广东工业大学建设学院工程力学研究所的材料力学全套课件
教学大纲主要参考书目录
实验指导书
实验报告册
习题
多媒体教案
第一章：绪论
第二章：轴向拉伸和压缩
第三章：剪切
第四章：扭转
第五章：截面图形的几何性质
第六章：弯曲内力
第七章：弯曲应力
第八章：弯曲变形
第九章：应力状态分析与强度理论
第十章：组合变形
第十一章：压杆稳定
第十二章：能量方法
第十三章：动载荷
第十四章：疲劳强度 《材料力学》课程教学大纲
Mechanics of Material
课程编号：
适用专业：土木工程
学时数：78 学分数：
执笔者：刘锋 编写日期：2004年6月
一、课程的性质和目的
材料力学是一门工科类专业的重要的技术基础课程。通过该课程的学习，要求学生掌握等直杆件的强度、刚度及轴心受压杆件的稳定性的计算等。能运用强度、刚度及稳定性条件对杆件进行校核、截面设计及载荷确定等简单计算工作；初步了解材料的机械性能及材料力学实验的基本知识和操作技能。为结构力学、混凝土结构、钢结构、机械设计原理等后续课程的学习打下坚实的基础。
二、课程教学内容
第一章 绪论（2学时）
材料力学的任务、同相关学科的关系，变形固体的基本假设、截面法和内力、应力、变形、应变，单向应力状态的本构关系。
第二章 轴向拉伸及压缩（10学时）
主要内容包括拉伸及压缩的定义；杆件横截面上的内力、应力、杆件变形的计算；强度条件及其应用；材料的机械性能；简单的拉压静不定问题求解；应力集中的概念等。
拉伸与压缩实验，弹性模量或泊松比的测定（2学时）。
第三章 剪切（2学时）
主要内容包括剪切面及挤压面的确定，剪切和挤压的概念及实用计算。
第四章 扭转（8学时）
主要内容包括扭转的概念；圆轴扭转的外力偶矩、内力、应力、变形的计算。强度条件的应用；切应力互等定律、剪切胡克定律的物理意义及其应用。
等截面圆轴的扭转实验（2学时）
第五章 梁的内力（8学时）
主要内容包括荷载、支座、梁的常见类型；梁上内力的计算及内力图的绘制。
第六章 截面的几何性质（4学时）
主要内容包括截面的静矩及形心位置的确定；截面的惯性矩、极惯性矩、惯性积；平行移轴公式；组合图形惯性矩的计算。
第七章 梁的应力（6学时）
主要内容包括平面弯曲的概念及假设；纯弯曲时的正应力分布规律及大小、强度条件及其应用；梁纯弯曲实验；矩形截面梁的切应力简介、强度条件。
第八章 梁的变形（6学时）
主要内容包括梁上挠度、转角、挠曲线的概念；计算弯曲变形的积分法及叠加法；积分常数的确定；简单弯曲静不定问题。
第九章 应力状态及强度理论（10学时）
主要内容包括求解平面应力状态点的任一斜截面上的应力、主应力、主平面、最大切应力的两种方法；广义胡克定律；常用四个强度理论的内容及适用条件。
弯曲正应力测定，主应力测定（2学时）。
第十章 组合变形（4学时）
主要内容包括叠加原理的内容、意义及适用条件。拉伸（压缩）与弯曲组合变形的强度计算；弯曲与扭转变形的强度理论。
第十一章 压杆稳定（4学时）
主要内容包括稳定的概念；压杆临界力的计算；欧拉公式的适用范围；压杆的稳定性计算。
第十二章 能量法（8学时）
主要内容包括应变能的概念及其计算；卡氏定理及莫尔定理的应用。
第十三章 动载荷（2学时）
主要内容包括动荷系数的概念；匀加速直线运动、冲击时的动应力计算。
第十四章 交变应力（4学时）
主要内容包括交变应力与疲劳破坏的概念；对称循环持久极限及其影响因素、疲劳强度校核。
