工程力学
工程力学
10万+ 人选课
更新日期:2024/11/29
开课时间2024/08/20 - 2025/01/16
课程周期22 周
开课状态开课中
每周学时-
课程简介

  教学理念: 以启迪和培养学生创新研究型思维为核心,从课程体系、教学内容、教学方法、教学资源等各环节、全过程、多方位培育学生探究性学习能力,在传授知识的同时,以课程为载体,着重潜移默化地熏陶学生研究思维能力,提供尽可能好的教育。

“大学教育的价值,不是学习很多事实,而是训练大脑去思考。”——爱因斯坦

课程简介: 力学是工科学生的重要基础,本课程的目标应使学生对工程力学的基本概念、基本理论、基本方法有较扎实的理解;在培养严密的演绎思维的同时,尤其注重通过力学知识的学习,启发、培养学生的综合与扩散、求同与辩异等归纳和研究型思维;在学习理论知识的同时,注重通过工程实际案例培养学生分析解决工程问题的研究性思维。为较好地实现这一目标,课程组几十年来始终坚持以人为本,教书育人的OBE教学理念,在传授知识的同时,尤其注重学生实践能力、创新能力的培养。在教学实践中,不断进行教学改革研究,优化整合课程内容,改革结构体系,加强青年师资队伍建设,编写精品教材,构建先进的教学实验中心和教学网站,采用先进教学方法和评价方案,加强师生互动与交流。经过课程组全体教师的不懈探索与创新、实践与总结,课程建设上取得了显著成绩,2006年度成为国家精品课程,2014年入选国家精品开放课程,2020年入选国家一流课程,2008年工程力学教学团队被批准建设国家教学团队。

1.课程定位与课程目标

  本课程属非机类工科学生公共基础课。以培养创新研究型人才为目的,本课程通过课堂教学与实验教学,使学生掌握工程力学的基本概念、基本理论和基本分析方法;培养工程力学问题的分析和计算能力;尤其注重培养学生从工程实际中提出、研究、解决力学问题的能力,培养科学思维方法。

2.知识模块顺序及对应学时

课程主要内容包括刚体静力学、流体静力学和变形体静力学的基本概念、基本理论、基本方法及其应用。以力的平衡、变形的几何协调、力与变形间的物理关系为研究主线,使学生建立了对工程力学的清晰的整体认识。

  1. 本书共12章。第1-3章为绪论,刚体静力学基本概念与理论,静力平衡问题;属刚体静力学。第4-6章为变形体静力学基础,杆的轴向拉伸和压缩变形体静力学分析,结合杆的拉压强度与连接件设计阐述变形体静力学的基本概念与研究方法。第7-9章为圆轴的扭转,梁的平面弯曲,强度理论与组合变形,利用变形体静力学基本方法研究各种变形体力学问题。第10章为流体力与容器,用静力学方法研究静止流体作用在壁面上的力及容器的强度。11章为压杆稳定,分析压杆在满足强度条件下的屈曲问题。12章为疲劳与断裂,深入浅出地介绍疲劳与断裂失效的基本概念、基本规律及现代设计控制方法,适应时代发展。

作为拓展学习,第11章介绍压杆稳定,探讨满足静强度条件下工程中的稳定性问题。本章内容学习标准学时为6学时。第12章介绍疲劳断裂问题,探讨满足静强度条件下动载荷作用下的疲劳破坏问题。 本章内容学习标准学时为6学时。

本MOOC课程讲授第一章至第十章基本知识内容,建议学时56学时。

课程全部学习内容为72学时,根据不同学习内容要求,可以请学校申请SOPC课程,定制学习内容,开通后面2章学习内容,满足不同学习时数要求。

3.课程重点、难点及解决办法

课程的重点包括:力、力偶、约束;力系的简化与平衡;内力、基本变形;材料的力学行为,应力与应变;应力与变形分析;强度与刚度条件;组合变形;静不定问题;弹塑性问题;及工程中的疲劳与断裂破坏及其控制方法等。

难点在于如何使学生力学基础扎实、概念清晰?如何加强通过分析和实验探究工程力学问题的能力?如何建立对于工程力学问题和研究方法的整体认识?如何通过工程力学课程的学习培养科学思维方法?

解决的办法是精炼课程内容,突出研究主干,加强启发讨论,注重归纳思维。以力的平衡—变形的几何协调—材料的力学行为作为分析研究工程静力学问题的主线,突出基本概念、基本理论、基本分析方法和基本计算能力的培养。坚持启发式教学,加强课堂讨论与实验,加强对于问题、模型、假设、结论等的物理与几何意义及结论的正确性条件等的讨论与研究,深化认识,培养研究性思维。注重科学思维方法,尤其是综合与扩散、求同与求异等归纳思维方法的培养。


课程特色:

(1)课程含180个基本知识点视频,突出基本概念、基本原理、基本方法及其应用,概念准确,叙述简明,主干清晰,启发思维;

(2)突出启迪研究思维特色,打造工程力学精品在线开发课程:课程组以启迪研究思维为特色,丰富内涵,深入研究多媒体信息化教学方法,研制精细多媒体课件和富媒体资源,从教材-课堂教学-实验与实践-练习与测试-网络开发资源各环节入手,打造精品在线开发课程资源;同时,每章附加国家名师全程44个课堂实录视频;

