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材料力學(xué)范文1

關(guān)鍵詞：材料 強(qiáng)度 塑性

金屬材料力學(xué)性能概述

金屬材料的力學(xué)性能指標(biāo)表征金屬抵抗各種損傷作用的能力的大小。它是判定金屬力學(xué)性能的依據(jù)，是評定金屬材料質(zhì)量的判據(jù)，同時(shí)也是設(shè)計(jì)選材和進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算的主要依據(jù)。金屬材料的力學(xué)性能包括常溫下的強(qiáng)度、塑性、韌性，例如屈服點(diǎn)或屈服強(qiáng)度σs（σ0.2）、抗拉強(qiáng)度σb、伸長率δ、斷面收縮率φ、沖擊韌度ak、疲勞極限、斷裂力學(xué)性能等。

金屬力學(xué)性能試驗(yàn)是測定金屬力學(xué)性能指標(biāo)所進(jìn)行的試驗(yàn)。包括拉伸試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)、剪切試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)、硬度試驗(yàn)、蠕變試驗(yàn)、應(yīng)力松弛試驗(yàn)、疲勞試驗(yàn)、斷裂韌度試驗(yàn)、磨損試驗(yàn)等。

一、金屬材料強(qiáng)度指標(biāo)

1.屈服強(qiáng)度

材料在拉伸過程中，當(dāng)載荷達(dá)到某一值時(shí)，載荷不變而試樣仍繼續(xù)伸長的現(xiàn)象，稱為屈服。材料開始發(fā)生屈服時(shí)所對應(yīng)的應(yīng)力，稱為屈服點(diǎn)、屈服強(qiáng)度或屈服極限，用σs表示。我國規(guī)定σs取鋼材的下屈服點(diǎn)值。

除退火或熱軋的低碳鋼和中碳鋼等有屈服現(xiàn)象外，多數(shù)工程材料的屈服點(diǎn)不明顯或沒有屈服點(diǎn)，此時(shí)規(guī)定以產(chǎn)生0.2%殘余伸長的應(yīng)力作為屈服強(qiáng)度，用σ0.2表示。

2.抗拉強(qiáng)度

試樣拉伸時(shí)，在拉斷前所承受的最大載荷與試樣原始截面之比，稱為強(qiáng)度極限或抗拉強(qiáng)度，用σb表示。

零件設(shè)計(jì)選材時(shí)，一般應(yīng)以σs或σ0.2為主要依據(jù)。但σb的測定比較方便精確，因此也有直接用σb作為設(shè)計(jì)依據(jù)的，從安全方面考慮，用σb作為設(shè)計(jì)依據(jù)采用較大的安全系數(shù)。由于脆性材料無屈服現(xiàn)象，則必須以σb作為設(shè)計(jì)依據(jù)。

3.持久極限

持久極限又稱為持久強(qiáng)度，是指材料在規(guī)定溫度下達(dá)到規(guī)定時(shí)間而不斷裂的最大應(yīng)力。常用符號為σb帶有一個(gè)或兩個(gè)指數(shù)來表示。例如σ700b/1000，表示在試驗(yàn)溫度為700℃時(shí)，持久時(shí)間為1000h的應(yīng)力，即所謂高溫持久極限。

4.蠕變極限

蠕變極限又稱蠕變強(qiáng)度，是在規(guī)定溫度下，引起試樣在一定時(shí)間內(nèi)蠕變總伸長率或恒定蠕變速率不超過規(guī)定值的最大應(yīng)力。蠕變極限一般有兩種表示方法：一種是在給定溫度T下，使試樣承受規(guī)定蠕變速度的應(yīng)力值，以符號σTε表示，其中ε為蠕變速度，%/h。例如，σ6001X10-5即表示在試驗(yàn)溫度為600℃時(shí)，蠕變速度為1X10-5%/h的蠕變極限；另一種是在給定溫度（T，℃）下和規(guī)定試驗(yàn)時(shí)間（t，h）內(nèi)，使試樣產(chǎn)生一定蠕變變形量（δ，%）的應(yīng)力值，以符號σTδ/t表示。

二、金屬材料塑性指標(biāo)

1.延伸率δ5

金屬材料在拉伸試驗(yàn)時(shí)，試樣拉斷后，其標(biāo)距部分的總伸長ΔL與原標(biāo)距長度L0之比的百分比，稱為伸長率，也稱延伸率，用δ表示。按試樣長度的不同，有長試樣與短試樣之分。其對應(yīng)的斷后伸長率分別以δ10和δ5表示。在容器用鋼中，通常以δ5來表示材料的伸長率。

