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2021年湖北自考船舶结构力学课程考试大纲

来源: 整编:湖北自考网 发表时间:2021-01-12 10:55:12 【湖北自考网:湖北自学考试门户网】

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湖北省高等教育自学考试课程考试大纲
课程名称:船舶结构力学            课程代码:01228

第一部分 课程性质与目标
一、课程性质与特点

本课程研究的主要对象是船体结构中的杆件、杆系和板的弯曲及稳定性,系统地阐述了结构力学中的基本理论与方法----力法、位移法及能量原理。本课程是高等教育自学考试船舶与海洋工程专业的一门重要专业基础课。

2021年湖北自考船舶结构力学课程考试大纲

二、课程目标与基本要求
本课程的目标:学生通过该课程的学习,掌握结构力学的基本理论和方法,应用它们来解决船体结构中典型结构(杆系和板的弯曲及稳定性)的强度计算分析。还能处理一般工程结构中类似的力学问题。
本课程基本要求:
1.掌握建立船体结构计算模型的基本知识
2.掌握单跨梁的弯曲理论
3.掌握力法的基本原理和应用
4.掌握位移法和矩阵位移法的基本原理和应用
5.掌握能量原理及其应用
6.了解有限单元法的基本概念和解题过程
7.掌握矩形薄板的弯曲理论
8.掌握杆及板的稳定性概念,解答和应用
9.该课程理论性强,力学概念较难建立,涉及数学知识较多,学习和掌握有一定的困难。相比较而言,单跨梁的弯曲理论和板的弯曲理论是本课程的基本基础。力法,矩阵位移法,能量法部分偏重于原理和方法在结构分析中的应用。自学过程中应按大纲要求仔细阅读教材,切实掌握有关内容的基本概念、基本原理和基本方法。学习过程中遵循吃透原理、掌握计算方法、看懂教材例题,完成部分习题。不懂的地方要反复学,前、后联系起来学,要克服浮燥心理,欲速则不达,慢工出细活。从而达到学懂、学会、学熟,及应用它们来解决实际结构计算。
三、与本专业其他课程的关系
本课程是船舶与海洋工程专业的一门专业基础课,该课程应在修完学科基础课和相关的专业基础课后进行学习。
先修课程:高等数学,理论力学,材料力学,船体结构与海洋工程制图
后续课程:船体强度与结构设计

