·重心
教學(xué)內(nèi)容：平面任意力系向作用面內(nèi)一點(diǎn)簡化，平面任意力系的平衡條件和平衡方程，物體系的平衡·靜定和超靜定問題，平面簡單桁架的內(nèi)力計(jì)算，重心。
要求掌握：各種類型力系的簡化方法和簡化結(jié)果，能熟練地計(jì)算主矢和主矩，會(huì)應(yīng)用各種類型的平衡條件和平衡方程求解單個(gè)物體和簡單物體的平衡問題，能熟練地取分離體和應(yīng)用各種形式的平衡方程求解，求簡單桁架內(nèi)力的節(jié)點(diǎn)法和截面法，計(jì)算物體重心的各種方法。
4. 摩擦
教學(xué)內(nèi)容：滑動(dòng)摩擦，摩擦角和自鎖現(xiàn)象，考慮摩擦?xí)r物體的平衡問題，滾動(dòng)摩阻的概念。
要求掌握：滑動(dòng)摩擦的概念和摩擦力的特征，會(huì)求解考慮滑動(dòng)摩擦?xí)r簡單物體系統(tǒng)的平衡問題，了解滾阻的概念。
（二） 材料力學(xué)部分：
1. 緒論及基本概念
教學(xué)內(nèi)容：保證構(gòu)件正常工作應(yīng)滿足的要求，可變形固體的基本假設(shè)，桿件的幾何特征，桿件變形的基本形式。
要求掌握：明確構(gòu)件強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性要求的概念，理解可變形固體基本假設(shè)的意義及其合理性，初步了解桿件變形的基本形式。
2. 軸向拉伸和壓縮
教學(xué)內(nèi)容：軸向拉伸和壓縮的力學(xué)模型，內(nèi)力和截面法，應(yīng)力和拉（壓）桿內(nèi)的應(yīng)力，拉（壓）桿的變形，拉（壓）桿內(nèi)的應(yīng)變能，材料在拉伸（壓縮）時(shí)的力學(xué)性能，拉（壓）桿的強(qiáng)度，應(yīng)力集中的概念。
要求掌握：理解內(nèi)力、應(yīng)力、位移、變形及應(yīng)變、應(yīng)力集中等基本概念，掌握軸力的計(jì)算和軸力圖的繪制，理解拉（壓）桿橫截面上應(yīng)力的推導(dǎo)方法，掌握橫截面、斜截面的應(yīng)力計(jì)算，拉（壓）桿內(nèi)最大正應(yīng)力和最大切應(yīng)力的計(jì)算，掌握拉（壓）桿的變形和（截面或結(jié)點(diǎn)的）位移計(jì)算的方法，熟練運(yùn)用強(qiáng)度條件進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，了解低碳鋼和鑄鐵的力學(xué)性能指標(biāo)及其物理意義。
3. 扭轉(zhuǎn)
教學(xué)內(nèi)容：扭轉(zhuǎn)的力學(xué)模型，薄壁圓筒的扭轉(zhuǎn)，傳動(dòng)軸的傳遞功率、轉(zhuǎn)速與外力偶矩間的關(guān)系，等直圓桿扭轉(zhuǎn)時(shí)的扭矩·應(yīng)力·強(qiáng)度條件，等直圓桿扭轉(zhuǎn)時(shí)的變形·剛度條件，等直圓桿扭轉(zhuǎn)時(shí)的應(yīng)變能，等直非圓截面桿的扭轉(zhuǎn)。
要求掌握：理解扭轉(zhuǎn)變形、切應(yīng)力互等定理、自由扭轉(zhuǎn)和約束扭轉(zhuǎn)等基本概念，掌握外力偶矩、扭矩的計(jì)算和扭矩圖的繪制，熟練運(yùn)用等直圓桿扭轉(zhuǎn)的強(qiáng)度條件和剛度條件進(jìn)行強(qiáng)度和剛度計(jì)算，了解矩形截面桿在自由扭轉(zhuǎn)時(shí)橫截面上切應(yīng)力的特征。
4. 彎曲內(nèi)力
教學(xué)內(nèi)容：對(duì)稱彎曲的概念及梁的計(jì)算簡圖，梁橫截面上的內(nèi)力分量（剪力與彎矩），剪力圖和彎矩圖，平面鋼架和曲桿的內(nèi)力圖。
要求掌握：正確列寫剪力方程、彎矩方程。根據(jù)剪力方程、彎矩方程作剪力圖、彎矩圖。熟練運(yùn)用載荷集度、剪力和彎矩間的微分關(guān)系和截面法作梁的剪力圖、彎矩圖。正確地作剛架的彎矩圖。
5. 彎曲應(yīng)力
教學(xué)內(nèi)容：彎曲正應(yīng)力和正應(yīng)力強(qiáng)度條件，彎曲切應(yīng)力和切應(yīng)力強(qiáng)度條件，梁的合理設(shè)計(jì)。
要求掌握：掌握純彎曲梁正應(yīng)力公式的推導(dǎo)及其基本假設(shè)，掌推確定中性軸位置的條件，矩形截面、圓(環(huán))形截面慣性矩的計(jì)算，運(yùn)用平行移軸定理計(jì)算截面的慣性矩，熟練地計(jì)算橫力彎曲時(shí)的正應(yīng)力，掌握彎曲切應(yīng)力的計(jì)算，正確地區(qū)分剪切切應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力和彎曲切應(yīng)力。
6. 梁彎曲時(shí)的位移
教學(xué)內(nèi)容：梁的變形與位移，撓曲線近似微分方程及其積分，按疊加原理計(jì)算梁的撓度、轉(zhuǎn)角，梁的剛度校核，彎曲應(yīng)變能。
要求掌握：正確地列寫梁的撓曲線所滿足的微分方程及其邊界條件。掌握簡支梁在跨中受集中力時(shí)和簡支梁受均布載荷時(shí)的最大撓度和轉(zhuǎn)角的計(jì)算公式以及懸臂梁在自由端受集中力時(shí)的最大撓度和轉(zhuǎn)角的計(jì)算公式。熟練地用疊加原理求梁的變形。
三、教學(xué)方法與教學(xué)手段說明
1. 本課程主要采用課堂講述和板書的教學(xué)方式。
2. 一般情況下，每次課后都留有學(xué)生作業(yè)，每周交一次作業(yè)。作業(yè)全部批改。
3. 實(shí)驗(yàn)部分由實(shí)驗(yàn)教師負(fù)責(zé)。