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2015年中科院成都山地灾害与环境研究所085213建筑与土木工程考研大纲

考研时间: 2014-08-20 来源:查字典考研网

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中科院研究生院硕士研究生入学考试

《材料力学》考试大纲

本材料力学考试大纲适用于中国科学院研究生院力学类的硕士研究生入学考试。材料力学是力学类各专业的一门重要基础理论课,本科目的考试内容包括材料力学的基本概念,轴向拉伸与压缩,剪切与扭转,弯曲内力,弯曲应力,弯曲变形,截面几何性质,应力和应变分析与强度理论,组合变形,能量方法,压杆稳定等部分。要求考生能熟练掌握材料力学的基本理论,具有分析和处理一些基本问题的能力。

一、考试内容:

(一)材料力学概述:

变形体,各向同性与各向异性弹性体,弹性体受力与变形特征;基本假设;工程结构与构件,杆件受力与变形的几种主要形式;用截面法求指定截面内力。

(二)轴向拉伸与压缩:

轴向拉压杆的内力、轴力图,横截面和斜截面上的应力,轴向拉压的应力、变形,轴向拉压的强度计算,轴向拉压的超静定问题,装配应力和热应力问题;轴向拉压时材料的力学性质。

(三)剪切与扭转:

剪力和弯矩的计算与剪力图和弯矩图;载荷集度、剪力和弯矩间的微分关系及应用;连接件剪切面的判定,切应力的计算;切应力互等定理和剪切虎克定律;外力偶矩的计算、扭矩和扭矩图;圆轴扭转时任意截面的扭矩,扭转切应力,圆轴扭转时任意两截面的相对扭转角,开口与闭口薄壁杆件扭转切应力及切应力分布,剪力流的概念;矩形截面杆件最大扭转切应力及切应力分布;圆及环形截面的极惯性矩及抗扭截面模量的计算。

(四)弯曲内力:

剪力和弯矩的计算,剪力图和弯矩图,载荷集度、剪力和弯矩间的微分关系及应用。

(五)弯曲应力:

弯曲正应力及正应力强度的计算,直梁横截面上的正应力、切应力,开口薄壁杆件弯曲,弯曲中心的位置,截面上切应力分布,弯曲剪应力及剪应力强度计算,组合梁的弯曲强度,提高弯曲强度的措施。

(六)弯曲变形

挠曲线微分方程,用积分法求弯曲变形,用叠加法求弯曲变形,解简单静不定梁,梁的刚度条件。

(七)截面几何性质

静矩、形心、惯性矩、惯性半径、惯性积,简单截面惯性矩和惯性积计算;转轴和平行移轴公式;转轴公式、形心主轴和形心主惯性矩;组合截面的惯性矩和惯性积计算。

(八)应力和应变分析与强度理论

应力状态,主应力和主平面的概念,二向应力状态的解析法和图解法;计算斜截面上的应力、主应力和主平面的方位;三向应力状态的应力圆画法;掌握单元体最大剪应力计算方法;各向同性材料在一般应力状态下的应力一应变关系,广义胡克定律,各向同性材料各弹性常数之间的关系;一般应力状态下的应变能密度,体积改变能密度与畸变能密度;四种常用的强度理论,莫尔强度理论。

(九)组合变形

组合变形和叠加原理;拉压与弯曲组合变形杆的应力和强度计算;斜弯曲;偏心压缩;扭转与弯曲组合变形下,圆轴的应力和强度计算;组合变形的普遍情况。

(十)能量方法

掌握变形能(外力功)的普遍表达式,杆件变形能的计算;势能及其驻值原理;虚功原理、卡氏定理、莫尔定理、图形互乘法及其应用;用能量方法解超静定问题;功的互等定理和位移互等定理。

(十一)压杆稳定

压杆稳定的概念;常见约束下细长压杆的临界压力、欧拉公式;压杆临界应力以及临界应力总图;压杆失效与稳定性设计准则;压杆失效的不同类型,压杆稳定计算;中柔度杆临界应力的经验公式;提高压杆稳定的措施。

(十二)动载荷

惯性力的概念;

冲击的概念。

(十三)疲劳

交变应力和疲劳极限的概念。

二、考试要求

(一)材料力学概述:

1.深入理解并掌握变形体,各向同性与各向异性弹性体等概念;

2.深入理解并掌握弹性体受力与变形特征;

