湖北省高等教育自學考試課程考試大綱

  課程名稱：船舶結構力學

  第一部分 課程性質與目標

  課程性質與特點

  本課程研究的主要對象是船體結構中的桿件、桿系和板的彎曲及穩(wěn)定性,系統(tǒng)地闡述了結構力學中的基本理論與方法----力法、位移法及能量原理。本課程是高等教育自學考試船舶與海洋工程專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎課。

  課程目標與基本要求

  本課程的目標：學生通過該課程的學習，掌握結構力學的基本理論和方法，應用它們來解決船體結構中典型結構(桿系和板的彎曲及穩(wěn)定性)的強度計算分析。還能處理一般工程結構中類似的力學問題。

  本課程基本要求：

  掌握建立船體結構計算模型的基本知識

  掌握單跨梁的彎曲理論

  掌握力法的基本原理和應用

  掌握位移法和矩陣位移法的基本原理和應用

  掌握能量原理及其應用

  了解有限單元法的基本概念和解題過程

  掌握矩形薄板的彎曲理論

  掌握桿及板的穩(wěn)定性概念，解答和應用

  9.該課程理論性強，力學概念較難建立，涉及數(shù)學知識較多，學習和掌握有一定的困難。相比較而言，單跨梁的彎曲理論和板的彎曲理論是本課程的基本基礎。力法，矩陣位移法，能量法部分偏重于原理和方法在結構分析中的應用。自學過程中應按大綱要求仔細閱讀教材，切實掌握有關內容的基本概念、基本原理和基本方法。學習過程中遵循吃透原理、掌握計算方法、看懂教材例題，完成部分習題。不懂的地方要反復學，前、后聯(lián)系起來學，要克服浮燥心理，欲速則不達，慢工出細活。從而達到學懂、學會、學熟，及應用它們來解決實際結構計算。

  三、與本專業(yè)其他課程的關系

  本課程是船舶與海洋工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎課，該課程應在修完學科基礎課和相關的專業(yè)基礎課后進行學習。

  先修課程：高等數(shù)學，理論力學，材料力學，船體結構與海洋工程制圖

  后續(xù)課程：船體強度與結構設計

  第二部分 考核內容與考核目標

  緒論

  學習目的與要求

  本章是對船舶結構力學總述性的概述。通過對本章的學習，明確船舶結構力學的內容與任務，是為了解決船體強度問題，結構力學研究的是船體結構的靜力響應，即內力與變形，以及受壓結構的穩(wěn)定性問題。學習和掌握結構力學的基本原理與方法，經(jīng)典的力法、位移法及能量原理。對船體結構及其簡化成相應的力學計算圖形有深刻的理解。

  考核知識點與考核目標

  船舶結構力學的內容與任務(重點)

  識記：船體強度的內容，船舶結構力學的內容。

  理解：船舶結構力學與船體強度的聯(lián)系。

  應用：分析船體強度與變形及其他問題。

  船舶結構力學中的“帶板”概念(次重點)

  船體結構的計算圖形(重點)

  識記：計算圖形，典型的船體結構計算圖形(人工計算：四種。計算機計算：空間桿系結構和板、梁組合結構。)

  理解：船體結構計算圖形簡化的內涵和簡化過程。

  應用：實際船體結構簡化為與計算方法相應的計算圖形。

  單跨梁的彎曲理論

  一、學習目的與要求

  本章是結構力學的理論基礎。通過對本章的學習，應掌握三類梁的彎曲微分方程的建立及其通解，著重掌握梁的支座和邊界條件，著重掌握梁的彎曲要素表和疊加原理的靈活應用。

  二、考核知識點與考核目標

  (一)梁的彎曲微分方程式及其通解(重點)

  識記：梁，單跨梁，梁的撓曲線，符號規(guī)定，平衡條件，等截面直梁的彎曲微分方程式。梁的彎曲要素，梁端的彎曲要素，初參數(shù)法，梁的撓曲線通用方程式。

  理解：梁的微段上彎曲要素間的微分關系。理解通用方程式(2-8)

  應用：通用方程式(2-8)

  (二) 梁的支座和邊界條件(重點)

  識記：邊界條件的概念，自由支持，剛性固定，彈性支座，彈性固定端，柔性系數(shù)，剛性系數(shù)的含義。

  理解：不同的支座用相應的邊界條件來表達，支座和邊界條件的內涵。

  應用：利用邊界條件和通用方程(2-8)，來求解相應的單跨梁撓曲線方程及其他彎曲要素。

  (三) 船體骨材幾何要素的計算(重點)