三、课程教学的基本要求
本课程是变形体力学入门的技术基础课。通过这门课程的学习，帮助学生构筑作为工程技术根基的知识结构。在教学方法上，采用课堂讲授，课后自学，习题课等教学形式。
（一）课堂讲授
本课程属专业基础课，涉及较多的数学知识，在讲课的过程中应尽可能联系生活和工程实际，尽量避免复杂的理论推导。通过揭示杆件强度、刚度、稳定性等知识发生过程，培养学生解决问题的能力；以理论分析为基础，培养学生的实验动手能力；发挥其它课程不可替代的综合素质教育作用。
（二）课后自学
为了培养学生整理归纳，综合分析和处理问题的能力，每章都安排一部分内容，课上教师只给出自学提纲，不作详细讲解，课后学生自学。
（三）课堂讨论
课堂讨论的目的是活跃学习气氛，开拓思路，。教师应认真组织，安排重点发言，充分调动每一名同学的学习积极性，做好总结。
（四）习题课
习题课以典型例题分析为主，并适当安排开阔思路及综合性的练习及讨论。共6学时（已包括在前述学时分配中）。
（五）课外作业
课外作业的内容选择基于对基本理论的理解和巩固，培养综合计算和分析、判断能力以及充分利用图书馆资源及互联网资源的能力。
（六）平时测验
为及时了解教学情况，教师可适当安排平时课堂测验，每次测验不超过30分钟。
（七）实验
实验以学习材料力学的基本试验方法和训练实验研究能力为主，验证理论为辅。通过实验要求认识低碳钢和灰口铸铁的基本力学性能，了解其测试方法；并掌握电测实验应力分析的基本原理和方法。
（八）考试
考试采用闭卷。试题包括基本概念，基本理论，分析计算，题型可采用填空，选择，判断，计算，画图，简答等方式。
总评成绩：课外作业，平时测验，实验占30%；期末闭卷考试占70%。
四、本课程与其它课程的联系与分工
先修课程：高等数学，理论力学
五、建议教材与教学参考书
（1）刘锋，禹奇才主编，工程力学（材料力学部分），华南理工大学出版社，2002年8月。
（2）刘鸿文主编，材料力学，高等教育出版社，1996年9月。
（3）孙训方，方孝淑，关来泰编，材料力学，高等教育出版社，1998年2月。
（4）武际可，力学史，重庆出版社，2000年1月。
（5）范钦珊主编，工程力学教程（Ⅰ），高等教育出版社，1998年8月。
（6）薛明德主编，力学与工程技术的进步，高等教育出版社，2001年7月。
（7）Beer, Johnston. Mechanics of Materials. 2nd ed. McGraw Hill, 1985.
（8）William F Rileg, Leroy D Sturges. Engineering Mechanics: statics. 2nd ed. John Wiley & Sons Inc,1996. 材料力学课程主要参考书目录
（1）刘锋，禹奇才主编，工程力学（材料力学部分），华南理工大学出版社，2002年8月。
（2）刘鸿文主编，材料力学，高等教育出版社，1996年9月。
（3）孙训方，方孝淑，关来泰编，材料力学，高等教育出版社，1998年2月。
（4）武际可，力学史，重庆出版社，2000年1月。
（5）范钦珊主编，工程力学教程（Ⅰ），高等教育出版社，1998年8月。
（6）薛明德主编，力学与工程技术的进步，高等教育出版社，2001年7月。
（7）Beer, Johnston. Mechanics of Materials. 2nd ed. McGraw Hill, 1985.