第二部分 考核内容与考核目标
第1章绪论
一、学习目的与要求
本章是对船舶结构力学总述性的概述。通过对本章的学习,明确船舶结构力学的内容与任务,是为了解决船体强度问题,结构力学研究的是船体结构的静力响应,即内力与变形,以及受压结构的稳定性问题。学习和掌握结构力学的基本原理与方法,经典的力法、位移法及能量原理。对船体结构及其简化成相应的力学计算图形有深刻的理解。
二、考核知识点与考核目标
(一)船舶结构力学的内容与任务(重点)
识记:船体强度的内容,船舶结构力学的内容。
理解:船舶结构力学与船体强度的联系。
应用:分析船体强度与变形及其他问题。
(二)船舶结构力学中的“带板”概念(次重点)
(三)船体结构的计算图形(重点)
识记:计算图形,典型的船体结构计算图形(人工计算:四种。计算机计算:空间杆系结构和板、梁组合结构。)
理解:船体结构计算图形简化的内涵和简化过程。
应用:实际船体结构简化为与计算方法相应的计算图形。
第2章单跨梁的弯曲理论
一、学习目的与要求
本章是结构力学的理论基础。通过对本章的学习,应掌握三类梁的弯曲微分方程的建立及其通解,着重掌握梁的支座和边界条件,着重掌握梁的弯曲要素表和叠加原理的灵活应用。
二、考核知识点与考核目标
(一)梁的弯曲微分方程式及其通解(重点)
识记:梁,单跨梁,梁的挠曲线,符号规定,平衡条件,等截面直梁的弯曲微分方程式。梁的弯曲要素,梁端的弯曲要素,初参数法,梁的挠曲线通用方程式。
理解:梁的微段上弯曲要素间的微分关系。理解通用方程式(2-8)
应用:通用方程式(2-8)
(二) 梁的支座和边界条件(重点)
识记:边界条件的概念,自由支持,刚性固定,弹性支座,弹性固定端,柔性系数,刚性系数的含义。
理解:不同的支座用相应的边界条件来表达,支座和边界条件的内涵。
应用:利用边界条件和通用方程(2-8),来求解相应的单跨梁挠曲线方程及其他弯曲要素。
(三) 船体骨材几何要素的计算(重点)
(四) 梁的弯曲要素表及应力计算(重点)
识记:弯曲要素表的应用,叠加原理,叠加求弯曲要素时的技巧。
理解:叠加原理解题的全过程,叠加法画弯矩图和剪力图。
应用:利用弯曲要素表和叠加原理,求解各种形式的单跨梁的弯曲要素,并画出弯矩图和剪力图。
(五)剪应力对梁弯曲变形的影响(次重点)
(六) 梁的复杂弯曲(次重点)
识记:复杂弯曲的定义,复杂弯曲的微分方程式,初参数解,挠曲线通用方程式,辅助函数。
理解:复杂弯曲时剪力与挠度的微分关系与梁在横力弯曲时是不同的。复杂弯曲时梁的弯曲要素表及叠加原理应用的条件。轴向力对梁弯曲要素的影响。
应用:求解复杂弯曲梁的弯曲要素,为板的弯曲作理论准备。
(七) 弹性基础梁的弯曲(不要求)
第3章力法
一、学习目的与要求
力法是计算超静定结构的最基本的经典方法。通过对本章的学习,应掌握超静定结构的组成和超静定次数的确定,力法的基本原理及典型方程。并应用力法来解决各类典型结构的计算,例如:刚性支座上连续梁与不可动节点简单刚架的计算,对某些结构简化出弹性支座与弹性固定端,弹性支座上连续梁的计算,简单板架的计算等等。
二、考核知识点与考核目标
(一) 超静定结构的组成与超静定次数的确定(次重点)
识记:静定结构,超静定结构,多余联系,多余约束力,超静定结构的几何组成特征,静力特征。超静定次数,确定超静定次数的基本方法。
理解:同一超静定结构可用不同的方法去掉多余联系得到不同的静定结构。
应用:对各种结构判定其超静定次数。
(二) 力法的基本原理及典型方程(重点)
识记:力法的基本结构,变形协调条件,力法的基本原理,力法方程组,主系数、副系数的特点和内涵。
理解:力法方程组的建立,形成力法方程组的一般规律。
应用:用力法解超静定结构。
(三)简单刚架计算(重点)         
识记:刚性支座上连续梁,三弯矩方程,刚架,简单刚架,复杂刚架,不可动节点刚架,不可动节点简单刚架。