  (四) 梁的彎曲要素表及應力計算(重點)

  識記：彎曲要素表的應用，疊加原理，疊加求彎曲要素時的技巧。

  理解：疊加原理解題的全過程，疊加法畫彎矩圖和剪力圖。

  應用：利用彎曲要素表和疊加原理，求解各種形式的單跨梁的彎曲要素，并畫出彎矩圖和剪力圖。

  (五)剪應力對梁彎曲變形的影響(次重點)

  (六) 梁的復雜彎曲(次重點)

  識記：復雜彎曲的定義，復雜彎曲的微分方程式，初參數(shù)解，撓曲線通用方程式，輔助函數(shù)。

  理解：復雜彎曲時剪力與撓度的微分關系與梁在橫力彎曲時是不同的。復雜彎曲時梁的彎曲要素表及疊加原理應用的條件。軸向力對梁彎曲要素的影響。

  應用：求解復雜彎曲梁的彎曲要素，為板的彎曲作理論準備。

  (七) 彈性基礎梁的彎曲(不要求)

  力法

  一、學習目的與要求

  力法是計算超靜定結構的最基本的經(jīng)典方法。通過對本章的學習，應掌握超靜定結構的組成和超靜定次數(shù)的確定，力法的基本原理及典型方程。并應用力法來解決各類典型結構的計算，例如：剛性支座上連續(xù)梁與不可動節(jié)點簡單剛架的計算，對某些結構簡化出彈性支座與彈性固定端，彈性支座上連續(xù)梁的計算，簡單板架的計算等等。

  二、考核知識點與考核目標

  (一) 超靜定結構的組成與超靜定次數(shù)的確定(次重點)

  識記：靜定結構，超靜定結構，多余聯(lián)系，多余約束力，超靜定結構的幾何組成特征，靜力特征。超靜定次數(shù)，確定超靜定次數(shù)的基本方法。

  理解：同一超靜定結構可用不同的方法去掉多余聯(lián)系得到不同的靜定結構。

  應用：對各種結構判定其超靜定次數(shù)。

  (二) 力法的基本原理及典型方程(重點)

  識記：力法的基本結構，變形協(xié)調條件，力法的基本原理，力法方程組，主系數(shù)、副系數(shù)的特點和內涵。

  理解：力法方程組的建立，形成力法方程組的一般規(guī)律。

  應用：用力法解超靜定結構。

  (三)簡單剛架計算(重點)

  識記：剛性支座上連續(xù)梁，三彎矩方程，剛架，簡單剛架，復雜剛架，不可動節(jié)點剛架，不可動節(jié)點簡單剛架。

  理解：結構和載荷的對稱性的利用。特殊結構和載荷的連續(xù)梁可簡化為單跨梁。

  應用：用三彎矩方程解連續(xù)梁和簡單剛架。

  (四) 彈性支座與彈性固定端的實際概念(次重點)

  識記：彈性支座與彈性固定端的實際概念，簡化的條件。

  理解：利用彈性支座與彈性固定端的定義得到柔性系數(shù)。

  應用：讀懂教材例題，能對某些具備簡化條件的結構進一步簡化。

  (五) 彈性支座上連續(xù)梁計算(次重點)

  識記：彈性支座上連續(xù)梁，五彎矩方程。

  理解：此類問題要考慮支座處的撓度。

  應用：解簡單的彈性支座上的連續(xù)梁。

  (六)簡單板架計算(一般)

  識記：主向梁，交叉構件，板架。

  理解：載荷的傳遞，相交節(jié)點撓度相等條件。

  應用：簡單板架計算。

  位移法

  一、學習目的與要求

  位移法是計算超靜定結構的一種基本方法。通過對本章的學習，應掌握位移法的基本原理及典型方程。并應用位移法來解決各類典型結構的計算，例如：梁及桿系的位移法計算等等。

  二、考核知識點與考核目標

  位移法原理(重點)

  識記：位移法的基本原理，位移法的符號規(guī)定，位移法的基本方程式，彎曲桿元的剛度方程，剛度系數(shù)，主系數(shù)、副系數(shù)的涵義。

  理解：梁元節(jié)點位移引起的梁端力，固端剪力，固端彎矩。

  應用：位移法解不可動節(jié)點剛架和梁結構。

  位移法在桿系結構中的應用(重點)