2.斷面收縮率φ

金屬試樣在拉斷后，其頸縮處橫截面面積的最大縮減量與原橫截面面積的百分比，稱為斷面收縮率，用φ表示。塑性材料的斷面收縮率較大，脆性材料的斷面收縮率較小。

3.冷彎性能

金屬材料在常溫下承受彎曲而不破裂的能力，稱為冷彎性能。冷彎試驗(yàn)用以考核材料彎曲變形的能力并且能使存在的缺陷顯示出來，在一定程度上模擬了壓力容器制造時(shí)卷板機(jī)的工藝情況。冷彎性能是容器用鋼材與焊接接頭力學(xué)性能考核的重要指標(biāo)。

出現(xiàn)裂紋前能承受的彎曲程度愈大，則材料的冷彎性能愈好。彎曲程度一般用彎曲角度或彎芯直徑d對材料厚度a的比值來表示。

三、屬材料韌性指標(biāo)

1.沖擊韌度

金屬材料在使用過程中除要求有足夠的強(qiáng)度和塑性外，還要求有足夠的韌性。材料的韌性與加載速率、應(yīng)力狀態(tài)及溫度等有很大關(guān)系。試樣在沖擊試驗(yàn)力一次作用下折斷時(shí)所吸收的功稱為沖擊吸收功。沖擊試樣缺口底部單位橫截面面積上的沖擊吸收功稱為沖擊韌度。沖擊韌度是評定金屬材料在動載荷下承受沖擊抗力的機(jī)械性能指標(biāo)，用ak表示，單位為J/cm2。

我國壓力容器材料及焊接接頭沖擊試樣規(guī)定采用夏比V型缺口，沖擊試驗(yàn)有許多種，例如常溫沖擊試驗(yàn)、低溫沖擊試驗(yàn)、高溫沖擊試驗(yàn)、應(yīng)變時(shí)效沖擊試驗(yàn)等。采用標(biāo)準(zhǔn)試樣進(jìn)行試驗(yàn)得到的沖擊吸收功來檢驗(yàn)材料化學(xué)成分、金相組織、和加工工藝對其韌性的影響，沖擊值為Akv（J）。

ak是早先工程技術(shù)上習(xí)慣用來作為材料韌脆程度度量及材料承受沖擊載荷的抗力指標(biāo)，后來發(fā)現(xiàn)這是不適宜的。因?yàn)閍k是單位面積的沖擊吸收功，與試樣形狀、截面尺寸、缺口形狀和尺寸無關(guān)。而實(shí)際上由試樣截面尺寸和缺口形狀及其尺寸的改變所引起的沖擊吸收功ak的變化，與缺口處凈截面積并不成線性關(guān)系。所以截面尺寸不同，所得ak也不同。另一方面，試樣斷裂時(shí)伴隨著試樣部分體積的嚴(yán)重塑性變形，也就是說，沖擊吸收功消耗于產(chǎn)生兩個(gè)新的自由表面和一部分體積的塑性變形上，因此，定義ak為單位面積的沖擊吸收功，并沒有反映出沖擊吸收功的實(shí)質(zhì)。

目前，國際上通用以沖擊功吸收Ak為沖斷試樣消耗的總功，只要試樣符合標(biāo)準(zhǔn)，就不會出錯(cuò)，應(yīng)用也方便。但是進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，用Ak表示也存在問題，因?yàn)锳k值也不能完全代表試樣斷裂前所吸收的總功。沖斷試樣消耗的總功可分為兩部分，其一消耗于試樣的變形和斷裂；其二消耗于試樣擲出及機(jī)座本身振動。因此，所吸收的總功Ak為：Ak=試樣斷裂吸收的能量+試樣擲出功+機(jī)座振動+…。由于一般情況下，后幾項(xiàng)功很小，因此Ak作為試樣斷裂所吸收的能量誤差很小，有足夠精度。但對很脆的材料必須注意，不能用大能量擺錘進(jìn)行試驗(yàn)，因?yàn)榇藭r(shí)第一項(xiàng)較小，而后幾項(xiàng)相對較大，因此會引起較大測量誤差。

2.斷裂韌度

斷裂韌度是反映材料抵抗裂紋臨界擴(kuò)展的一種能力，它是材料固有的力學(xué)性能參數(shù)。大量的試驗(yàn)表明，它一方面取決于材料的成分、組織和結(jié)構(gòu)等內(nèi)在因素，另一方面又受到加載速率、溫度和試樣厚度（即應(yīng)力狀態(tài)）等外在條件的影響。

相對材料的其他力學(xué)性能來說，材料的斷裂韌度是一個(gè)比較敏感的力學(xué)性能指標(biāo)，它對于材料研究、應(yīng)用、制造工藝的選擇以及零部件的失效分析有重要的意義。

評價(jià)材料斷裂韌度最常用的指標(biāo)是臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子K1c和裂紋張開位移COD。

