《材料力学》教学大纲

一、课程基本信息

课程名称/英文名称: 材料力学/Mechanics of Materials 课程代码: MSE1315
课程层次: 本科生课程 学 分/学 时: 2/32
主要面向专业: 授课语言: 中英文
先修课程: 无 建议先修课程说明: 运用《高等数学》中微积分等知识内容求解力学模型，先修《大学物理》和《理论力学》则用于提前了解课程中所使用的理论分析模型和假设。
开课单位: 物质科学与技术学院 课程负责人: 张洪题

二、课程简介

材料力学课程是高等院校中材料科学专业的一门必修专业课程。在教学过程中要综合运用先修课程中所学到的有关知识与技能，结合各种实践教学环节，进行材料科学与工程毕业生所需的基本训练，为学生进一步学习有关后续专业课程和有目的从事材料稳定性检验与分析打下基础。本课程包括以下九部分内容：绪论、轴向拉压应力与材料的力学性能、轴向拉压变形、扭转、弯曲内力、弯曲应力、弯曲变形、强度理论和压杆稳定。通过该课程的学习，使学生能够对构件的强度、刚度和稳定性问题建立明确的基本概念，获取必要的材料力学基础知识，培养比较熟练的计算能力、一定的分析能力和初步的实践能力。

三、课程教学目标

知识认知能力：对材料力学的基本理论、基本概念和基本分析方法有明确的认识；掌握一般杆类零件和构件的受力与变形原理，具有绘出其合理的力学计算简图的初步能力；能够熟练地分析与计算杆件在拉、压、剪、扭、弯时的内力，绘制相应的内力图；能够熟练地分析与计算杆件在基本变形下的应力和变形，并进行相应的强度和刚度计算；对杆件的应变能有关概念、基本原理和基本定理有一定认识和掌握，并能够熟练地用来计算简单梁、扭转圆轴和简单拉压杆结构的位移；对于常用材料的基本力学性能及其测试方法有初步认识。
综合素质能力：拓展学生专业知识和工作学习能力，强化学生自主学习和终身学习的意识，训练学生掌握自主学习的方法和技能，适应社会科学技术发展的能力。

四、课程教学方法

材料力学课程知识点以课堂讲授为主，辅以课后完成少量习题。在讲解基本知识点的基础上，关注课程重点难点内容的讲解。采用启发式教学方法，引导学生对问题展开思考和讨论。配合习题课上的习题讲解、答疑与讨论，使同学们掌握本课程的基本概念和分析方法。

五、课程教学内容与安排


以章节名称方式安排教学内容

章节名称

主要教学内容

（主要知识点）

教学周

学时安排

教学方法

（仅列名称）

第1章

绪论

  1. 材料力学任务
  2. 材料力学基本假设
  3. 外力与内力
  4. 应力
  5. 应变
  6. 胡克定律
  7. 杆件变形的基本形式

第一周

2

课堂教学、课后作业，课上讨论，总结，讲解习题

第2章

轴向拉压应力与材料的力学性能

  1. 轴力与轴力图
  2. 拉压杆的应力与圣维南原理
  3. 材料拉伸力学性能
  4. 材料拉压力学性能进一步研究
  5. 应力集中概念
  6. 许用应力与强度条件
  7. 连接部分的强度计算