  識記：桿系結構。

  應用：位移法解典型桿系結構。

  矩陣位移法

  一、學習目的與要求

  本章介紹了位移法的基本原理，還介紹了矩陣位移法及其應用。解決大型桿系結構問題，位移法比力法更具有優(yōu)勢。通過對本章的學習，掌握位移法的基本原理，建立位移法的典型方程。在此基礎上，把位移法分析桿系結構的全過程以矩陣形式表達，形成矩陣位移法，借助計算機編程計算可解大型桿系結構的力學分析問題。要求學生著重掌握位移法的基本原理。了解矩陣位移法計算桿系結構的一般步驟。

  二、考核知識點與考核目標

  (一) 矩陣位移法基本概念(重點)

  識記：把位移法變?yōu)榫仃囄灰品?，?jié)點位移向量(列矩陣)，桿端力向量，彎曲桿元的剛度矩陣。結構坐標系，桿元坐標系。節(jié)點的自由度數(shù)，矩陣位移法主要包括的內容。

  理解：節(jié)點的位移分量(自由度數(shù))，支座約束的處理問題。

  應用：把結構化為矩陣位移法計算圖形

  (二) 桿元的基本類型(重點)

  識記：基本桿元的類型

  理解：桿元分類的依據(jù)。

  (三)桿單元剛度矩陣(次重點)

  識記：剛度矩陣的性質，組合變形桿元，桿元固端力，

  理解：剛度矩陣的性質，由基本桿元合并成組和變形桿元。

  應用：各種桿元在桿元坐標系中的剛度方程，剛度矩陣。

  (四)結構剛度矩陣(次重點)

  識記：結構節(jié)點平衡方程組，結構剛度矩陣，結構節(jié)點外載荷向量。

  理解：結構剛度矩陣的性質，整體裝配。

  (五)節(jié)點載荷和約束處理(次重點)

  識記：節(jié)點載荷，彈性約束、強迫位移的處理方法。

  理解：為什么這樣處理。

  (六) 坐標轉換(次重點)

  識記：坐標轉換關系，力和位移的坐標轉換，桿元剛度矩陣的坐標轉換。

  理解：為什么要坐標轉換

  (八)矩陣法的程序實現(xiàn)(一般)

  理解：矩陣法的程序結構

  能量原理

  一、學習目的與要求

  本章是變形固體力學的能量原理。通過對本章的學習，應掌握應用能量原理來計算各種桿系結構，為結構有限單元分析方法打下理論基礎。

  二、考核知識點與考核目標

  (一) 應變能(重點)

  識記：應變能，線彈性情況桿件應變能的計算公式，拉(壓)、扭、彎、剪應變能，彈性支座和彈性固定端應變能。

  理解：應變能的物理意義。

  應用：桿件的應變能計算。

  (二) 虛位移原理(重點)

  識記：虛位移，虛功，虛變形，虛應變能，虛位移原理，虛位移原理的表達式，最小勢能原理。

  理解：虛位移原理，最小勢能原理。

  應用：上述原理的應用，基于虛位移原理的近似解法。

  平面應力問題的有限元法

  一、學習目的與要求

  本章是有限單元法概念及其解題方法。有限單元法被公認為應力分析的有效工具，因此，通過對本章的學習，要求了解有限單元法的基本概念、處理方法和解題過程。本章初看起來公式、符號，推導一大篇，似乎很嚇人，但自學者只要按照本章的節(jié)號，耐心細心的讀下去，必然有所收獲，再讀一遍，收獲更多，如此反復，必能掌握其精髓，站到高處，一覽眾山小。

  二、考核知識點與考核目標

  (一) 平面應力問題及其基本方程式(次重點)

  識記：平面應力，應力分量，應變分量，位移分量，平衡微分方程式，幾何方程式，物理方程式，邊界條件方程式

  理解：應變協(xié)調方程式，圣維南原理，兩種邊界條件。

  (二)三角形單元的位移函數(shù)(次重點)

  識記：節(jié)點位移和節(jié)點力，位移函數(shù)，單元的應變與應力，單元剛度矩陣，收斂準則。

  理解：單元剛度矩陣的一般表達式，收斂準則。

  (三)單元平衡方程(一般)

