材料力学教案本.docx
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1、教案本20062007学年度第一学期课程名称:材料力学授课教师:高春华授课对象:05级土木工程授课地点:理科1#302所用教材:范钦珊主编:材料力学出版社:高等教育出版社安阳师范学院土木建筑工程系微观各向异性,宏观各向异性,宏观连续球墨铸铁的显微组织第一章引论(5学时)教学目的:使同学们了解材料力学的发展简史及其在工程上的应用,掌握杆件的 受力与变形的几种形式。教学重点:本章重点掌握变形体的三个假设条件及弹性体的受力与变形特征。教学难点:杆件受力与变形的几种形式。教学方法:讲授、多媒体、板书、教案、教材。教学步骤:1、各向同性与各向异性,微观各向异性,宏观各向同性;灰口铸铁的显微组织晨高分子材
2、料 微观结构2弹性体受力与变形特点内力:变形引起的物体内部附加M(M1 M= Mq内变形引起的物体内部附加力,内力不能是任意的,内力与变形有关,必须满足平衡条件。变形不协调变形不协调变形前变形协调一致3、工程构件受力模型拉伸剪切 ,变形后位置X(变形前位置4、工程构件的强度、刚度和稳定问题强度不因发生断裂或塑性变形而失效;刚度一不因发生过大的弹性变形而失效;稳定性一不因发生因平衡形式的突然转变而失效5、工程设计程序度设计刚度设 1f6、结论与讨论注意弹性体模型与刚体模型的区别与联系刚体模型适用的概念、原理、方 法对弹性体可用性与限制性。诸如:系的等效与简化;平衡原理与平衡方法等。作业布置:1
3、1、!3、!5、1一6第二章 杆件的内力分析(讲授10学时、习题5学时)教学目的:使同学们熟练掌握各种不同支撑形式的梁德内力图画法。教学重点:a、剪方程和弯矩方程。b、剪图与弯矩图的画法。c、剪和弯矩的符号。d、分布荷载、剪和弯矩之间微分关系的应用。教学难点:各种不同支撑条件的剪力与弯矩图的画法。教学方法:讲授、多媒体、板书、教案、教材。教学步骤:1、内力(Internal Forces)弹性体受力后,由于变形,其内部各点均会发生相对位移,因而产生相互 作用。2、弹性体内力的特征:(1)连续分布系(2)与外力组成平衡系(特殊情形下内力本身形成自相平衡系)3、 内力的正负号规则同一位置处左、右侧
4、截面上内力分量必须具有相同的正负号。4、平衡微分方程考察dx微段的受与平衡M(x)+d MW尸o+d Fq2 砂二0: FQy+q dx- FQy d FQy =0S Mc=0: -Mz+(Mz+dMz)- FQy dr一4 dx -dx /2=0略去高阶项,得到:叫drdMdx=q- rQ =q类似地在xz平面内,也可以得到类似的表达式,只是下标有所不 同。不失一般性,略去下标,写成此即适用于所有平面载荷作用情形的平衡微分方程。根据上述微分方程,由载荷变化规律,即可推知内力Eq、M的变化规 律。5、内力图5.1 剪图和弯矩图(a)根据平衡,可以确定控制面上Q、河数值,确定函数变化区间;(b)
5、根据平衡微分方程可以确定Q、M的变化图形。5.2 绘制Q、M图的方法(1)建立Q-x、M-x坐标系;(2)确定控制面及其上之QM值,并标在FQ-x、M-x坐标中;(3)应用微分方程,确定控制面之间的QM图形。6、刚架内力图的画法(1)无需建立坐标系;(2)控制面、平衡微分方程;(3)弯矩的数值标在受拉边;(4)轴、剪画在里侧和外侧均可,但需标出正负号;(5)注意节点处的平衡关系。7、结论与讨论结论;一个重要概念、三个微分方程、套方法。作业布置:2 3、24 (a),(c) 2 6、2 5 29、2一11 附录A (5学时)教学目的:使同学们掌握简单图形的静矩、形心及其相互关系,惯性矩、极 惯性
6、矩、惯性积和惯性半径、惯性矩与惯性积的移轴定理及转轴定理, 主轴与形心主轴、主矩与形心主矩的概念及计算方法。教学重点:常见简单图形的静矩、形心及其相互关系,惯性矩、极惯性矩、 惯性积和惯性半径,主轴与形心主轴、主矩与形心主矩的概念及计算 方法教学难点:惯性矩与惯性积的移轴定理及转轴定理。教学方法:讲授、多媒体、板书、教案、教材。教学步骤:1、为什么要研究截面图形的几何性质实际构件的承载能力与变形形式有关,不同变形形式下的承载 能力,不仅与截面的大小有关,而且与截面的几何形状有关。不同的 分布内力系,组成不同的内力分量时,将产生不同的几何量。这些几 何量不仅与截面的大小有关,面且与截面的几何形状