理解:结构和载荷的对称性的利用。特殊结构和载荷的连续梁可简化为单跨梁。
应用:用三弯矩方程解连续梁和简单刚架。
(四) 弹性支座与弹性固定端的实际概念(次重点)
识记:弹性支座与弹性固定端的实际概念,简化的条件。
理解:利用弹性支座与弹性固定端的定义得到柔性系数。
应用:读懂教材例题,能对某些具备简化条件的结构进一步简化。
(五) 弹性支座上连续梁计算(次重点)
识记:弹性支座上连续梁,五弯矩方程。
理解:此类问题要考虑支座处的挠度。
应用:解简单的弹性支座上的连续梁。
(六)简单板架计算(一般)
识记:主向梁,交叉构件,板架。
理解:载荷的传递,相交节点挠度相等条件。
应用:简单板架计算。
第4章位移法
一、学习目的与要求
位移法是计算超静定结构的一种基本方法。通过对本章的学习,应掌握位移法的基本原理及典型方程。并应用位移法来解决各类典型结构的计算,例如:梁及杆系的位移法计算等等。
二、考核知识点与考核目标
(一)位移法原理(重点)
识记:位移法的基本原理,位移法的符号规定,位移法的基本方程式,弯曲杆元的刚度方程,刚度系数,主系数、副系数的涵义。
理解:梁元节点位移引起的梁端力,固端剪力,固端弯矩。
应用:位移法解不可动节点刚架和梁结构。
(二)位移法在杆系结构中的应用(重点)
识记:杆系结构。
应用:位移法解典型杆系结构。
第5章矩阵位移法
一、学习目的与要求
本章介绍了位移法的基本原理,还介绍了矩阵位移法及其应用。解决大型杆系结构问题,位移法比力法更具有优势。通过对本章的学习,掌握位移法的基本原理,建立位移法的典型方程。在此基础上,把位移法分析杆系结构的全过程以矩阵形式表达,形成矩阵位移法,借助计算机编程计算可解大型杆系结构的力学分析问题。要求学生着重掌握位移法的基本原理。了解矩阵位移法计算杆系结构的一般步骤。
二、考核知识点与考核目标
(一) 矩阵位移法基本概念(重点)
识记:把位移法变为矩阵位移法,节点位移向量(列矩阵),杆端力向量,弯曲杆元的刚度矩阵。结构坐标系,杆元坐标系。节点的自由度数,矩阵位移法主要包括的内容。
理解:节点的位移分量(自由度数),支座约束的处理问题。
应用:把结构化为矩阵位移法计算图形
(二) 杆元的基本类型(重点)
识记:基本杆元的类型
理解:杆元分类的依据。
(三)杆单元刚度矩阵(次重点)
识记:刚度矩阵的性质,组合变形杆元,杆元固端力,
理解:刚度矩阵的性质,由基本杆元合并成组和变形杆元。
应用:各种杆元在杆元坐标系中的刚度方程,刚度矩阵。
(四)结构刚度矩阵(次重点)
识记:结构节点平衡方程组,结构刚度矩阵,结构节点外载荷向量。
理解:结构刚度矩阵的性质,整体装配。
(五)节点载荷和约束处理(次重点)
识记:节点载荷,弹性约束、强迫位移的处理方法。
理解:为什么这样处理。
(六) 坐标转换(次重点)
识记:坐标转换关系,力和位移的坐标转换,杆元刚度矩阵的坐标转换。
理解:为什么要坐标转换
(八)矩阵法的程序实现(一般)
理解:矩阵法的程序结构
第6章能量原理
一、学习目的与要求
本章是变形固体力学的能量原理。通过对本章的学习,应掌握应用能量原理来计算各种杆系结构,为结构有限单元分析方法打下理论基础。
二、考核知识点与考核目标
(一) 应变能(重点)
识记:应变能,线弹性情况杆件应变能的计算公式,拉(压)、扭、弯、剪应变能,弹性支座和弹性固定端应变能。
理解:应变能的物理意义。
应用:杆件的应变能计算。
(二) 虚位移原理(重点)
识记:虚位移,虚功,虚变形,虚应变能,虚位移原理,虚位移原理的表达式,最小势能原理。
理解:虚位移原理,最小势能原理。
应用:上述原理的应用,基于虚位移原理的近似解法。
第7章平面应力问题的有限元法
一、学习目的与要求