  識記：單元的應變能，單元的外力勢能與等效節(jié)點力，單元的總勢能泛函和最小勢能原理

  理解：單元剛度矩陣的性質，等效節(jié)點力計算

  (四)結構剛度矩陣和位移邊界條件的引入(一般)

  識記：位移邊界條件。

  理解：結構剛度矩陣，虛功等效原則。

  (五)解題過程(一般)

  識記：解題過程：計算模型，單元分析，整體裝配，約束處理，位移向量，單元應力，整理計算結果。

  理解：例題。

  薄板的彎曲理論

  一、學習目的與要求

  本章討論的對象是承受垂直板面載荷的矩形薄板的彎曲。通過學習，要求學生掌握薄板小撓度橫力彎曲時的變形、內力和應力，薄板小撓度復雜彎曲時的變形、內力和應力。大撓度彎曲時的變形、內力和應力，薄板小撓度彎曲理論及其解法。為船舶與海洋工程結構中板與板梁的設計，為一般工程結構中板的設計計算打下理論基礎。

  二、考核知識點與考核目標

  (一) 概述和三維彈性體基本方程(次重點)

  識記：薄板，船體中的板，薄板彎曲理論的基本假定。幾何方程，物理方程。

  理解：幾何方程，物理方程。

  (二)小撓度薄板彎曲微分方程(重點)

  識記：薄板小撓度彎曲定義?；炯僭O，薄板撓曲面彎曲微分方程式，邊界條件。

  理解：薄板撓曲面彎曲微分方程式推導中的力學量之間的關系。

  應用：板邊的邊界條件的各種寫法與組合。

  (三)小撓度薄板彎曲的解(次重點)

  識記：納維葉解法，李維解法，應用疊加原理的解法。

  理解：各種解法的條件和過程，結論。

  (四)小撓度薄板彎曲的有限元法(一般)

  識記： 節(jié)點位移與節(jié)點力，位移模式， 單元應變與應力， 單元剛度矩陣與結構剛度矩陣，

  理解：載荷處理

  (五)小撓度薄板彎曲的能量解法(一般)

  識記： 小撓度薄板的彎曲應變能

  理解： 用李茲法解小撓度薄板的彎曲問題

  (六) 矩形薄板的筒形彎曲(重點)

  識記：發(fā)生筒形彎曲的條件，板條梁，筒形彎曲板條梁的變形特點。薄板的彎曲剛度。板的筒形橫彎曲，板的筒形復雜彎曲，板的筒形大撓度彎曲。中面力，支撐系數(shù)，剛性板，柔性板。

  理解：三類筒形彎曲薄板的微分方程及其解。。

  應用：計算筒形彎曲板的彎曲要素。

  桿及板的穩(wěn)定性

  一、學習目的與要求

  本章是受壓桿及板的穩(wěn)定性的基本理論，為研究解決薄壁結構的穩(wěn)定性問題打下理論基礎。通過學習，要求學生掌握結構失穩(wěn)的基本概念、求出結構的臨界壓力或臨界載荷。掌握計算船體板、船體骨材及甲板結構的穩(wěn)定性臨界載荷。為船體強度與結構設計研究解決穩(wěn)定性問題作準備。

  二、考核知識點與考核目標

  (一) 概述(重點)

  識記：失穩(wěn)現(xiàn)象，臨界載荷。

  理解：結構失穩(wěn)也是一種破壞形式。

  (二)有限自由度體系的穩(wěn)定性計算(重點)

  理解：靜力法，能量法

  (二)單跨梁的穩(wěn)定性(重點)

  識記：解析法，中性平衡微分方程，失穩(wěn)形狀。壓桿的穩(wěn)定性方程式。歐拉力，臨界力。

  理解：歐拉力和臨界力的涵義。

  應用：利用靜力法及能量法求歐拉力或臨界力。

  (五) 板的中性平衡微分方程式及其解(一般)

  識記：板的穩(wěn)定性問題，板的中性平衡微分方程式的構成規(guī)律和涵義。

  理解：板的彎曲剛度，穩(wěn)定性與板的哪些要素有關。

  應用：四邊自由支持單向受壓板的解

  第三部分 有關說明與實施要求

  一、考核的能力層次表述

  本大綱在考核目標中，按照“識記”“理解”“應用”三個能力層次規(guī)定其應達到的能力層次要求。各能力層次要求為遞進等級關系，后者必須建立在前者的基礎上，其含義是：