3.熟练掌握用截面法求截面内力;

4.了解杆件受力与变形的几种主要形式。

(二)轴向拉伸与压缩:

1.深入理解并掌握轴向拉压杆的内力、轴力图,横截面和斜截面上的应力;

2.熟练掌握轴向拉压的应力、变形;

3.理解并掌握轴向拉压的强度计算;

4.掌握轴向拉压的超静定问题;

5.了解轴向拉压时材料的力学性质。

(三)剪切与扭转:

1.熟练掌握剪力和弯矩的计算与剪力图和弯矩图。

2.深入理解载荷集度、剪力和弯矩间的微分关系及应用;

3.熟练掌握连接件剪切面的判定,切应力的计算;

4.深刻理解切应力互等定理和剪切虎克定律;

5.理解并掌握外力偶矩的计算、扭矩和扭矩图;

6.理解并掌握圆轴扭转时任意截面的扭矩,扭转切应力,绘出扭转切应力的方向;

7.熟练掌握圆轴扭转时任意两截面的相对扭转角,求圆轴单位长度上最大扭转角;

8.了解开口与闭口薄壁杆件扭转切应力及切应力分布;

9.理解并掌握矩形截面杆件最大扭转切应力及切应力分布;

10.熟练掌握圆截面的极惯性矩及抗扭截面模量的计算。

(四)弯曲内力:

1.理解并掌握剪力和弯矩的计算及剪力图和弯矩图;

2.熟练掌握载荷集度、剪力和弯矩间的微分关系及应用。

(五)弯曲应力

1.理解并掌握弯曲正应力及正应力强度的计算,直梁横截面上的正应力、切应力;

2.理解并掌握开口薄壁杆件弯曲,弯曲中心的位置,截面上切应力分布;

3.熟练掌握弯曲剪应力及剪应力强度计算;

4.熟练掌握组合梁的弯曲强度;

5.了解提高弯曲强度的措施。

(六)弯曲变形

1.熟练掌握挠曲线微分方程;

2.熟练掌握用积分法求弯曲变形;

3.熟练掌握用叠加法求弯曲变形;

4.理解并掌握解简单静不定梁;

5.理解并掌握梁的刚度条件。

(七)截面几何性质

1.理解并掌握静矩、形心、惯性矩、惯性半径、惯性积,简单截面惯性矩和惯性积计算;

2.熟练掌握转轴和平行移轴公式;

3.熟练掌握转轴公式、形心主轴和形心主惯性矩;

4.熟练掌握组合截面的惯性矩和惯性积计算。

(八)应力和应变分析与强度理论

1.深入理解应力状态,主应力和主平面的概念

2.熟练掌握二向应力状态的解析法和图解法计算斜截面上的应力、主应力和主平面的方位;

3.熟练掌握三向应力状态的应力圆画法,掌握单元体最大剪应力计算方法;

4.理解并掌握各向同性材料在一般应力状态下的应力一应变关系,广义胡克定律,各向同性材料各弹性常数之间的关系,一般应力状态下的应变能密度,体积改变能密度与畸变能密度;

5.理解并掌握四种常用的强度理论。

(九)组合变形

1.理解并掌握组合变形和叠加原理;

2.熟练掌握拉压与弯曲组合变形杆的应力和强度计算;

3.熟练掌握斜弯曲问题的概念和求解;

4.熟练掌握偏心压缩问题的概念和求解;

5.熟练掌握扭转与弯曲组合变形下,圆轴的应力和强度计算;

6.理解并掌握组合变形的普遍情况。

(十)能量方法

1.熟练掌握杆件变形能的计算;

2.理解并掌握卡氏定理、莫尔定理、图形互乘法及其应用;

3.掌握用能量方法解超静定问题;

4.理解并掌握功的互等定理和位移互等定理。

(十一)压杆稳定

1.理解并掌握压杆稳定的概念;

2.理解并掌握常见约束下细长压杆的临界压力、欧拉公式;

3.理解并掌握压杆临界应力以及临界应力总图;

4.熟练掌握压杆失效与稳定性设计准则:压杆失效的不同类型,压杆稳定计算;

5.掌握中柔度杆临界应力的经验公式;

6.了解提高压杆稳定的措施。

(十二)动载荷

1.理解并掌握惯性力和动荷系数的概念及计算方法;

2.理解并掌握冲击的概念及计算方法。

(十三)疲劳

1.理解并掌握交变应力的概念;