（8）William F Rileg, Leroy D Sturges. Engineering Mechanics: statics. 2nd ed. John Wiley & Sons Inc,1996. 材料力学实验方法指导
广 东 工 业 大 学
前 言
本材料力学实验方法指导书是根据国家教委制定的材料力学课程教学基本要求编写的。要求学生对常用材料的基本力学性能及其方法、电测实验应力分析的基本原理和方法有初步认识。本书力求简明易读，指导学生实验并便于教师进行试验课的组织教学。配合本书编有材料力学实验报告册，供学生书写实验报告之用。本书由莫晓东主编，由刘锋教授审阅。
由于水平有限，书中错误不妥之处，敬请批评指正。
编者
2004年5月
目 录
第一章 概述…………………………………………………………（1）
第二章 基本实验……………………………………………………（3）
§2－1 低碳钢拉伸实验 …………………………………………（3）
§2－2 铸铁拉伸实验 ……………………………………………（8）
§2－3 低碳钢和铸铁压缩实验 …………………………………（9）
§2－4 低碳钢和铸铁扭转实验…………………………………（12）
§2－5 梁的纯弯曲实验…………………………………………（16）
§2－6 平面应力状态主应力的测定实验………………………（19）
§2－7 弯扭组合变形主应力和内力的测定实验………………（22）
第三章 实验设备 …………………………………………………（25）
§3－1 液压式万能材料试验机…………………………………（25）
§3－2 扭转试验机………………………………………………（29）
§3－3 球铰式引伸仪……………………………………………（32）
§3－4 静态应变测试仪…………………………………………（34）
§3－5 数字测力仪………………………………………………（38）
附 录 …………………………………………………………………（40）
[[i] 本帖最后由 tgl008 于 2007-5-16 10:06 编辑 [/i]] 材料力学实验报告册
学院 专业 级 班
姓名 学号
广 东 工 业 大 学
填写实验报告的要求
1．实验过程中要严肃认真地做好实验记录，确认所记录的数据无误后，认真填写在有关表格中。
2．根据实验目的和要求，对实验数据进行整理计算，并将计算结果填写在相应的表格中。
3．在试验过程中，对观察到的现象，尽量用图示说明并加以简明的理论分析。
4．对实验结果应进行分析，对出现的误差应扼要地说明原因。
5．要求书写整洁，字体端正。
目 录
§1 低碳钢拉伸实验报告•••••••••••••••••••••••••••••（1）
§2 铸铁拉伸实验报告•••••••••••••••••••••••••••••••（4）
§3 低碳钢和铸铁压缩实验报告•••••••••••••••••••••••（5）
§4 低碳钢和铸铁扭转实验报告•••••••••••••••••••••••（6）
§5 梁的纯弯曲实验报告•••••••••••••••••••••••••••••（8）
§6 平面应力状态主应力的测定实验报告•••••••••••••••（10）
§7 弯扭组合变形主应力和内力的测定实验报告•••••••••（13）
§1 低碳钢拉伸实验报告 指导教师：
一、实验目的
二、实验设备
三、试件形状简图
四、实验数据
表1 试件几何尺寸
实 验 前 实 验 后
原始标距l0(mm) 断后标距l1(mm)
平均直径
d0
(mm) 截面Ⅰ 1 断裂处直 径
d1
(mm) 1
2
截面Ⅱ 1 2
2
截面Ⅲ 1 平均
2