本章是有限单元法概念及其解题方法。有限单元法被公认为应力分析的有效工具,因此,通过对本章的学习,要求了解有限单元法的基本概念、处理方法和解题过程。本章初看起来公式、符号,推导一大篇,似乎很吓人,但自学者只要按照本章的节号,耐心细心的读下去,必然有所收获,再读一遍,收获更多,如此反复,必能掌握其精髓,站到高处,一览众山小。
二、考核知识点与考核目标
(一) 平面应力问题及其基本方程式(次重点)
识记:平面应力,应力分量,应变分量,位移分量,平衡微分方程式,几何方程式,物理方程式,边界条件方程式
理解:应变协调方程式,圣维南原理,两种边界条件。
(二)三角形单元的位移函数(次重点)
识记:节点位移和节点力,位移函数,单元的应变与应力,单元刚度矩阵,收敛准则。
理解:单元刚度矩阵的一般表达式,收敛准则。
(三)单元平衡方程(一般)
识记:单元的应变能,单元的外力势能与等效节点力,单元的总势能泛函和最小势能原理
理解:单元刚度矩阵的性质,等效节点力计算
(四)结构刚度矩阵和位移边界条件的引入(一般)
识记:位移边界条件。
理解:结构刚度矩阵,虚功等效原则。
(五)解题过程(一般)
识记:解题过程:计算模型,单元分析,整体装配,约束处理,位移向量,单元应力,整理计算结果。
理解:例题。
第8章薄板的弯曲理论
一、学习目的与要求
本章讨论的对象是承受垂直板面载荷的矩形薄板的弯曲。通过学习,要求学生掌握薄板小挠度横力弯曲时的变形、内力和应力,薄板小挠度复杂弯曲时的变形、内力和应力。大挠度弯曲时的变形、内力和应力,薄板小挠度弯曲理论及其解法。为船舶与海洋工程结构中板与板梁的设计,为一般工程结构中板的设计计算打下理论基础。
二、考核知识点与考核目标
(一) 概述和三维弹性体基本方程(次重点)
识记:薄板,船体中的板,薄板弯曲理论的基本假定。几何方程,物理方程。
理解:几何方程,物理方程。
(二)小挠度薄板弯曲微分方程(重点)
识记:薄板小挠度弯曲定义。基本假设,薄板挠曲面弯曲微分方程式,边界条件。
理解:薄板挠曲面弯曲微分方程式推导中的力学量之间的关系。
应用:板边的边界条件的各种写法与组合。
(三)小挠度薄板弯曲的解(次重点)
识记:纳维叶解法,李维解法,应用叠加原理的解法。
理解:各种解法的条件和过程,结论。
(四)小挠度薄板弯曲的有限元法(一般)
识记: 节点位移与节点力,位移模式, 单元应变与应力, 单元刚度矩阵与结构刚度矩阵,
理解:载荷处理
(五)小挠度薄板弯曲的能量解法(一般)
识记: 小挠度薄板的弯曲应变能
理解: 用李兹法解小挠度薄板的弯曲问题
(六) 矩形薄板的筒形弯曲(重点)
识记:发生筒形弯曲的条件,板条梁,筒形弯曲板条梁的变形特点。薄板的弯曲刚度。板的筒形横弯曲,板的筒形复杂弯曲,板的筒形大挠度弯曲。中面力,支撑系数,刚性板,柔性板。
理解:三类筒形弯曲薄板的微分方程及其解。。
应用:计算筒形弯曲板的弯曲要素。
第9章杆及板的稳定性
一、学习目的与要求
本章是受压杆及板的稳定性的基本理论,为研究解决薄壁结构的稳定性问题打下理论基础。通过学习,要求学生掌握结构失稳的基本概念、求出结构的临界压力或临界载荷。掌握计算船体板、船体骨材及甲板结构的稳定性临界载荷。为船体强度与结构设计研究解决稳定性问题作准备。
二、考核知识点与考核目标
(一) 概述(重点)
识记:失稳现象,临界载荷。
理解:结构失稳也是一种破坏形式。
(二)有限自由度体系的稳定性计算(重点)
理解:静力法,能量法
(二)单跨梁的稳定性(重点)
识记:解析法,中性平衡微分方程,失稳形状。压杆的稳定性方程式。欧拉力,临界力。
理解:欧拉力和临界力的涵义。
应用:利用静力法及能量法求欧拉力或临界力。
(五) 板的中性平衡微分方程式及其解(一般)
识记:板的稳定性问题,板的中性平衡微分方程式的构成规律和涵义。
理解:板的弯曲刚度,稳定性与板的哪些要素有关。
应用:四边自由支持单向受压板的解