2.理解并掌握疲劳极限的概念。

三、主要参考书目:

1.孙训方,方孝淑,关来泰编,《材料力学》,高等教育出版社,1998年。

2.刘鸿文主编,《材料力学》,高等教育出版社,1996年。

3.赵志岗主编,《材料力学》,天津大学出版社,2001年。

4.龚志钰李章政主编,《材料力学》,科学出版社,1999年。

硕士研究生入学考试

《土力学》考试大纲

《土力学》是土木工程的专业基础课程之一。与之紧密相关的课程《地基基础》、《土力学与地基基础》则是土木工程某些专业的专业课。包括两大部分内容:(1)土的基本物理力学性质,如土的物理性质、渗透性、土中应力、变形特性、抗剪强度。(2)土工结构物的主要计算,如土压力、土坡稳定分析、地基承载力、基础工程、地基处理。

一、考试内容

1.土的物理性质

(1)基本名词与定义

土、土力学、地基、基础、土的风化、不均匀系数、曲率系数。

界限含水量ωL、ωP、ωS、塑性指数、液性指数、活动性、相对密度。

(2)土粒、水、空气三相

(a)土粒分布、级配。(b)三种水:结晶水、结合水(薄膜水)、自由水。(c)土中气体的物态

(3)土的物理性质

(a)无粘性土的相对密度,孔隙比。

(b)粘性土的调度液塑性指明

(4)三相图及物理指标

(a)熟练绘制三相图、单位三相图

(b)3个体积、6个重量,共9个物理指标的三种计算方法:即公式套算法:据单位三相图计算法;据三相中三个体积、两重量计算法;(c)9个物理指标的推证。

(5)土的工程分类

(a)先分为粗细粒土,对粗粒土定名12个,对细粒土依据ωL、IP在塑性图分类定名。(b)特殊土分类:黄土、红土、膨胀土、杂填土、软土、垃圾。

2.土中应力

(1)基本名词与意义

土中应力为自重应力、附加应力、渗透力。

基低压力、附加基底压力、有效应力、总应力、孔隙水压力、持力层、下卧层、应力集中与分散、应力跑。

(2)自重应力计算

自重应力是有效应力,地下水位以下为浮容量,不透水界面(岩石、不透水土)上下发生突变。

(3)附加应力

依据弹性理论进行计算

(a)先计算基底压力、影响基底压力的三个因素:荷载(大小、型式、方向),基础(尺寸、型式、刚度、埋深),地基土性质。

(b)空间问题

即基础长度L与宽度之经小于5时作为空间问题计算,反之作为平面问题计算。

所有计算公式均较长,不必记背。

只能计算角点下的附加应力,均由5个符号组成,σZ、ρ、L、B、Z,主要是附加应力系数k的计算及代数叠加。难点是三角形荷载外某点σZ计算。

(c)平面问题

可直接计算(查表k值)荷载外任意点的应力。

(4)计算误差

地基土上软下硬(E1<E2)将产生应力集中,反之应力扩散。成层土地基(即各向异性地基)一般产生集中。

(5)有关问题

了解或掌握感应图计算方法。

3.土的渗透性

(1)基本名词与定义

渗透性、渗透力、流土、管涌、接触流土、接触冲刷、临界水力坡降、允许水力坡降。

(2)达西定律

U=Ki、q=KiA均为达西定律表达式。渗透系数k是坡降I=1时的流速。记住砂土、粘土、卵砾石各自k的变化范围。

(3)渗流下的应力状态

推导渗流向上向下的应力状态,并画总应力σ、孔隙水压力u、有效应力σ′图。

(4)土的渗透稳定性

四种典型的渗透破坏型式,各自产生的环境条件。

(5)k的影响因素

土粒大小与级配、密度、水、气体。推导成层土的Kx、Ky。(a)推导Kx时用了二个物理概念,即各层土流量qi之和等qx,以及各层土水力坡降ii总流量相等。(b)Ky的推导也用了二个物理概念,即各层土流量相等,以及各层土水头损失之和等于总的水头损失。

(6)推导常水头及变水头试验的渗透系数k的计算式。

4.土的压缩性及地基变形计算

(1)基本名词与定义

侧限压缩、压缩系数av、压缩指明Cc、压缩模量Es、变形模量E、弹性模量E、体积压缩系数mv、av与Es判别土的压缩性侧面系数ko、侧胀系数μ(即泊松比)、先期固结压力、超固结比OCR、固结度、固结系数Cv、时间因数Tv。