  識記：要求考生能夠對大綱中的知識點，如定義、公式、定理、性質、法則等有清晰準確的認識和表述，并能做出正確的判斷與選擇。

  理解：在識記的基礎上，要求考生能夠對大綱中的概念、定理、公式、法則等有一定的理解，清楚它與有關知識點的聯(lián)系與區(qū)別，并能做出正確的表述和解釋。

  應用：要求考生對大綱中的概念、定理、公式、法則等熟悉和理解的基礎上，能解決簡單的計算、證明或應用問題，也可運用多個知識點，分析、計算或推導解決稍復雜的一些問題。

  二、教材

  指定教材：《船舶結構力學》   劉虓 主編，華南理工大學出版社，2010年6月出版。

  三、自學方法指導

  1、在開始閱讀指定教材某一章之前，先翻閱大綱中有關這一章的考核知識點及對知識點的能力層次要求和考核目標，以便在閱讀教材時做到心中有數(shù)，有的放矢。

  2、閱讀教材時，要逐段細讀，逐句推敲，集中精力，吃透每一個知識點，對基本概念必須深刻理解，對基本理論必須徹底弄清，對基本方法必須牢固掌握。

  3、在自學過程中，既要思考問題，也要做好閱讀筆記，把教材中的基本概念、原理、方法等加以整理，這可從中加深對問題的認知、理解和記憶，以利于突出重點，并涵蓋整個內容，可以不斷提高自學能力。

  4、完成書后作業(yè)和適當?shù)妮o導練習是理解、消化和鞏固所學知識，培養(yǎng)分析問題、解決問題及提高能力的重要環(huán)節(jié)，在做練習之前，應認真閱讀教材，按考核目標所要求的不同層次，掌握教材內容，在練習過程中對所學知識進行合理的回顧與發(fā)揮，注重理論聯(lián)系實際和具體問題具體分析，解題時應注意培養(yǎng)邏輯性，針對問題圍繞相關知識點進行層次(步驟)分明的論述或推導，明確各層次(步驟)間的邏輯關系。

  四、對社會助學的要求

  1、應熟知考試大綱對課程提出的總要求和各章的知識點。

  2、應掌握各知識點要求達到的能力層次，并深刻理解對各知識點的考核目標。

  3、輔導時，應以考試大綱為依據(jù)，指定的教材為基礎，不要隨意增刪內容，以免與大綱脫節(jié)。

  4、輔導時，應對學習方法進行指導，宜提倡"認真閱讀教材，刻苦鉆研教材，主動爭取幫助，依靠自己學通"的方法。

  5、輔導時，要注意突出重點，對考生提出的問題，不要有問即答，要積極啟發(fā)引導。

  6、注意對應考者能力的培養(yǎng)，特別是自學能力的培養(yǎng)，要引導考生逐步學會獨立學習，在自學過程中善于提出問題，分析問題，做出判斷，解決問題。

  7、要使考生了解試題的難易與能力層次高低兩者不完全是一回事，在各個能力層次中會存在著不同難度的試題。

  關于命題考試的若干規(guī)定

  1、本大綱各章所提到的內容和考核目標都是考試內容。試題覆蓋到章，適當突出重點。

  2、試卷中對不同能力層次的試題比例大致是：“識記”為 40%, “理解”為 40%，“應用”為 20%。

  3、試題難易程度應合理：易、較易、較難、難比例為3：3：3：1.

  4、每份試卷中，各類考核點所占比例約為：重點占65%，次重點占25%，一般占10%。

  5、試題類型一般分為：填空題，名詞解釋，簡答題，選擇題，判斷說明題，計算題等。

  6、考試采用閉卷筆試，考試時間為150分鐘，采用百分制評分，60分合格。

  六、題型示例

  （一）填空題

  1. 支承于彈性基礎上的梁稱之為              。

  （二）名詞解釋

  彈性固定端

  （三）簡答題

  在什么情況下可以用疊加原理來計算結構上受到幾種不同載荷作用時的彎曲要素?

  （四）選擇題

  1.虛力原理是結構變形協(xié)調的

  A、必要條件        B、充分條件        C、必要和充分條件        D、既不必要也不充分的條件

  （五）判斷說明題

  1.卡氏第一定理僅適用于線性彈性體系，此結論對嗎?為什么?

  （六）計算題

  1.欲使圖示梁

,試計算彈性支座柔性系數(shù)A應為多少?