1.臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子K1c。按照應(yīng)力強(qiáng)度因子的一般表達(dá)式，應(yīng)力強(qiáng)度因子K1與裂紋尺寸的平方根及垂直于裂紋的應(yīng)力成正比。當(dāng)裂紋尺寸或應(yīng)力增加時(shí)，K1隨之增加。當(dāng)K1達(dá)到某一臨界值K1c時(shí)，裂紋處于臨界狀態(tài)，若K1再增加，裂紋將會失穩(wěn)擴(kuò)展。因此，裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的臨界條件為：K1=K1c

式中K1c表示材料對裂紋擴(kuò)展的抵抗能力，稱為I型受力時(shí)的臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子，又稱為平面應(yīng)變斷裂韌度。K1c是在裂紋尖端平面應(yīng)變條件下的裂紋擴(kuò)展阻力。

在傳統(tǒng)的強(qiáng)度計(jì)算中，強(qiáng)度指標(biāo)σs和σb與塑性指標(biāo)δ和φ之間是相互分割的，且塑性指標(biāo)在強(qiáng)度計(jì)算中并不定量反映。而K1c既反映了材料的強(qiáng)度性能，又反映了材料的塑性性能。

斷裂韌度K1c的測試方法可按照ASTM E399《金屬材料平面應(yīng)變斷裂韌度標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》、GB/T4161《金屬材料 平面應(yīng)變斷裂韌度K1c試驗(yàn)方法》方法和GB/T7732《金屬板材表面裂紋斷裂韌度K1c試驗(yàn)方法》進(jìn)行。

2.裂紋張開位移COD。當(dāng)裂紋尖端超過小范圍屈服而進(jìn)入大范圍屈服時(shí)，以應(yīng)力場的強(qiáng)弱來描述受力的大小已沒有實(shí)際意義，因此斷裂失穩(wěn)擴(kuò)展臨界條件K1=K1c也失效了。在彈性斷裂力學(xué)中，以裂紋張開位移法即COD法應(yīng)用最廣。研究表明，不同厚度試樣在破壞時(shí)的臨界張開位移基本相同。因此可用裂紋張開位移作為斷裂判斷依據(jù)參量。

采用裂紋張開位移法即COD法的斷裂判據(jù)為：δ≤δc

式中：δ—外力所產(chǎn)生的裂紋張開位移，mmδc—裂紋張開位移臨界值，與線彈性斷裂力學(xué)中的斷裂韌度K1c相似，它反映材料對裂紋開裂的抗力，mm。

四、結(jié)語

壓力容器設(shè)計(jì)是一門知識量要求涵蓋各個(gè)學(xué)科的復(fù)雜工種，任何知識的缺失都會對設(shè)計(jì)產(chǎn)品的質(zhì)量產(chǎn)生影響從而對國家人品生活造成影響。以上簡單對壓力容器中材料最基本的力學(xué)性能及其指標(biāo)進(jìn)行了介紹。

參考文獻(xiàn)

[1] 王從曾，材料性能學(xué)，北京：北京工業(yè)大學(xué)出版社，2001.

[2] 匡震邦等，材料的力學(xué)行為，北京：高等教育出版社，1998.

材料力學(xué)范文2

（一）以“軸向拉伸和壓縮變形”教學(xué)內(nèi)容開展案例教學(xué)

改變傳統(tǒng)的對力學(xué)計(jì)算模型進(jìn)行受力和變形分析的方法，而是以教室中的投影儀設(shè)備安裝為例，讓學(xué)生代表校方安裝負(fù)責(zé)人的身份進(jìn)入角色。如：學(xué)校要在原有建筑的教室中安裝投影儀設(shè)備需要考慮哪些問題？若在新增投影儀設(shè)備自重作用時(shí)，原有教室承重結(jié)構(gòu)仍能保障安全的前提下，該考慮什么問題？在投影儀設(shè)備型號、自重等已知條件下如何選擇投影儀吊桿？選擇投影儀吊桿要考慮哪些因素，選擇什么材料？吊桿截面形式和截面尺寸如何確定？帶著這些讓學(xué)生感覺無從下手又必須解決的現(xiàn)實(shí)問題，開始進(jìn)行吊桿的受力分析和變形分析，然后在學(xué)生已學(xué)的圖學(xué)基礎(chǔ)上，再進(jìn)行立面投影，從而抽象出教材上的力學(xué)模型；然后借助多媒體現(xiàn)代化教學(xué)手段，引申出工程實(shí)際中的吊車?yán)K索、斜拉橋的斜拉桿、千斤頂、活塞桿等工程實(shí)際問題中具有同樣受力特點(diǎn)和變形特點(diǎn)的這一類變形，統(tǒng)稱為軸向拉伸和壓縮變形。這樣不僅讓學(xué)生理解了軸向拉伸和壓縮變形的基本概念，而且還培養(yǎng)了學(xué)生對具體工程問題如何進(jìn)行受力分析和變形分析的力學(xué)思維，樹立了學(xué)生工程意識和解決工程問題的能力。在受力分析和變形分析基礎(chǔ)上，再就如何選擇吊桿材料屬性等引出軸向拉伸和壓縮試驗(yàn)的必要性和具體試驗(yàn)方法等。在確定了吊桿選材后，再就如何確定截面形狀和截面尺寸及橫截面面積大小和桿長短的影響引出研究內(nèi)力、應(yīng)力和應(yīng)變等概念及其強(qiáng)度、剛度條件公式推導(dǎo)等。然后在學(xué)生自己應(yīng)用強(qiáng)度、剛度條件選取材料和確定截面形狀和截面尺寸后，由學(xué)生總結(jié)發(fā)生軸向拉伸和壓縮變形這類工程問題的研究方法和考慮的影響因素等。這不僅理論聯(lián)系實(shí)際，增加了學(xué)生學(xué)習(xí)材料力學(xué)的興趣，也使學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和解決工程問題的能力得到了顯著的提升，而且這種從學(xué)生到工程負(fù)責(zé)人角色的轉(zhuǎn)變，使其責(zé)任感和使命感得到了升華，真正實(shí)現(xiàn)了材料力學(xué)教學(xué)的目的。