(2)土的压缩性

忽略孔隙水及土粒体积的压缩量,土的压缩是孔隙体积的减小。

压缩量随时间增长的过程称为固结,当有效应力等于压缩应力以后的变形称为次固结。e-p曲线上每点的物理意义是该压力P作用下压缩稳定以后对应的孔隙比e。

推导单向压缩公式

(压缩前后土粒体积不变)。熟练掌握由以上各式计算土体压缩量。

推导e-p与e-logP曲线的增量与微分关系av与Cc的关系式。

推导μ~k0、E~Es的关系式。

(3)压缩量Si(沉降量)计算

(a)同e-p曲线计算Si的方法与步骤。

(b)由e-logp曲线计算Si的方法与步骤:确定pc、将试验曲线修复成现场压缩曲线、分OCR=1、>1、<1计算Si。

(4)太沙基-维渗流固结理论

推导饱和土体-维渗流方程,流出的水量等于孔隙体积的变化量,使用固结度Ut~Tv曲线计算St或t。掌握地基变形S与时间t的其它方法和表达式。了解其它二、三维固结理论。

5.土的抗剪强度

(1)基本名词与定义

抗剪强度、极限平衡状态、莫尔-库伦强度理论、直剪与三轴剪切的三个方法与名称、应力路径、灵敏度、触变性、残余强度、天然休止角。

(2)熟练绘制τf-σ坐标系统的莫-库极限平衡状态,标出各点坐标及各线段尺寸,推导σ1=f(σ3,c,φ)或σ3=f(σ1,c,φ)极限平衡表达式,以及sinφ、1/2(σ1-σ3)等的极限平衡表达式,并用于土体受力状态。

(3)剪切试验

了解直剪和三轴剪切的基本原理和试验过程,掌握资料分析整理方法,推导十字板抗剪强度表达式。了解孔隙系数A、B物理意义及推导。

应力路径是某点应力在特定方向上的运动轨迹。了解直剪、三轴压缩、伸长、k0剪切等的应力路径。

(4)剪切特性

(a)无粘性土(砂性土)的应力应变曲线分为典型的硬化型(近似双曲线)和软化型、体积产生胀缩、孔压产生正负。

了解其强度或φ的构成因素。

(b)粘性土也具有砂性土的上述性质,但机理不同。

(5)抗剪强度的表达与取值

有总应力和有效应力强度指标两种表达方式。

使用总应力强度指标时,须根据情况选择相应的直剪和三轴剪切的指标。

(6)本构关系

掌握线弹性及非线弹性本构关系,推导邓肯-张模型的Et、μt表达式,深刻理解八个的物理力学意义。

6.填土的力学性质

(1)基本名词与定义

最优含水量、最大干密度、湿化、崩解。

(2)细粒土

击实特性与含水率紧密相关,理解干密度ρd~含水率ω的相关关系。影响击实性的因素有击实功N=f(落距H、锤重W、二者乘积的冲量、击锤面积)、土类。

掌握细粒土的渗透、压缩、剪切性质。了解细粒土的抗拉强度。

(3)粗粒土

粗粒土击实试验方法、性质、影响因素,试验级配处理方法。

在不同压力下的剪切性质,影响抗剪强度的主要因素。

粗粒土的湿化(软化)性质。

7.土压力

(1)基本名词与定义

土压力、主动土压力、被动土压力、静止土压力。

(2)土压力与位移的关系

位移为零,则是静止土压力P0、有位移则产生主动Pa或被动土压力Pp。三个大小顺序为Pp>P0>Pa。

(3)郞肯理论

首先假定墙背垂直、光滑、填平水平。

熟练掌握土压力计算方法、绘制土压力分布图、明确土压力的大小、方向及合力作用点。

所有土压力计算式均可写为P=rzk,即深度z的土压力为该点竖向荷载rz乘以土压力系数k。用这一概念计算压力简便、概念明确、不易出错。

地面荷载、地下水、成层土等的土压力计算。

(4)库伦理论

假定挡墙、滑体为刚体、滑动面为直线、填土为无粘性土(c=0)。熟悉库伦理论各力的要素,特别是墙背土压力的方向与作用点。了解考尔曼图解法、建筑地基规范推荐的公式。

(5)影响土压力的因素

从库伦理论入手P=f(墙背粗糙程度δ、墙背倾斜ε、墙后填土ε、c、φ、γ)。影响最大的φ、c。

减小土压力的措施也可以从上述因素着手,如减压平台、折线型墙背,利用土体压重等。特别是排水措施的设置,一方面因同墙高的水压力是主动土压力的三倍左右,另一方面降低了填土的c、φ值,可以理解为挡土墙不是被土推垮的,而是被水推垮的最好解释。