第二、三周

4

课堂教学、课后作业，课上讨论，总结，讲解习题

第3章

轴向拉压变形

1.  拉压杆的变形与叠加原理

2.  节点位移分析与小变形概念

3.  拉压与剪切应变能

4.  简单拉压静不定问题

第四、五周

4

课堂教学、课后作业，课上讨论，总结，讲解习题

第4章

扭转


1     扭力偶矩与扭矩

2     圆轴扭转应力

3  圆轴扭转强度条件与合理强度设计

4  圆轴扭转变形与刚度条件

5     简单静不定轴

6     非圆截面轴扭转

第六、七、八周

6

课堂教学、课后作业，课上讨论，总结，讲解习题

第5章

弯曲内力


1.  梁的约束与类型

2.  剪力与弯矩

3.  剪力、弯矩方程与剪力、弯矩图

4.  剪力、弯矩与载荷集度间的微分关系

5.  钢架与曲梁的内力

第九、十周

4

课堂教学、课后作业，课上讨论，总结，讲解习题

第6章

弯曲应力

1. 对称弯曲正应力

2. 对称弯曲切应力

3. 梁的强度条件

4. 梁的合理强度设计

5. 双对称截面梁的非对称弯曲

第十一、十二周

4

课堂教学、课后作业，课上讨论，总结，讲解习题

第7章

弯曲变形

  1. 挠曲轴近似微分方程
  2. 计算梁位移的积分法
  3. 计算梁位移的叠加法
  4. 简单静不定梁
  5. 梁的刚度条件与合理刚度设计

第十三、十四周

4

课堂教学、课后作业，课上讨论，总结，讲解习题

第8章

强度理论

  1. 关于断裂的强度理论
  2. 关于屈服的强度理论
  3. 强度理论的应用
  4. 承压薄壁圆筒

第十五周

2

课堂教学、课后作业，课上讨论，总结，讲解习题

第9章

压杆稳定

  1. 两端铰支细长压杆的临界载荷
  2. 两端非铰支细长压杆的临界载荷
  3. 中、小柔度杆的临界应力
  4. 压杆稳定条件与合理设计

第十六周

2

课堂教学、课后作业，课上讨论，总结，讲解习题

六、考核方式和成绩评定方法

课程考核方式以闭卷考试为主，围绕主要教学教学知识点开展考核。成绩评定方法如下：
闭卷考试：期中（30%）、期末（40%）
作业：20%
出勤率：10%

七、教材和参考书目

(一)、推荐教材

书名 作者 译者 出版社 出版年月 ISBN 版次
材料力学I 单辉祖 高等教育出版社 2016-06 978-7-04-045468-6 4
材料力学I 单辉祖 高等教育出版社 2016-06 978-7-04-045468-6 4
材料力学I 单辉祖 高等教育出版社 2016-06 978-7-04-045468-6 4
材料力学I 单辉祖 高等教育出版社 2016-06 978-7-04-045468-6 4

(二)、参考书目

书名 作者 译者 出版社 出版年月 ISBN 版次
材料力学 范钦珊，殷雅俊，唐靖林 清华大学出版社 2015-01 978-7-302-38793-0 3
Mechanics of Materials (10th Edition) Russell C. Hibbeler Pearson 2016-04 978-0134319650 10
材料力学 范钦珊，殷雅俊，唐靖林 清华大学出版社 2015-01 978-7-302-38793-0 3
Mechanics of Materials (10th Edition) Russell C. Hibbeler Pearson 2016-04 978-0134319650 10
材料力学 范钦珊，殷雅俊，唐靖林 清华大学出版社 2015-01 978-7-302-38793-0 3
Mechanics of Materials (10th Edition) Russell C. Hibbeler Pearson 2016-04 978-0134319650 10
材料力学 范钦珊，殷雅俊，唐靖林 清华大学出版社 2015-01 978-7-302-38793-0 3
Mechanics of Materials (10th Edition) Russell C. Hibbeler Pearson 2016-04 978-0134319650 10

八、学术诚信教育

本课程高度重视学术诚信，严禁抄袭、作弊等行为。
“在学习、科研、实习实践等活动中，学生应恪守学术道德，坚守学术诚信，保护知识产权，坚持勇于创新、求真务实的科学精神，努力培养自己严谨求实、诚实自律、真诚协作的科学态度，成为良好学术风气的维护者、严谨治学的力行者、优良学术道德的传承者。”

九、其他说明(可选)


				

			

			
				
	













	

		
			
《Mechanics of Materials》Syllabus

			
1.Basic course information

			

				

					 course name
					 Mechanics of Materials
					 course code
					 MSE1315
				

				

					 Course Level
					 Undergraduate
					 Credit/Contact Hour:
					 2/32
				

				

					 Major:
					 
 							
 							
					 
					 Teaching Language
					 Chinese and English
				

				

					Prerequisite
					
		NULL
						
					
					Prerequisite suggestion
					
						
					
				

				

					 School/Institute
					 School of Physical Science and Technology
					 Instructor
					 zhanghongti
				

			

			
2.Course Introduction

			

				

					
The main objective of a basic mechanics course should be to develop in the engineering student the ability to analyze a given problem in a simple and logical manner and to apply to its solution a few fundamental and well-understood principles. This course in mechanics of materials offered to engineering students in the sophomore year to provide the students with the means of analyzing and designing various members that make up machines and structures. The subject of mechanics of materials involves analytical methods for determining the strength, stiffness and stability of the various load-carrying member.