（二）以“剪切和擠壓變形”教學(xué)內(nèi)容開展案例教學(xué)

提前預(yù)留作業(yè)，請學(xué)生分組討論課桌與地面之間連接件螺栓主要的受力特點(diǎn)和變形特點(diǎn)，并討論：螺栓必須滿足什么條件，才能保障課桌的正常使用？舉例說明具有這類受力特點(diǎn)和變形特點(diǎn)的連接件還有哪些？這些連接件通常用在哪些地方？課堂上先由各組學(xué)生選出代表發(fā)表自己組的觀點(diǎn)和考慮的因素等，然后由老師來總結(jié)并分析課桌與地面之間連接件螺栓受力特點(diǎn)和變形特點(diǎn)，及為什么考慮主要變形是剪切擠壓因素而忽略了彎曲變形等次要因素；再借助多媒體現(xiàn)代化教學(xué)手段舉出小到生活上用的剪刀，大到工程上用的截筋機(jī)、剪板機(jī)、汽車輪軸的鏈接以及土木施工腳手架、機(jī)械零件的連接，“泰坦尼克號”等船舶、車輛，航空航天的飛機(jī)、宇宙飛船等都離不開小小的螺栓、鉚釘和鍵等連接件。在明確了連接件螺栓主要的受力特點(diǎn)和變形特點(diǎn)基礎(chǔ)上，用類比法建立與軸向拉伸和壓縮強(qiáng)度條件相似的剪切擠壓強(qiáng)度條件，再由每個(gè)學(xué)生自己假設(shè)自己推桌子的用力大小具體來選取課桌地腳螺栓的直徑，最后由學(xué)生一起來確定工程上選擇的螺栓直徑應(yīng)該取所有同學(xué)計(jì)算螺栓直徑中的最大值。這樣的就地取材的案例式教學(xué)不僅僅是學(xué)習(xí)了剪切擠壓的實(shí)用計(jì)算強(qiáng)度條件，更讓學(xué)生逐步感覺自己儼然是參與到設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)中，增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)和未來工作的信心，開拓了學(xué)生的思路和見識，對以后分析問題時(shí)如何抓住主要因素和如何設(shè)計(jì)等起到了促進(jìn)作用。同理，以學(xué)生擰瓶裝礦泉水瓶蓋、洗衣服時(shí)擰衣服等體驗(yàn)和教室內(nèi)的梁，學(xué)生的書、本、筆，講臺的粉筆盒、黑板擦等為案例素材，對扭轉(zhuǎn)變形和彎曲變形進(jìn)行案例教學(xué)，對學(xué)生們理解基本概念，掌握其實(shí)質(zhì)內(nèi)容及熟練應(yīng)用所學(xué)解決具體工程問題，都奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

二、案例教學(xué)實(shí)施的策略與評價(jià)

案例教學(xué)這種教學(xué)模式在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，促進(jìn)學(xué)生溝通交流合作，樹立學(xué)生工程意識和分析解決問題能力等方面的作用不言而喻。但在案例教學(xué)過程中還應(yīng)注重以下幾方面。

（一）案例選擇遵循的原則

在課堂教學(xué)過程中，案例的選擇要適應(yīng)教學(xué)目標(biāo)的需要，適應(yīng)學(xué)生現(xiàn)有的發(fā)展水平。因此，選擇案例時(shí)應(yīng)遵循案例選材的真實(shí)典型性、科學(xué)完整性、積極教育性、信息適量性等基本原則，這也是成功案例教學(xué)的前提要求。[3]