最小平均直径d0(mm) 断裂处横截面积A1（mm2）
初始横截面积A0（mm2）
表2 测算弹性模量E的实验记录
载 荷
Pi
（KN） 引伸仪读数
Ci
(格) 读数增量
ΔCi＝Ci+1-Ci
(格) 变形增量
(mm) 单项弹性模量
(Gpa)
1 1 1 1 1
2 2
2 2 2
3 3
3 3 3
4 4
4 4 4
5 5
5 5 5
6 6
ΔP＝ KN 引伸仪标距 ＝ mm
引伸仪放大倍数K＝
表3 测定屈服载荷和极限载荷的实验记录
屈服载荷Ps（KN） 极限载荷Pb（KN）
五、试件拉伸时主要力学性能的计算结果
1．弹性模量 ＝ ＝ Gpa
2．屈服极限 ＝ ＝ Mpa
3．强度极限 ＝ ＝ Mpa
4．延伸率 = ×100%= %
5．截面收缩率 = ×100%= %
六、结果分析及问题讨论
§2 铸铁拉伸实验报告 指导教师：
一、实验目的
二、实验设备
三、试件形状简图
四、实验数据
试件几何尺寸及测定极限载荷的实验记录
平均直径
d0
(mm) 截面Ⅰ 1 最小平均直径d0
(mm)
2
截面Ⅱ 1 横截面积A0
（mm2）
2
截面Ⅲ 1 极限载荷Pb
（KN）
2
五、试件拉伸时主要力学性能的计算结果
强度极限 ＝ ＝ Mpa
六、结果分析及问题讨论
§3 低碳钢和铸铁压缩实验报告 指导教师：
一、实验目的
二、实验设备
三、试件形状简图
四、实验数据
试件几何尺寸及测定屈服和极限载荷的实验记录
材 料 试件几何尺寸 屈 服 载 荷Ps(KN) 极 限 载 荷Pb(KN)
直径d0(mm) 高度h0 (mm) 面积A0 (mm2)
低碳钢 1 2 平均 ∕
铸 铁 1 2 平均 ∕
五、试件压缩时主要力学性能的计算结果
1．低碳钢屈服极限 ＝ ＝ Mpa
2．铸铁强度极限 ＝ ＝ Mpa
六、结果分析及问题讨论
§4 低碳钢和铸铁扭转实验报告 指导教师：
一、实验目的
二、实验设备
三、试件形状简图
四、实验数据
表1 试件几何尺寸
低 碳 钢 铸 铁
平均直径
d0
(mm) 截面Ⅰ 1 平均直径
d0
(mm) 截面Ⅰ 1
2 2
截面Ⅱ 1 截面Ⅱ 1
2 2
截面Ⅲ 1 截面Ⅲ 1
2 2
最小平均直径d0(mm) 最小平均直径d0(mm)
横截面积A0（mm2） 横截面积A0（mm2）
抗扭截面系数Wt1(mm3) 抗扭截面系数Wt2(mm3)
表2 测定屈服和极限扭矩的实验记录
材 料 屈服扭矩Ts（N•m） 极限扭矩Tb（N•m）
低碳钢
铸 铁 ∕
五、试件扭转时主要力学性能的计算结果
1．低碳钢剪切屈服极限 ＝ ＝ Mpa
2．低碳钢剪切强度极限 ＝ ＝ Mpa
3．铸铁剪切强度极限 ＝ ＝ Mpa
六、结果分析及问题讨论
§5 梁的纯弯曲实验报告 指导教师：
一、实验目的
二、实验设备名称及型号
三、测试装置的力学模型
四、实验记录数据
表1.试件尺寸及装置尺寸
试 件
材 料 弹性模量
E（GPa） 高 度
h（mm） 宽 度
b（mm） 支座间的距离l（mm） 加力器到支座的距离a（mm） 惯性矩
Iz（mm4）
表2.试件测点位置
测点编号 1 2 3 4 5
测点坐标yi（mm）
表3.测定应变ε实验记录
P(Kg） ΔP(Kg) 测点1 测点2 测点3 测点4 测点5
ε1
×10-6 Δε1
×10-6 ε2
×10-6 Δε2
×10-6 ε3
×10-6 Δε3
×10-6 ε4
×10-6 Δε4
×10-6 ε5
×10-6 Δε5
×10-6
ΔP＝ (Kg) ＝
×10-6 ＝
×10-6 ＝
×10-6 ＝
×10-6 ＝
×10-6
五、计算结果
1.各点正应力增量 ，理论值 及相对误差
测 点 编 号 1 2 3 4 5