第三部分 有关说明与实施要求
一、考核的能力层次表述
本大纲在考核目标中,按照“识记”“理解”“应用”三个能力层次规定其应达到的能力层次要求。各能力层次要求为递进等级关系,后者必须建立在前者的基础上,其含义是:
识记:要求考生能够对大纲中的知识点,如定义、公式、定理、性质、法则等有清晰准确的认识和表述,并能做出正确的判断与选择。
理解:在识记的基础上,要求考生能够对大纲中的概念、定理、公式、法则等有一定的理解,清楚它与有关知识点的联系与区别,并能做出正确的表述和解释。
应用:要求考生对大纲中的概念、定理、公式、法则等熟悉和理解的基础上,能解决简单的计算、证明或应用问题,也可运用多个知识点,分析、计算或推导解决稍复杂的一些问题。
二、教材
指定教材:《船舶结构力学》   刘虓 主编,华南理工大学出版社,2010年6月出版。
三、自学方法指导
1、在开始阅读指定教材某一章之前,先翻阅大纲中有关这一章的考核知识点及对知识点的能力层次要求和考核目标,以便在阅读教材时做到心中有数,有的放矢。
2、阅读教材时,要逐段细读,逐句推敲,集中精力,吃透每一个知识点,对基本概念必须深刻理解,对基本理论必须彻底弄清,对基本方法必须牢固掌握。
3、在自学过程中,既要思考问题,也要做好阅读笔记,把教材中的基本概念、原理、方法等加以整理,这可从中加深对问题的认知、理解和记忆,以利于突出重点,并涵盖整个内容,可以不断提高自学能力。
4、完成书后作业和适当的辅导练习是理解、消化和巩固所学知识,培养分析问题、解决问题及提高能力的重要环节,在做练习之前,应认真阅读教材,按考核目标所要求的不同层次,掌握教材内容,在练习过程中对所学知识进行合理的回顾与发挥,注重理论联系实际和具体问题具体分析,解题时应注意培养逻辑性,针对问题围绕相关知识点进行层次(步骤)分明的论述或推导,明确各层次(步骤)间的逻辑关系。
四、对社会助学的要求
1、应熟知考试大纲对课程提出的总要求和各章的知识点。
2、应掌握各知识点要求达到的能力层次,并深刻理解对各知识点的考核目标。
3、辅导时,应以考试大纲为依据,指定的教材为基础,不要随意增删内容,以免与大纲脱节。
4、辅导时,应对学习方法进行指导,宜提倡"认真阅读教材,刻苦钻研教材,主动争取帮助,依靠自己学通"的方法。
5、辅导时,要注意突出重点,对考生提出的问题,不要有问即答,要积极启发引导。
6、注意对应考者能力的培养,特别是自学能力的培养,要引导考生逐步学会独立学习,在自学过程中善于提出问题,分析问题,做出判断,解决问题。
7、要使考生了解试题的难易与能力层次高低两者不完全是一回事,在各个能力层次中会存在着不同难度的试题。
8.助学学时:本课程共4学分,建议总课时72学时,其中助学课时分配如下:
章次    内容    学时
第1章1.1-1.3    船舶结构力学的研究对象和任务、“带板”、 计算模型和研究方法    2
第2章2.1    梁的弯曲微分方程式及其解    2
第2章2.2    梁的支座和边界条件    2
第2章2.3    船体骨材几何要素的计算    2
第2章2.4    梁的弯曲要素表及应力计算    2
第2章2.5    剪应力对梁弯曲变形的影响    2
第2章2.6    梁的复杂弯曲    2
第3章3.1    力法原理    2
第3章3.2    简单刚架与简单板架计算    2
第3章3.3    弹支与弹固端实际概念    2
第3章3.4    弹性支座上连续梁计算    2
第4章4.1    位移法原理    2
第4章 4.2    位移法在杆系结构中的应用    2
第5章 5.1    基本概念    1
第5章 5.2    杆元的基本类型    1
第5章 5.3    杆单元刚度矩阵    2
第5章5.4    结构刚度矩阵    2
第5章 5.5    节点载荷    2
第5章 5.6    约束处理    2
第5章 5.7    坐标变换    2
第5章 5.8    矩阵法的程序实现    2
第6章 6.1    应变能    3
第6章 6.2    虚位移原理    2
第7章 7.1    弹性体的应力、位移与应变    2
第7章 7.2    平面应力问题及基本方程    1
第7章 7.3    经典解题方法与有限元法    2
第7章 7.4    三角形单元的位移函数    2
第7章 7.5    单元平衡方程    1
第7章 7.6    结构刚度矩阵    1
第7章7.7    位移边界条件的引入    1
第7章 7.8    解题过程与例题    1
第8章 8.1-8.2    概述、三维弹性体基本方程    2
第8章 8.3    小挠度薄板弯曲微分方程    2
第8章 8.4    小挠度薄板弯曲的解    2
第8章 8.5-8.6    小挠度薄板弯曲的有限元法、小挠度薄板弯曲的能量解法    2
第8章 8.7    薄板的筒形弯曲    2
第9章 9.1-9.2    概述、有限自由度体系的稳定性计算    2
第9章 9.3    单跨梁的稳定性    2
第9章 9.4    板的中性平衡微分方程及其解    2
合计        72
五、关于命题考试的若干规定
1、本大纲各章所提到的内容和考核目标都是考试内容。试题覆盖到章,适当突出重点。
2、试卷中对不同能力层次的试题比例大致是:“识记”为 40%, “理解”为 40%,“应用”为 20%。
3、试题难易程度应合理:易、较易、较难、难比例为3:3:3:1。
4、每份试卷中,各类考核点所占比例约为:重点占65%,次重点占25%,一般占10%。
5、试题类型一般分为:填空题,名词解释,简答题,选择题,判断说明题,计算题等。
6、考试采用闭卷笔试,考试时间为150分钟,采用百分制评分,60分合格。
六、题型示例
(一)填空题
1. 支承于弹性基础上的梁称之为              。
(二)名词解释
弹性固定端
(三)简答题
1.在什么情况下可以用叠加原理来计算结构上受到几种不同载荷作用时的弯曲要素?
(四)选择题
1.虚力原理是结构变形协调的
A、必要条件        B、充分条件        C、必要和充分条件        D、既不必要也不充分的条件
(五)判断说明题
1.卡氏第一定理仅适用于线性弹性体系,此结论对吗?为什么?
 (六)计算题
1.欲使图示梁,试计算弹性支座柔性系数A应为多少?

 

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