(3)编制合适的视频驻点,引导学生学习,便于学习者自主学习;编制了合理科学的测试题和作业题,便于学生检验学习效果;

(3)引入工程案例,培养工程问题分析力学模型的建立方法,加强物理意义、几何意义的讨论与研究,着力于深化对知识点的认识,培养研究性思维;

(4)通过深化教学改革,锻炼、培养了优秀青年教师,形成了一支老中青结合,责任感强、团结合作精神好,治学严谨、热心从教,注重教书育人的国家级教学团队。团队国家教学名师1人,省教学名师2人,宝钢优秀教师奖3人。

课程2006年入选国家级精品课程,课程团队2008年入选国家级教学团队,2013年课程升级为国家级精品资源共享课程,MOOC课程负责人王元勋教授被中国大学MOOC平台评为2016年度优秀教师。

授课知识点:

第一章 绪论

什么是力学; 力学与工程;学科分类;基本概念与基本方法

第二章 刚体静力学基本概念与理论

力;力偶;约束与约束反力;受力图;平面力系的平衡条件

第三章 静力平衡问题

平面力系的平衡问题; 含摩擦的平衡问题(简要介绍);平面桁架;空间力系的平衡问题

第四章 变形体静力学基础

变形体静力学的一般分析方法;基本假设;内力、截面法;内力图;杆件的基本变形;一点的应力和应变

第五章 杆的轴向拉伸和压缩

 拉压杆的内力、应力、应变;材料的力学性能;真应力、真应变;强度条件和安全系数;应力—应变曲线的理想化模型

第六章 变形体静力学分析

剪切及其实用计算;挤压及其实用计算;连接件的强度设计;变形体静力学分析;应力集中概念

第七章 圆轴的扭转

扭转的概念和实例;扭矩与扭矩图;圆轴扭转时的应力和变形;圆轴扭转的强度条件和刚度条件;静不定问题和弹塑性问题

第八章 梁的平面弯曲

用截面法作梁的内力图;利用平衡微分方程作梁的内力图;梁的应力与强度条件;梁的变形;梁的弯曲静不定问题和弹塑性问题简介;

第九章 强度理论与组合变形

应力状态;强度理论简介;组合变形

第十章 流体力、容器(扩展知识)

流体的特征及其主要物理性能;静止流体中的压强;作用在壁面上的流体力;薄壁容器

第十一章 压杆的稳定(SPOC定制学习)

稳定的概念;临界载荷;压杆稳定计算

第十二章 疲劳与断裂(SPOC定制学习)

疲劳裂纹萌生寿命;断裂控制设计;疲劳裂纹扩展寿命

  师资队伍:

“工程力学”课程团队由国家名师陈传尧教授教领衔,2008年获批建设国家优秀教学团队。由教学水平高、学术造诣深的教授或副教授组成团队骨干,引进一批思想活跃、业务素质高的青年教师。围绕课程建设,以优秀教师为核心,形成了一支老中青结合、责任感强、团结合作精神好、治学严谨、热心从教、注重教书育人、科研素质高的教学队伍。课程团队现有教师15人,其中教授7人,副教授5人,讲师3人,有博士学位的教师10人。15名教师中,从不同学校取得学历或学位的人有13人,比例为86.7%。团队中国家教学名师1人 ,华中科技大学教学名师2人,1人获宝钢全国优秀教师特等奖提名,2人获宝钢全国优秀教师奖,教育部新世纪优秀人才1人,湖北省杰出青年基金获得者1人,《Acta Mechanica Solida Sinica》执行副主编1人,《固体力学学报》执行副主编1人,全国百篇优秀博士学位论文提名奖1人。工程力学实验指导除教师外,还有力学实验中心工程技术人员承担辅导实验教学任务。新近引进美国归国留学生2人,杨辉、陈子光均入选国家青年千人。

长期坚持新进、调入教师正式授课前的试讲制度,安排青年教师给老教师任助教一至两遍,学习老教师在教学方面的经验、渊博的知识以及高尚的师德,培养青年教师队伍。组织青年教师参加各项教改,长期坚持教学研讨,定期进行示范教学交流。规定青年教师必须参加校、院系教学竞赛活动,努力提高教学质量。

  本课程在国内外同类课程中的地位:

本课程2006年被评为国家精品课程,2013年转型升级为国家精品资源共享课程,2014年入选国家精品开放课程,2020年入选国家一流课程,教学团队2008年被评为国家优秀教学团队。课程组主持国家级教改项目2项,获湖北省教学成果一等奖3次,国家教学成果二等奖1次。出版教材、教学评价、实验基地、教改与获奖均说明本课程建设在国内处于前列。

课程建设是一项长期的工作。时代在发展,社会在进步,课程建设也要不断发展,不断革新,不断完善,我们将以信息技术为手段,以精品课程建设和资源共享课程建设为契机,不懈探索与创新,使我们的教学水平和教学成效再上新台阶,为学生提供尽可能好的教育。