（二）案例教學(xué)實(shí)施步驟

在案例教學(xué)實(shí)施過程中，應(yīng)事先做好充分的課前準(zhǔn)備工作，加強(qiáng)案例教學(xué)實(shí)施過程的課堂管理，注重案例講評與總結(jié)。其具體實(shí)施開展案例教學(xué)主要包括：1.教師課前選取合理適用的案例，設(shè)計(jì)分組討論方案，預(yù)留預(yù)習(xí)教材相關(guān)內(nèi)容和案例分析的課前作業(yè)；2.學(xué)生課前預(yù)習(xí)教材相關(guān)內(nèi)容和分組討論分析案例，在認(rèn)真閱讀案例，充分理解案例所描述的事實(shí)和細(xì)節(jié)及反復(fù)思考討論的基礎(chǔ)上，以報(bào)告的形式形成自己的見解和解決問題的方案；3.課上，在精心設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，教師緊緊圍繞教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)展開具有啟發(fā)性和目的性的案例討論分析，使學(xué)生在積極參與討論和思考過程中，都能成為自主學(xué)習(xí)的主體；4.通過引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行歸納概括，使學(xué)生分析問題的思維得到進(jìn)一步升華的同時(shí)，增強(qiáng)自己解決問題的信心；5.為了充分調(diào)動學(xué)生參與的積極性和提高案例教學(xué)的教學(xué)效果，還應(yīng)注重過程管理，在引導(dǎo)學(xué)生積極參與的狀況下，還應(yīng)對具有獨(dú)到新穎見解的學(xué)生給予平時(shí)成績加分等獎(jiǎng)勵(lì)。

三、結(jié)語

材料力學(xué)范文3

關(guān)鍵詞：材料力學(xué)；教學(xué)方法；改革探究

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-120X（2016）14-0071-02

材料力學(xué)是力學(xué)、機(jī)械、土木工程等工科類專業(yè)的必修課，也是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程的重要基礎(chǔ)。該課程理論性強(qiáng)，且與工程實(shí)際結(jié)合緊密。隨著技術(shù)的快速進(jìn)步，傳統(tǒng)的材料力學(xué)教學(xué)已難以滿足需要，加之高職教育以工學(xué)結(jié)合為主，注重實(shí)踐動手能力，并需要掌握夠用的理論知識，為適應(yīng)新形勢，提高高職材料力學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量，作者從課程內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、考核方式等方面，進(jìn)行了一系列探索與改革[1][2]。

一、調(diào)整課程結(jié)構(gòu)，精簡教學(xué)內(nèi)容

材料力學(xué)是一門密切聯(lián)系工程實(shí)際的學(xué)科，它的一些基本概念、基本理論和基本方法，不僅是學(xué)習(xí)后續(xù)課的基礎(chǔ)，而且也可以用來解決工程中的實(shí)際問題。通過材料力學(xué)的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生對構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性等問題具有明確的基本概念，掌握必要的基礎(chǔ)知識、比較熟練的計(jì)算能力、初步的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰徒鉀Q工程實(shí)際問題的能力，為學(xué)習(xí)后續(xù)課程和進(jìn)一步提高分析問題和解決問題的能力奠定必要的力學(xué)基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的教學(xué)體系雖便于學(xué)生掌握基本概念和基本方法，但太過于強(qiáng)調(diào)知識的系統(tǒng)性與結(jié)構(gòu)的完整性，內(nèi)容多，花費(fèi)時(shí)間大，沒有給學(xué)生足夠的思維時(shí)間，在一定程度上抑制了學(xué)生的創(chuàng)造力和想象力，沒有激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。加之高職學(xué)生的社會定位要求學(xué)生掌握實(shí)用知識，并能將理論與實(shí)踐結(jié)合。因此，在組織教學(xué)內(nèi)容時(shí)，要跳出既有的結(jié)構(gòu)框架，對教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)作出調(diào)整。采用項(xiàng)目教學(xué)的方法可以在較少的學(xué)時(shí)內(nèi)完成教學(xué)任務(wù)并達(dá)到理想的教學(xué)效果。“項(xiàng)目教學(xué)法”將課程解構(gòu)為“零件基本變形”“零件組合變形”“零件應(yīng)力狀態(tài)分析”“零件強(qiáng)度理論”“壓桿穩(wěn)定”“能量法”等幾個(gè)項(xiàng)目[3]，引導(dǎo)學(xué)生用具體生動的實(shí)例去解決和分析剪切、扭轉(zhuǎn)和彎曲等問題。這樣，可以促進(jìn)學(xué)生理解與掌握關(guān)于材料力學(xué)的學(xué)習(xí)和解決問題的方法，使所學(xué)知識真正融會貫通。

