清华大学工程力学课件
清华大学工程力学课件
课程名称（中文）：工程力学 I
课程性质：必修课
课程属性：专业基础课
教 材：哈工大理论力学教研室编，《理论力学（I）》（第六版），高等教育出版社
孙训方等编，《材料力学（I）》（第四版），高等教育出版社
学时学分：总学时： 84 总学分： 5
应开课程学期：本科二年级第一学期
适用专业：土木工程
先修课程：高等数学
一、课程的性质和任务
工程力学（Engineering Mechanics）是涉及众多的力学学科分支与广泛的工程技术的学科。顾名思义，工程力学是既与工程又与力学密切相关的课程。作为高等工科学校的一门技术基础课，工程力学涵盖了理论力学和材料力学两门课程的主要经典内容。
本课程的任务是使学生掌握自然界及其工程中机械运动最普遍、最基本的规律和研究方法。为学习有关的后续课程打好必要的基础，并使学生初步学会应用工程力学的理论和方法解决一些简单的工程实际问题。
本课程作为原“理论力学”和“材料力学”的融合，将研究两类机械运动：一类是研究物体的运动，研究作用在物体上的力和运动之间的关系；另一类是研究物体的变形，研究作用在物体上的力和变形之间的关系。
二、课程的内容与基本要求
本课程总要求是：对两类机械运动（包括平衡）的规律有较系统全面的'了解，掌握相关的基本概念、基本理论和基本方法及其应用，结合课程学习对学生的逻辑思维能力、抽象化能力、文字和图像表达能力及数字计算能力等加以培养。
本课程的具体内容和基本要求如下：
（一） 静力学部分
1. 静力学公理和物体的受力分析
教学内容：静力学基本概念，静力学公理，约束与约束力，物体的受力分析和受力图。
要求掌握：各种常见约束的性质，对简单的物体系统能熟练地取分离体并画出受力图。
2. 平面汇交力系与平面力偶系
教学内容：平面汇交力系合成与平衡的几何法，平面汇交力系合成与平衡的解析法，平面力对点之矩的概念及计算，平面力偶。
要求掌握：力、力矩和力偶等基本概念及其性质，能熟练地计算力的投影、力对点的矩和力对轴的矩。
3. 平面任意力系·重心
教学内容：平面任意力系向作用面内一点简化，平面任意力系的平衡条件和平衡方程，物体系的平衡·静定和超静定问题，平面简单桁架的内力计算，重心。
要求掌握：各种类型力系的简化方法和简化结果，能熟练地计算主矢和主矩，会应用各种类型的平衡条件和平衡方程求解单个物体和简单物体的平衡问题，能熟练地取分离体和应用各种形式的平衡方程求解，求简单桁架内力的节点法和截面法，计算物体重心的各种方法。
4. 摩擦
教学内容：滑动摩擦，摩擦角和自锁现象，考虑摩擦时物体的平衡问题，滚动摩阻的概念。
要求掌握：滑动摩擦的概念和摩擦力的特征，会求解考虑滑动摩擦时简单物体系统的平衡问题，了解滚阻的概念。
（二） 材料力学部分：
1. 绪论及基本概念
教学内容：保证构件正常工作应满足的要求，可变形固体的基本假设，杆件的几何特征，杆件变形的基本形式。
要求掌握：明确构件强度、刚度和稳定性要求的概念，理解可变形固体基本假设的意义及其合理性，初步了解杆件变形的基本形式。
2. 轴向拉伸和压缩
教学内容：轴向拉伸和压缩的力学模型，内力和截面法，应力和拉（压）杆内的应力，拉（压）杆的变形，拉（压）杆内的应变能，材料在拉伸（压缩）时的力学性能，拉（压）杆的强度，应力集中的概念。
要求掌握：理解内力、应力、位移、变形及应变、应力集中等基本概念，掌握轴力的计算和轴力图的绘制，理解拉（压）杆横截面上应力的推导方法，掌握横截面、斜截面的应力计算，拉（压）杆内最大正应力和最大切应力的计算，掌握拉（压）杆的变形和（截面或结点的）位移计算的方法，熟练运用强度条件进行强度计算，了解低碳钢和铸铁的力学性能指标及其物理意义。
3. 扭转
教学内容：扭转的力学模型，薄壁圆筒的扭转，传动轴的传递功率、转速与外力偶矩间的关系，等直圆杆扭转时的扭矩·应力·强度条件，等直圆杆扭转时的变形·刚度条件，等直圆杆扭转时的应变能，等直非圆截面杆的扭转。
要求掌握：理解扭转变形、切应力互等定理、自由扭转和约束扭转等基本概念，掌握外力偶矩、扭矩的计算和扭矩图的绘制，熟练运用等直圆杆扭转的强度条件和刚度条件进行强度和刚度计算，了解矩形截面杆在自由扭转时横截面上切应力的特征。
4. 弯曲内力
教学内容：对称弯曲的概念及梁的计算简图，梁横截面上的内力分量（剪力与弯矩），剪力图和弯矩图，平面钢架和曲杆的内力图。
要求掌握：正确列写剪力方程、弯矩方程。根据剪力方程、弯矩方程作剪力图、弯矩图。熟练运用载荷集度、剪力和弯矩间的微分关系和截面法作梁的剪力图、弯矩图。正确地作刚架的弯矩图。
5. 弯曲应力
教学内容：弯曲正应力和正应力强度条件，弯曲切应力和切应力强度条件，梁的合理设计。
要求掌握：掌握纯弯曲梁正应力公式的推导及其基本假设，掌推确定中性轴位置的条件，矩形截面、圆(环)形截面惯性矩的计算，运用平行移轴定理计算截面的惯性矩，熟练地计算横力弯曲时的正应力，掌握弯曲切应力的计算，正确地区分剪切切应力、扭转切应力和弯曲切应力。
6. 梁弯曲时的位移
教学内容：梁的变形与位移，挠曲线近似微分方程及其积分，按叠加原理计算梁的挠度、转角，梁的刚度校核，弯曲应变能。
要求掌握：正确地列写梁的挠曲线所满足的微分方程及其边界条件。掌握简支梁在跨中受集中力时和简支梁受均布载荷时的最大挠度和转角的计算公式以及悬臂梁在自由端受集中力时的最大挠度和转角的计算公式。熟练地用叠加原理求梁的变形。
三、教学方法与教学手段说明
1. 本课程主要采用课堂讲述和板书的教学方式。
2. 一般情况下，每次课后都留有学生作业，每周交一次作业。作业全部批改。
3. 实验部分由实验教师负责。