7、有关。不同的分 布内力系,组成不同的内力分量时,将产生不同的几何量。这些几何 量不仅与截面的大小有关,面且与截面的几何形状有关。2、研究杆件的应与变形,研究失效问题以及强度、刚度、稳定题都要涉及到与截面图形的几何形状和尺寸有关的量。这些量统称为儿 何量,包括:形心、静矩、惯性矩、惯性半径、极惯性矩、惯性积、 主轴等。3、形心、静矩及其相互关系= LzdA图形对于y轴的静矩S” (ydA图形对于Z轴的静矩注:已知静矩可以确定图形的形心坐标已知图形的形心坐标可以确定静矩4、惯性矩、惯性积、极惯性矩与惯性半径厶=M图形对y轴的惯性矩=2必图形对二轴的惯性矩Iyz = fjzdA图形对z轴的惯性积=山
8、图形对。点的极惯性矩5、移轴定理移轴定理(parallel-axis theorem)是指图形对于互相平行轴的惯 性矩、惯性积之间的关系。即通过已知图形对于对坐标的惯性矩、 惯性积,求图形对另对坐标的惯性矩与惯性积。因为面积及包含2、62的项恒为正,故自形心轴移至与之平行的任 意轴,惯性矩总是增加的。b为原坐标系原点在新坐标系中的坐标,要注意二者的正负号; 二者同号时为正,异号时为负。所以,移轴后惯性积有可能增加 也可能减少。6、转轴定理所谓转轴定理(rotation-axis theorem)是研究坐标轴绕原点转动 时,图形对这些坐标轴的惯性矩和惯性积的变化规律。7、主轴与形心主轴、主惯性矩
9、与形心主惯性矩8、例题对于任意一点(图形内或图形外)都有主轴,而通过形心的主轴 称为形心主轴,图形对形心主轴的fy惯性矩称为形心主惯性矩,简 称形心主矩。工程计算中有意义的是形心主轴与形心主矩。图形尺寸如图所示,求:图形的形心主矩1 .将所给图形分解为简单图形的组合2 .建立初始坐标,确定形心位置90mmg洋加衣1衣黝衣1曲)次h馳次!Ig飒 次9一5次物波h#测 次1/才欢馳次h9、结论与讨论(1)怎样判断主轴?(2)怎样判断形心主轴?作业布置:A 2、A4、A5、A 13第三章弹性杆件横截面上的正应分析(5学时)教学目的:使同学们熟练掌握杆件横截面正应的分析以及应、应变之间的相 互关系,能
10、够推倒正应公式并且会应用。教学重点:平面假定与变形协调方程的推倒与应用,静力学平衡方程的应用,中 性轴的概念以及平面弯曲正应。教学难点:中性轴及中性层的概念。教学方法:讲授、多媒体、板书、教案、教材。教学步骤:1 应分布内力在一点的集度工程构件,大多数情形下,内力并非均匀分布,集度的定义不 仅准确而且重要,因为“破坏”或“失效往往从内力集度最大处开 始。2、正应和切应垂直于截面的应称为“正应(Normal Stress);位于截面内的应称为“切应(Shearing Stress).3、正应变与切应变线变形与剪切变形,这两种变形程度的度量分别称为“正应变“(Normal Strain )和“切应
11、变”(Shearing Strain),分别用 和 表问题 正应变是单位长度的线变形量?注:当外力已知时,可由平衡方程求得内力分量一静定问题。当内力分量已知时,只能确定应与相关内力分量之间的关系,却无 法求得各点应超静定问题。4、正应分析方法逅平面渊定应变逓 初丽而静方程应公式对于dx微段,在三个内力分量作用下,两截面将保持平面,但发生 三种相对位移:轴向位移 dN绕y轴转动d办绕z轴转动da三种轴向位三种轴向位移叠加-j(da)z(dG)d= d 吋(d +z(dq)5、变形协调方程根据叠加原理,横截面上任意一点8,z)的位移,可表示为:加=M - W4 +财4此即变形协调方程(Compat