(6)新型支地挡结构

了解锚定板、土工织物挡土墙、板桩墙的荷载及受力特点,关心、了解并推广使用这些轻型、新型支挡结构。具体设计可参见相关专著。

8.土坡稳定性分析

(1)各种土坡可能滑动面的型式。

(2)无粘性土坡稳定分析的基本概念,有无渗流状况的稳定性计算式的推导。

(3)粘性土坡的稳定性分析以瑞典圆弧为基础,两个基本假定:滑动面是圆弧、滑动体是刚体。稳定安全系数的定义是抗滑力矩与滑动力矩之比。

(4)太沙基条分法再增加一个假定:条间力大小相等、方向相反,作用在同一条线上,即条间力为零的假定,推导太沙基公式。

(5)毕肖普引进了抗剪强度安全储备的概念,考虑了条间力。

(6)凡种常见情况的土坡签定性分析

坡顶开裂、成层土、坡面荷载、各运行工况、渗流、地震力。

(7)复合滑动面稳定分析的试算法工作量较大。

(8)土坡稳定性各种分析方法的优缺点及适用性,强度指标的合理选用。所有各种因素中,强度指标是最重要的。

9.地基承载力

(1)基本名词与定义

地基承载力、基本值、标准值、设计值、极限承载力、允许承载力、地基破坏的三种主要型式、沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜、临塑荷载。

(2)确定地基承载力有三类方法,熟记极限荷载的计算公式,该公式是一个通式,以该公式为基础,理解地基承载力的影响因素,并辅以汉森公式深入理解。

(3)掌握现场试验确定地基承载力的各种方法,按规范确定的是允许地基承载力,并应进行深宽修正。

(4)地基承载力问题讨论的结论是:各方法各公式之间没有明显的差别,而强度指标φ、c可以明显或成倍增减承载力。

10.桩基础

(1)桩基类型及分类。

(2)单桩竖向及水平承载力确定。

(3)群桩效应及承载力确定方法。

(4)负摩擦力及桩间土承载力。

11.地基基础设计及地基处理

(1)设计步骤、各阶段内容、目标、主要要求及提交的成果。

(2)基础型式、材料、尺寸、适用性、与地基共同作用时的设计程序(步骤)及各阶段要求。

(3)各种地基处理方法的原理及主要作用、适用情况。

(4)各种地基处理方法的设计步骤、施工程序。

二、复习方法与要点

(1)复习土力学宜整章或数节的连读与复习。

(2)动手绘图、推导,必须有适量的习题演练。

(3)试题可分为两大类:概念题与计算题。

(a)概念题

主要有名词解释、填空、是非判断题、选择题、简述、推证等。

名词解释要准确、简洁。填空的字数要少、准确。是非判断源于概念清晰和深刻理解,图文差别是"坎"或难点。选择题之间概念相近、图文差别小,要题、问结合予以选择。简述题宜层次清楚、文字简洁准确。推证同几何证明题,不能省去关键步骤,可辅以文字、符号说明。

(b)计算题

公式较长、难记的、计算量较大的题一般不会考。本课程可考的题有:

9个物理指标的推证与计算(前已述有三种方法)、土中应力(自重应力、附加应力)、沉降量计算(前述中有2~3个公式可考)、抗剪强度及极限平衡状态、土压力、地基承载力。

推证题既属概念题,又属计算题。前述内容中已列出可考推证题,宜动手推演。

(4)本课程有别于其它课程的主要特点是,章与章之间内容差别大。因此,不存在先易后难的考题布局,不要被前面的难题而耽误过多时间,答不上的题宜搁置一边,迅速向下继续答题。

(5)重复强调的是,本课程读懂以后,必须动手练题。

参考书目:☆962土力学:①《土力学》(第三版),杨进良,中国水利水电出版社,2006;②《地基及基础》(第三版),顾晓鲁,钱鸿缙等主编,中国建筑工业出版社,2003

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