				

			

			
			
3.Learning Goal

			

				

					

				

			

			
			
4.Instructional Pedagogy

			

				

					

				

			

			
			
5. Course Content and Schedule

			

				

					
The basic concepts concerning internal force, stress, strain, and stress-strain relation are presented in Part 1. The analysis of the stresses and deformation in various structural mmebers, considering successively axial loading, torsion, transverse and combined loading, are devoted in Parts 2-7 and 10, respectively. The general theories are introduced in Part 9. Part 11 discusses the analysis and design of columns. The detailed schedule is listed below:

Content
Contact Hours
After Class
Chapter 1 Introduction
  1. Objectives of Mechanics of Materials
  2. Basic Assumptions of Mechanics of Materials
  3. External and Internal Forces
  4. Stress
  5. Strain
  6. Hook’s Law
  7. Fundamental Types of Deformation of Prismatic Bar
2 hours
Self- study, Assignment, Coursework, Others…
Chapter 2 Stress under Axial Loading; Mechanical Properties of Materials
  1. Axial Force and Axial Force Diagrams
  2. Stress in an Axially Loaded Bar; Saint-Venant’s Principle
  3. Mechanical Properties of Materials under Axial Tension
  4. Further Study on Properties of Materials under Axial Loading
  5. Stress Concentration
  6. Allowable Stress; Factor of Safety
  7. Stress and Strength of Connections
4 hours
Self- study, Assignment, Coursework, Others…
Chapter 3 Deformation under Axial Loading
  1. Deformation of Axially Loaded Bars; Superposition Principle
  2. Deflection of Joints
  3. Strain Energy for Normal and Shearing Stress
  4. Statically Indeterminate Problems in Tension and Compression
2 hours
Self- study, Assignment, Coursework, Others…
Chapter 4 Torsion
  1. Twisting Couples and Torque
  2. Torsional Stresses in a Circular Shaft
  3. Strength of Circular Shaft
  4. Torsional Deformation of Circular Shaft; Stiffness of Circular Shaft
  5. Statically Indeterminate Problems in Torsion
  6. Torsion of Noncircular Shafts
  7. Torsion of Thin-Walled Hollow Shafts
4 hours
Self- study, Assignment, Coursework, Others…
Chapter 5 Internal Forces in Bending
  1. Types of Beams and Reactions
  2. Shear Forces and Bending Moments
  3. Shear-Moment Equations; Shear-Moment Diagrams
  4. Relations among Shear Forces, Bending Moments and Loads
  5. Internal Forces in Frames and Curved Beams
4 hours
Self- study, Assignment, Coursework, Others…
Chapter 6 Bending Stresses
  1. Normal Stresses in Symmetric Bending
  2. Shearing Stresses in Symmetric Bending
  3. Strength of Beams
  4. Optimum Design of Beams for Strength
  5. Unsymmetric Bending in Doubly Symmetric Beams
2 hours
Self- study, Assignment, Coursework, Others…
Chapter 7 Deflections of Beams
  1. Differential Equations of the Elastic Curve
  2. Deflection by Integration
  3. Deflection by Superposition
  4. Statically Indeterminate Beams
  5. Stiffness of Beams; Optimum Design of Beams for Stiffness
2 hours
Self- study, Assignment, Coursework, Others…
Chapter 8 Analysis of Stress and Strain
  1. Analysis of Plane Stress
  2. Mohr’s Circle
  3. Extreme and Principle Stresses in Plane Stress
  4. Maximum Stresses in General State of Stress
  5. Analysis of Plane Strain
  6. Generalized Hook’s Law
  7. Strain Energy for General State of Stress
3 hours
Self- study, Assignment, Coursework, Others…
Chapter 9 Theories of Failure
  1. Maximum Tensile Stress Theory; Maximum Tensile Strain Theory
  2. Maximum Shearing Stress Theory; Distortion Energy Theory
  3. The Applications of Failure Theories
  4. Thin-Walled Cylindrical Pressure Vessels
3 hours
Self- study, Assignment, Coursework, Others…
Chapter 10 Combined Loading
  1. Combined Bending and Axial Load
  2. Eccentrical Loading; Core of Sections
  3. Combined Bending and Torsion; Combined Bending, Torsion and Axial Load
  4. General Cases of Combined Loading for Bars with Rectangular Cross-section
3 hours
Self- study, Assignment, Coursework, Others…
Chapter 11 Buckling of Columns
  1. Critical Load for Pin-Ended Columns
  2. Critical Load for Non-Pin-Eneded Columns
  3. Critical Stresses for Intermediate and Short Columns
  4. Stability and Optimum Design of Columns
3 hours
Self- study, Assignment, Coursework, Others…
Closed-book Final Exam
2 hours