12、ibility Equation of Defbmiation)微段横截面的相对位移,亦即微段各处的变形。于是横截面上任意点处的正应变为雄;快 兀彰 A此即横截面上各点正应变分布方程。应用静力学方程确定上式中的待定常数: 将带有待定常数的应公式代入与正应有关的三个静力方程:雪財三 Hg如g/三应用截面图形的几何性质的定义,得到両%=或洋駿三辱支-A A廠施處県甌;三多,勝其n +医厶 丄=處弊=三三即三研其中4戶加4季財弊三度期一惯性注:若将坐标原点选在形心处,且y轴和z轴均为主轴,则有Sy= Sz= 0 , lyz = 06、正应公式的应用(1)公式中各项正负号的确定:第一种办法由FNx、M
13、y、Mz以及、z的正负号确定 NX MzV . M yZ第二种办法根据FN、My. Mz的实际方向及其在所求应力点引起的正应之拉、压性质确定。(2)几种特例轴向拉伸或压缩My=Mz=Q,20yFA+平面弯曲7 vzyxmax十旦 忆y max一横截面对y轴的弯曲截面系数w.三一横截面对Z轴的弯曲截面系数例题1固定,已知:矩形截面梁截面宽度6、高度/、长度/,外载荷FP1和FP2求:根部截面上的最大正应。解:1.确定根部截面上的内力分量;=一品(2%=-%(/)2 .确定根部截面上最大正应作用点。3 .计算根部截面上最大正应。+M ymax | M zmax |a =f Lxmaxyz6x2xF
14、pl/ 6xFP2/=;+;-hb2 bh27、关于中性轴的概念中性轴 一横截面上正应为零的点连成的直线8、结论与讨论关于应分析的结论(1)应力的概念,确定应的超静定性质,以及由此而产生的分析 应的基本方法。(2)应分析中,重要的是要确定应力分布规律,在此基础上即可 由静力学平衡方程确定各点的应表达式。关于外力的简化与内力分量的确定(1)为了确定横截面上的内力分量,可以有两种方法(2)在截面的形心处、沿着形心主轴方向建立。盟坐标系,然后将 一般外力向坐标轴投影、取矩,进而由平衡求得截面上的内力分量。(3)先在指定截面处、用假想截面将杆件截开,并建立。wz坐标系, 再将作用在截面一侧的外力向另侧
15、截面上的坐标轴分别投影、取 矩,即得截面上的内力分量。关于公式的适用范围直杆与曲杆的变形、应变以及应分布和应公式的差异。加载超过弹性范围以后,杆件上的微段的变形、应变以及应分布将 会发生什么变化?作业布置:3 1 , 3_2 , 363-7, 3-10, 3-13第四章弹性杆件横截面上的切应分析(5学时)教学目的:使同学们掌握圆杆扭转时横截面上的切应的求法,了解非圆截面杆 扭转时的切应,熟练推倒变形协调方程。教学重点:本章重点掌握变圆截面杆扭转时横截面上的切应的求法。教学难点:切应流与弯曲中心的确定。教学方法:讲授、多媒体、板书、教案、教材。教学步骤:1、工程中承受切应的构件请判断哪杆件将发生
16、扭转请判断哪些截面将发生剪切2、两类切应(1)扭转切应(2)弯曲切应圆轴扭转时的应变形特征:外加偶矩与功率和转速的关系 =9549尸(kW)w(r/min)请注意圆轴受扭 转后表面的矩形将发 生什么变形?3、圆轴扭转时横截面上的切应分析怎样才能平衡?微元能不能平衡?哪些互相平衡?变形平面储应变分布物性关系、应分布应公式反对称分析论证平面保持平面根据圆轴的轴对称性质C、。两点必须 具有相同的位移,因而二者必须位于同一 圆周上。4、变形协调方程截面的极惯性矩与扭转截面系数对于直径为d的实心圆截面对于内、外直径分别为和D圆环截面a = d/ D实心轴 4=45 mm空心轴,Z)246 mm二轴的横截
17、面面积之比为=23 mm薄小黯卜用5、扭转切应矩形截面杆扭转切应公式:变形特征一翘曲由平衡直接得到的结论:角点切应等于边缘各点切应沿切线方 切应分布:角点切应力等于零;边缘各点切应沿切线方向;最大切应发生在长 边中点.6、结论与讨论关于公式的应用条件:2Ri,横截面上的扭转切应怎样分布;2 .点的切应怎样确定;3 .力点以内圆截面上的内力偶矩与横截面上的总扭矩之间的关系。作业布置:4-5 , 4-6, 4-9第五章 应状态分析(10学时;5学时讲授+5学时习题课)教学目的:使同学们掌握一点处的应状态,以及空间应状态的描述,熟练掌 握应圆的应用,会求平面应力状态的各种情况。教学重点:本章重点掌握
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