清華大學工程力學課件
清華大學工程力學課件
課程名稱（中文）：工程力學 I
課程性質：必修課
課程屬性：專業基礎課
教 材：哈工大理論力學教研室編，《理論力學（I）》（第六版），高等教育出版社
孫訓方等編，《材料力學（I）》（第四版），高等教育出版社
學時學分：總學時： 84 總學分： 5
應開課程學期：本科二年級第一學期
適用專業：土木工程
先修課程：高等數學
一、課程的性質和任務
工程力學（Engineering Mechanics）是涉及眾多的力學學科分支與廣泛的工程技術的學科。顧名思義，工程力學是既與工程又與力學密切相關的課程。作為高等工科學校的一門技術基礎課，工程力學涵蓋了理論力學和材料力學兩門課程的主要經典內容。
本課程的任務是使學生掌握自然界及其工程中機械運動最普遍、最基本的規律和研究方法。為學習有關的后續課程打好必要的基礎，并使學生初步學會應用工程力學的理論和方法解決一些簡單的工程實際問題。
本課程作為原“理論力學”和“材料力學”的融合，將研究兩類機械運動：一類是研究物體的運動，研究作用在物體上的力和運動之間的關系；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系。
二、課程的內容與基本要求
本課程總要求是：對兩類機械運動（包括平衡）的規律有較系統全面的'了解，掌握相關的基本概念、基本理論和基本方法及其應用，結合課程學習對學生的邏輯思維能力、抽象化能力、文字和圖像表達能力及數字計算能力等加以培養。
本課程的具體內容和基本要求如下：
（一） 靜力學部分
1. 靜力學公理和物體的受力分析
教學內容：靜力學基本概念，靜力學公理，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，對簡單的物體系統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
教學內容：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，平面力對點之矩的概念及計算，平面力偶。
要求掌握：力、力矩和力偶等基本概念及其性質，能熟練地計算力的投影、力對點的矩和力對軸的矩。
3. 平面任意力系·重心
教學內容：平面任意力系向作用面內一點簡化，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，平面簡單桁架的內力計算，重心。
要求掌握：各種類型力系的簡化方法和簡化結果，能熟練地計算主矢和主矩，會應用各種類型的平衡條件和平衡方程求解單個物體和簡單物體的平衡問題，能熟練地取分離體和應用各種形式的平衡方程求解，求簡單桁架內力的節點法和截面法，計算物體重心的各種方法。
4. 摩擦
教學內容：滑動摩擦，摩擦角和自鎖現象，考慮摩擦時物體的平衡問題，滾動摩阻的概念。
要求掌握：滑動摩擦的概念和摩擦力的特征，會求解考慮滑動摩擦時簡單物體系統的平衡問題，了解滾阻的概念。
（二） 材料力學部分：
1. 緒論及基本概念
教學內容：保證構件正常工作應滿足的要求，可變形固體的基本假設，桿件的幾何特征，桿件變形的基本形式。
要求掌握：明確構件強度、剛度和穩定性要求的概念，理解可變形固體基本假設的意義及其合理性，初步了解桿件變形的基本形式。
2. 軸向拉伸和壓縮
教學內容：軸向拉伸和壓縮的力學模型，內力和截面法，應力和拉（壓）桿內的應力，拉（壓）桿的變形，拉（壓）桿內的應變能，材料在拉伸（壓縮）時的力學性能，拉（壓）桿的強度，應力集中的概念。
要求掌握：理解內力、應力、位移、變形及應變、應力集中等基本概念，掌握軸力的計算和軸力圖的繪制，理解拉（壓）桿橫截面上應力的推導方法，掌握橫截面、斜截面的應力計算，拉（壓）桿內最大正應力和最大切應力的計算，掌握拉（壓）桿的變形和（截面或結點的）位移計算的方法，熟練運用強度條件進行強度計算，了解低碳鋼和鑄鐵的力學性能指標及其物理意義。
3. 扭轉
教學內容：扭轉的力學模型，薄壁圓筒的扭轉，傳動軸的傳遞功率、轉速與外力偶矩間的關系，等直圓桿扭轉時的扭矩·應力·強度條件，等直圓桿扭轉時的變形·剛度條件，等直圓桿扭轉時的應變能，等直非圓截面桿的扭轉。
要求掌握：理解扭轉變形、切應力互等定理、自由扭轉和約束扭轉等基本概念，掌握外力偶矩、扭矩的計算和扭矩圖的繪制，熟練運用等直圓桿扭轉的強度條件和剛度條件進行強度和剛度計算，了解矩形截面桿在自由扭轉時橫截面上切應力的特征。
4. 彎曲內力
教學內容：對稱彎曲的概念及梁的計算簡圖，梁橫截面上的內力分量（剪力與彎矩），剪力圖和彎矩圖，平面鋼架和曲桿的內力圖。
要求掌握：正確列寫剪力方程、彎矩方程。根據剪力方程、彎矩方程作剪力圖、彎矩圖。熟練運用載荷集度、剪力和彎矩間的微分關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. 彎曲應力
教學內容：彎曲正應力和正應力強度條件，彎曲切應力和切應力強度條件，梁的合理設計。
要求掌握：掌握純彎曲梁正應力公式的推導及其基本假設，掌推確定中性軸位置的條件，矩形截面、圓(環)形截面慣性矩的計算，運用平行移軸定理計算截面的慣性矩，熟練地計算橫力彎曲時的正應力，掌握彎曲切應力的計算，正確地區分剪切切應力、扭轉切應力和彎曲切應力。
6. 梁彎曲時的位移
教學內容：梁的變形與位移，撓曲線近似微分方程及其積分，按疊加原理計算梁的撓度、轉角，梁的剛度校核，彎曲應變能。
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和簡支梁受均布載荷時的最大撓度和轉角的計算公式以及懸臂梁在自由端受集中力時的最大撓度和轉角的計算公式。熟練地用疊加原理求梁的變形。
三、教學方法與教學手段說明
1. 本課程主要采用課堂講述和板書的教學方式。
2. 一般情況下，每次課后都留有學生作業，每周交一次作業。作業全部批改。
3. 實驗部分由實驗教師負責。