				

			

			
			
6.Grading Policy

			

				

					
The final evaluation will be based on both the closed-book exams (70%) and average performances (30%). The average performance includes the attendance to the course (10%) and homework (20%), the closed-book exams includes midterm exam (30%) and final exam (40%).

				

			

			
			
7. Textbook & Recommended Reading

			
(1) Textbook

			

				

					book name
					author
					translator
					press
					publication time
					ISBN
					edition
				

					

					    材料力学I
							
							单辉祖
						
							
							
						
							
							高等教育出版社
						
						
							2016-06
						
							
							978-7-04-045468-6
						
						4
					

					

					    材料力学I
							
							单辉祖
						
							
							
						
							
							高等教育出版社
						
						
							2016-06
						
							
							978-7-04-045468-6
						
						4
					

					

					    材料力学I
							
							单辉祖
						
							
							
						
							
							高等教育出版社
						
						
							2016-06
						
							
							978-7-04-045468-6
						
						4
					

					

					    材料力学I
							
							单辉祖
						
							
							
						
							
							高等教育出版社
						
						
							2016-06
						
							
							978-7-04-045468-6
						
						4
					

			

			
(2) Recommended Reading

			

				

					book name
					author
					translator
					press
					publication time
					ISBN
					edition
				

					

					    材料力学
							
							范钦珊，殷雅俊，唐靖林
						
							
							
						
							
							清华大学出版社
						
						
                            2015-01
						
							
							978-7-302-38793-0
						
						3
					

					

					    Mechanics of Materials (10th Edition)
							
							Russell C. Hibbeler
						
							
							
						
							
							Pearson
						
						
                            2016-04
						
							
							978-0134319650
						
						10
					

					

					    材料力学
							
							范钦珊，殷雅俊，唐靖林
						
							
							
						
							
							清华大学出版社
						
						
                            2015-01
						
							
							978-7-302-38793-0
						
						3
					

					

					    Mechanics of Materials (10th Edition)
							
							Russell C. Hibbeler
						
							
							
						
							
							Pearson
						
						
                            2016-04
						
							
							978-0134319650
						
						10
					

					

					    材料力学
							
							范钦珊，殷雅俊，唐靖林
						
							
							
						
							
							清华大学出版社
						
						
                            2015-01
						
							
							978-7-302-38793-0
						
						3
					

					

					    Mechanics of Materials (10th Edition)
							
							Russell C. Hibbeler
						
							
							
						
							
							Pearson
						
						
                            2016-04
						
							
							978-0134319650
						
						10
					

					

					    材料力学
							
							范钦珊，殷雅俊，唐靖林
						
							
							
						
							
							清华大学出版社
						
						
                            2015-01
						
							
							978-7-302-38793-0
						
						3
					

					

					    Mechanics of Materials (10th Edition)
							
							Russell C. Hibbeler
						
							
							
						
							
							Pearson
						
						
                            2016-04
						
							
							978-0134319650
						
						10
					

			

			
8.Academic Integrity

			

				

					

				

			

			
			
9.Other Information (Optional)