课程大纲

第一章 绪论

学习引导

第一讲 什么是工程力学

第二讲 力学与工程

第三讲 学科分类

第四讲 基本概念

第五讲 基本方法

本章小结

名师课堂授课实录视频

课堂授课课件

拓展文献阅读——论工程力学

重难点导读

什么是工程力学、基本概念测试

第二章 刚体静力学基本概念与理论

学习引导

第一讲 力

第二讲 力偶

第三讲 约束与约束力

第四讲 受力图

第五讲 平面力系的平衡条件

本章小结

名师课堂授课实录视频

课堂授课课件

重难点解读与典型案例分析

习题参考答案

拓展文献阅读

刚体静力学基本概念与理论测试

刚体静力学基本概念第一次作业

刚体静力学基本概念第二次作业

第三章 静力平衡问题

学习引导

第一讲 平面力系的平衡问题

第二讲 含摩擦的平衡问题

第三讲 平面桁架

第四讲 空间力系的平衡问题

本章小结

名师课堂授课实录视频

课堂授课课件

重难点解读与典型案例分析

习题参考答案

静力平衡问题测试

静力平衡问题第一次作业

静力平衡问题第二次作业

静力平衡问题第三次作业

第四章 变形体静力学基础

学习引导

第一讲 变形体静力学的一般分析方法

第二讲 基本假设

第三讲 内力/截面法

第四讲 杆件的基本变形

第六讲 一点的应力和应变

本章小结

名师课堂授课实录视频

课堂授课课件

拓展文献阅读:圣维南原理

重点难点解析及典型案例分析

习题参考答案

变形体静力学基础测试

变形体静力学基础第一次作业

变形体静力学基础第二次作业

第五章 杆的轴向拉伸和压缩

学习引导

第一讲 拉压杆件的内力、应力与变形

第二讲 材料的力学性能

第三讲 真应力/真应变

第四讲 强度条件和安全因数

第五讲* 应力应变曲线的理想化模型

第六讲* 不同材料模型下力学问题的分析

本章小结

名师课堂授课实录视频

低碳钢与铸铁拉伸压缩实验

课堂授课课件

拓展文献阅读:弹性模量

重点难点解析及典型案例分析

材料的力学性能测试

第六章 变形体静力学分析

学习引导

第一讲 剪切及其实用计算

第二讲 挤压及其实用计算

第三讲 连接件的强度设计

第四讲 变形体静力学分析

第五讲 应力集中的概念

本章小结

课堂授课课件

名师课堂授课实录视频

重点难点解析及典型案例分析

习题参考答案

拓展文献阅读

强度与连接件设计测试

强度与连接件设计作业

第七章 圆轴的扭转

学习引导

第一讲 扭转的概念和实例

第二讲 圆轴扭转的内力

第三讲 圆轴扭转时的应力和变形

第四讲 圆轴扭转的强度条件和刚度条件

本章小结

课堂授课课件

名师课堂授课实录视频

圆轴扭转实验

重点难点解析及典型案例分析

习题参考答案

拓展文献阅读

圆轴的扭转测试

圆轴的扭转第一次作业

圆轴的扭转第二次作业

第八章 梁的平面弯曲

学习引导

第一讲 梁的弯曲内力

第二讲 梁的应力

第三讲 梁的变形

第四讲* 弯曲静不定问题和弹塑性问题简介

本章小结

名师课堂授课实录视频

课堂授课课件

弯曲实验

重点难点解析及典型案例分析

拓展文献阅读—高阶思维的训练与养成

习题参考解答

梁的平面弯曲测试

梁的平面弯曲第一次作业

梁的平面弯曲第二次作业

梁的平面弯曲第三次作业

第九章 组合变形

学习引导

第一讲 应力状态

第二讲 强度理论简介

第三讲 组合变形

本章小结

名师课堂授课实录视频

薄壁圆筒组合变形实验

课堂授课课件

重点难点解析及典型案例分析

拓展文献阅读——第一强度理论与W.J.M.兰金

工程设计型创新实验

实际工程案例虚拟仿真实验

习题解答参考

组合变形测试

组合变形第一次作业

组合变形第二次作业

第十章 流体力/容器(线上自学)

学习引导

第一讲 流体的特征

第二讲 静止流体中的压强

第三讲 作用在壁面上的流体力

第四讲 薄壁容器

本章小结

名师课堂授课实录视频

重点难点解析及典型案例分析

习题参考答案

第十一章 压杆的稳定(64学时必学)

第一讲 稳定的概念

第二讲 两端铰支细长压杆的临界载荷

第三讲 不同支承条件下压杆的临界载荷

第四讲 中小柔度杆的临界应力

第五讲 压杆的稳定计算

本章小结

压杆稳定测试

压杆稳定作业

第十二章 疲劳与断裂(72学时必学)

第一讲 疲劳破坏及其断口特征

第二讲 S-N曲线及疲劳裂纹萌生寿命预测

第三讲 断裂失效与断裂控制设计

第四讲 da/dN-DK曲线及疲劳裂纹扩展寿命

小结

名师课堂

思考题

习题

课程总结

课程总结