实验正应力增量
理论应力增量
相对误差
2．实验所得横截面上正应力分布图
六、结果讨论及误差分析
§6 平面应力状态主应力测定实验报告 指导教师：
一、实验目的
二、实验设备型号及名称
三、测试装置的力学模型
四、实验记录数据
表1.试件尺寸及装置尺寸
试 件
材 料 弹性模量
E(GPa) 泊松比
μ 高度
h(mm) 宽度
b(mm) 支座间的距离l(mm) 惯性矩
Iz(mm4)
表2.试件测点位置
测点代号 A B
测点坐标 xA= (mm) yA= (mm) xB= (mm) yB= (mm)
表3.测定应变ε实验记录
P(Kg） ΔP(Kg) 测点A 测点B
εA45°
×10-6 ΔεA45°
×10-6 εA135°
×10-6 ΔεA135°
×10-6 εB0°
×10-6 ΔεB0°
×10-6 εB45°
×10-6 ΔεB45°
×10-6 εB90°
×10-6 ΔεB90°
×10-6
ΔP＝ (Kg) ＝
×10-6 ＝
×10-6 ＝
×10-6 ＝
×10-6 ＝
×10-6
五、计算结果主与理论值比较
1.实测值
测点A： ＝ Mpa
＝ MPa
测点B：
＝ ＝ Mpa
＝ ＝ °
2．理论值
测点A：Szmax＝ ＝ mm3
＝ ＝ Mpa
测点B：Sz＝ ＝ mm3 ＝ ＝ MPa
＝ ＝ MPa
＝
＝ ＝ MPa
＝ ＝ °
3.结果比较及相对误差
实验内容 测点A 测点B
(Mpa)
(Mpa)
(Mpa)
(Mpa)
(°)
实测值
理论值
相对误差（%）
六、结果讨论及误差分析
§7弯扭组合变形主应力和内力测定实验报告 指导教师：
一、实验目的
二、实验设备型号及名称
三、测试装置的力学模型
四、实验记录数据
表1.试件尺寸及装置尺寸
试件
材料 弹性模量
E(GPa) 泊松比
μ 圆管外径
D(mm) 圆管内径
d(mm) 点m到端点的距离l(mm) 扇臂的长度a(mm) 抗弯截面系数
(mm3)
抗扭截面系数
(mm3)
表2.测定m点的应变ε实验记录
P(N) ΔP(N) 测定主应力大小和方向 测定弯矩 测定扭矩
ε-45°
×10-6 Δε-45°
×10-6 ε0°
×10-6 Δε0°
×10-6 ε45°
×10-6 Δε45°
×10-6 εr1
×10-6 Δεr1
×10-6 εr2
×10-6 Δεr2
×10-6
ΔP＝ (N) ＝
×10-6 ＝
×10-6 ＝
×10-6 ＝
×10-6 ＝
×10-6
五、计算结果主与理论值比较
1.实测值
(1) 测点m的主应力大小和方向
＝ ＝ Mpa
＝
＝ ＝ °
(2) 测点m的弯矩
＝ ＝ N•m
(3) 测点m的扭矩
＝ ＝ N•m
2．理论值
(1) 测点m的主应力大小和方向
＝ ＝ MPa
＝ ＝ °
(2)测点m的弯矩
＝ N•m
(3)测点m的扭矩
＝ N•m
3.结果比较及相对误差
实验内容 测点m主应力大小及方向 测点m弯矩 测点m扭矩
(Mpa)
(Mpa)
(°)
(N•m)
(N•m)
实测值
理论值
相对误差（%）
六、结果讨论及误差分析 第一章：绪论
[[i] 本帖最后由 tgl008 于 2007-5-16 10:17 编辑 [/i]] 第二章：轴向拉伸和压缩
第三章：剪切
第四章：扭转
第五章：截面图形的几何性质
第六章：弯曲内力
第七章：弯曲应力
第八章：弯曲变形
第九章：应力状态分析与强度理论
[[i] 本帖最后由 tgl008 于 2007-5-16 10:37 编辑 [/i]] 这有点长 谢谢:)
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