二、優(yōu)化教學(xué)模式，多途徑并舉

（1）通過教師講授向?qū)W生傳授基礎(chǔ)理論知識和方法。口頭講授靈活性大、適應(yīng)性強(qiáng)，無論課內(nèi)教學(xué)或課外教學(xué)，也無論是感性知識或理性知識，口頭講授都可運(yùn)用；注意語言要準(zhǔn)確清晰、簡練生動、淺顯易懂，突出重點(diǎn)、難點(diǎn)和關(guān)鍵；切忌“滿堂灌”，導(dǎo)致課堂教學(xué)中的機(jī)械學(xué)習(xí)；在教學(xué)過程中教師應(yīng)充分發(fā)揮主導(dǎo)作用，根據(jù)學(xué)生的反應(yīng)，適當(dāng)、及時(shí)地調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和方法手段。

（2）教師課前向?qū)W生提出問題，并通過問答的形式來引導(dǎo)學(xué)生獲取或鞏固知識，增加師生互動，激發(fā)學(xué)生的思維，調(diào)動學(xué)習(xí)的積極性，使學(xué)生獲得知識、發(fā)展智力。向?qū)W生提問的問題要多種多樣、難度適宜；教師對學(xué)生的回答一定要做出一定的總結(jié)、評價(jià)和指導(dǎo)；師生在互動過程中，教師可根據(jù)學(xué)生的反饋信息調(diào)整和改善教與學(xué)的活動。

（3）演示教學(xué)。通過把實(shí)物或直觀教具展示給學(xué)生，獲得感性知識，幫助學(xué)生理解掌握相關(guān)知識，提升學(xué)生的注意力，引起學(xué)生興趣，有助于鞏固記憶，提升學(xué)生觀察能力、思維能力和想象能力，使課堂不再那么沉悶、枯燥，使學(xué)生的主體地位得到充分體現(xiàn)；注意演示內(nèi)容一定要貼近生活，這樣，教師的演示才能引起學(xué)生的共鳴。如果有必要的話，可以進(jìn)行多次演示，演示過程中，教師可提出問題，讓學(xué)生圍繞演示主題作進(jìn)一步思考，也可以讓學(xué)生自己動手操作，能夠使演示教學(xué)的效果得到進(jìn)一步強(qiáng)化。

（4）充分合理地利用多媒體進(jìn)行教學(xué)，最大限度地發(fā)揮多媒體優(yōu)勢。多媒體教學(xué)具有靈活多樣的表現(xiàn)形式，可以做到聲形并茂、圖文兼顧、動靜結(jié)合，容量大、直觀性強(qiáng)，易被學(xué)生接受。制作實(shí)用性課件，使抽象難懂的內(nèi)容變得直觀易懂；多媒體課件的設(shè)計(jì)要注意細(xì)節(jié)，如圖文搭配要合理，字號要協(xié)調(diào)，整體色調(diào)要和諧、聲像的使用要慎重；多媒體電子板書要與黑板板書相結(jié)合，黑板板書是教師配合講授和練習(xí)的需要；用多媒體教學(xué)要注意節(jié)奏，避免播放畫面如走馬觀花，課件始終應(yīng)服務(wù)于教學(xué)而不是教學(xué)圍繞著課件；盡量讓學(xué)生參與課件的制作和操作過程，提高學(xué)生的參與意識，加深對所學(xué)知識的印象；始終注意多媒體是教學(xué)的一種輔助手段，是為教學(xué)服務(wù)的，制作多媒體課件時(shí)要把主要精力用在重點(diǎn)、難點(diǎn)的突破上，切忌喧賓奪主。

（5）教師指導(dǎo)學(xué)生充分利用網(wǎng)絡(luò)、圖書館等資源，通過查閱及閱讀材料力學(xué)相關(guān)文獻(xiàn)，掌握研究前沿方向，讓學(xué)生獲取最新的知識，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。

（6）在教師的指導(dǎo)下，針對教材中的基礎(chǔ)理論和實(shí)踐或主要疑難問題，進(jìn)行分組討論、辯論。這不僅能夠調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動性，鞏固所學(xué)知識，還能鍛煉學(xué)生的邏輯思維能力、口頭表達(dá)能力和溝通能力。

三、加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，培養(yǎng)能工巧匠

在教學(xué)中，教師要對學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力起到一種引領(lǐng)作用。為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，我們舉辦系部學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽；以教師為指導(dǎo)、學(xué)生為主體參加省級相關(guān)競賽以及大學(xué)生工業(yè)設(shè)計(jì)大賽，使學(xué)生能夠?qū)⒘W(xué)知識應(yīng)用到機(jī)械工程中去，從而在實(shí)踐中提升學(xué)生的創(chuàng)新、創(chuàng)造能力，培養(yǎng)學(xué)生精益求精的工匠精神，打造技師型專業(yè)大學(xué)畢業(yè)生。

在實(shí)踐教學(xué)過程中應(yīng)用輔助分析軟件（如有限元分析等），對軸向拉力和壓力、軸套類扭矩轉(zhuǎn)矩、梁變形問題進(jìn)行ansys分析，得到扭矩圖、彎矩圖及應(yīng)力分布狀況。大部分學(xué)生對使用軟件解決問題表現(xiàn)出濃厚的興趣，提高了教學(xué)效果。[4]

四、健全評價(jià)考核機(jī)制

采取綜合成績評定方式，包括平時(shí)表現(xiàn)、施行項(xiàng)目過程性考核、期末大作業(yè)綜合考核。平時(shí)表現(xiàn)：如考勤、上課表現(xiàn)及作業(yè)情況。項(xiàng)目過程考核：①零件基本變形；②零件組合變形；③零件應(yīng)力狀態(tài)分析；④零件強(qiáng)度理論；⑤壓桿穩(wěn)定；⑥能量法等幾個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行分項(xiàng)考核[5]。每完成一個(gè)項(xiàng)目考核一次，考核的具體方式為筆試及答辯的形式，既可以考核學(xué)生對理論知識的理解和掌握程度，又可以檢驗(yàn)學(xué)生實(shí)際操作能力。期末大作業(yè)綜合考核：將本學(xué)期所學(xué)的理論與實(shí)踐知識進(jìn)行結(jié)合，獨(dú)立完成由老師設(shè)定的綜合項(xiàng)目，最終以論文的形式進(jìn)行考核。

本文對材料力學(xué)教學(xué)的一些問題進(jìn)行了改革探索。當(dāng)前的材料力學(xué)課程教學(xué)中還存在著諸多問題，通過不斷的總結(jié)和探索，并逐漸地融入課堂，為材料力學(xué)新的教學(xué)改革貢獻(xiàn)力量。根據(jù)所在專業(yè)人才培養(yǎng)的目標(biāo)，針對現(xiàn)階段出現(xiàn)的主要問題，對材料力學(xué)課程課程內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、考核方式等方面進(jìn)行改革與創(chuàng)新。

參考文獻(xiàn)：

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[2]徐廣民.材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].成都： 西南交通大學(xué)出版社，2013.

[3]許晨光.材料力學(xué)教學(xué)改革初探[J].山西建筑，2013，39（26）.

材料力學(xué)范文4

【Abstract】Some applications of ANSYS on teaching of mechanics of materials were introduced by the characteristic and teaching process in mechanics of materials. When the CAE was applied in mechanics of materials teaching, it can make the course more vivid. This means gains good teaching effect to inspiring study interest, improving quality of teaching.

【Key words】Mechanics of materials ANSYS Teaching method

隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的普遍深入，將計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件應(yīng)用到高等教育教學(xué)課堂中去，已被越來越多的教師和學(xué)生接受，通過實(shí)踐證明，該方法可以大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。《材料力學(xué)》課程是我國各高等院校機(jī)械類及相近專業(yè)普遍開設(shè)的一門重要的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，該課程知識點(diǎn)較多，知識相對零散，學(xué)生學(xué)習(xí)起來易感到枯燥，為提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，將大型計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件ANSYS技術(shù)融入到課堂教學(xué)中去，既可以讓學(xué)生學(xué)習(xí)、了解計(jì)算機(jī)輔助工程，又可以增加材料力學(xué)課程的趣味性。

一、計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件ANSYS的特點(diǎn)

計(jì)算機(jī)輔助工程的應(yīng)用軟件較多，而進(jìn)行力學(xué)方面分析的軟件ANSYS功能較為強(qiáng)大，該軟件是世界范圍內(nèi)增長最快的CAE軟件，能夠進(jìn)行包括結(jié)構(gòu)、熱、聲、流體等方面的研究，具有強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算和仿真功能，能夠?qū)Σ牧狭W(xué)的彈性變形體進(jìn)行有效的計(jì)算。因此將ANSYS與材料力學(xué)教學(xué)有機(jī)結(jié)合，可以增強(qiáng)教學(xué)效果，提高教學(xué)質(zhì)量，讓學(xué)生在復(fù)雜的計(jì)算后看到一些更直觀的圖像，有利于對理論計(jì)算過程的理解。

二、利用ANSYS圖像繪制功能展現(xiàn)彈性體變形情況

ANSYS軟件有強(qiáng)大的圖像繪制功能，可以將整個(gè)變形體的變形過程很好的繪制出來，讓學(xué)生對變形體的變形過程有更加直觀的理解，讓理論計(jì)算與形象思維有機(jī)結(jié)合起來。

例1，求某一工字鋼梁在彎曲時(shí)的某點(diǎn)的撓度。求解工字鋼在力P作用下A點(diǎn)的變形，已知：P=4000lb，L=72in，IZZ=833in4，E=29E6psi，H=12.71in，橫截面面積A=28.2in2。

用有限元分析軟件

ANSYS進(jìn)行分析時(shí)可以

將工字鋼梁簡化為一條

直線，然后對其建模、

輸入?yún)?shù)、網(wǎng)格劃分、

施加約束并進(jìn)行加載，

最后求解得出所要結(jié)果。

利用ANSYS圖形繪制功能得出梁變形后曲線及A點(diǎn)撓度。從圖2可以看出A點(diǎn)撓度為0.020601，與利EI用計(jì)算公式計(jì)算

的結(jié)果 ，與仿真結(jié)果相符合，從圖中我們可以

看出變形之后的曲線及撓曲線形狀。

例2，利用ANSYS動畫仿真功能模擬細(xì)長壓桿失穩(wěn)。

框架結(jié)構(gòu)的端部固定端約束，橫截面是邊長為150mm的正三角形構(gòu)架，框架總長15m，分成15小結(jié)，每小節(jié)長1m，求該結(jié)構(gòu)頂部三角頂點(diǎn)受相同集中載荷作用時(shí)的屈曲臨界載荷。已知所有桿件均為空心圓管，內(nèi)半徑為4mm，外半徑為5mm，所有接頭均為完全焊接。材料彈性模量為E＝1.0×1011psi，泊松比μ＝0.35。

框架結(jié)構(gòu)模型見圖3。通過對框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模、加載，通過ANSYS有限元分析得出框架的十階模態(tài)，列表見圖4。

通過求解可以看出一二階相等，三四階相等依次類推，出現(xiàn)這種情況的原因是因?yàn)闄M截面為正三角形，對X和Y的慣性矩相等。所以只展現(xiàn)奇數(shù)階屈曲模態(tài)圖。

一階屈曲模態(tài)見圖5；三階屈曲模態(tài)見圖6；五階屈曲模態(tài)見圖7；七階屈曲模態(tài)見圖8；九階屈曲模態(tài)見圖9。

利用ANSYS里面的動畫演示功能演示框架的屈曲變形，給學(xué)生以形象直觀的視覺效果。也可以使學(xué)生更好的理解臨界力的

表達(dá)式 中n取不同整數(shù)時(shí)不同臨界力的屈曲變形情況，

在教學(xué)中學(xué)生經(jīng)常會不理解計(jì)算的歐拉公式是取的n=1時(shí)最小壓力，當(dāng)n取其他值時(shí)會出現(xiàn)什么情況想象不出來，經(jīng)過ANSYS的分析得出多階屈曲模態(tài)，使抽象的理論變?yōu)樾蜗蟮膭赢嫞箤W(xué)生更容易理解細(xì)長桿受壓時(shí)的屈曲現(xiàn)象，有助于更好的理論學(xué)習(xí)。

這里僅舉出了一些簡單的例子進(jìn)行說明ANSYS在材料力學(xué)中的應(yīng)用，一些復(fù)雜的情況也可以在軟件中進(jìn)行求解。

三、在課堂中滲入ANSYS應(yīng)用

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及，在專業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)中滲入計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)已成為必然，計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）是計(jì)算機(jī)技術(shù)與現(xiàn)代工程方法的完美結(jié)合，ANSYS軟件以它強(qiáng)大的分析功能成為CAE軟件的應(yīng)用主流。材料力學(xué)課程是機(jī)械工程等專業(yè)所必修課程之一，將CAE技術(shù)融入到課堂中去，使學(xué)生提前了解CAE技術(shù)，為今后計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)，同時(shí)也增加了專業(yè)基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)興趣。

材料力學(xué)范文5

[關(guān)鍵詞]內(nèi)力 截面法 軸力 扭矩 彎矩

一、背景

本人講授材料力學(xué)及工程力學(xué)等工科類專業(yè)基礎(chǔ)課程多年，通過教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的累積以及深入的思考，對截面法求解內(nèi)力做了總結(jié)，提出了各種基本變形情況下求解相應(yīng)內(nèi)力的一種統(tǒng)一方法。無論是軸向拉壓的軸力、扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的扭矩或是彎曲產(chǎn)生的剪力以及彎矩都可以采用該方法。應(yīng)用在教學(xué)環(huán)節(jié)中收到了比較好的效果，使得學(xué)生在求內(nèi)力這個(gè)環(huán)節(jié)上，能夠做到快速準(zhǔn)確，不會出現(xiàn)正負(fù)號上的錯(cuò)誤，為畫內(nèi)力圖以及列剪力彎矩方程都帶來了很大的方便。

目前材料力學(xué)教材有多個(gè)版本，多數(shù)普通高校使用的是由孫訓(xùn)方、方孝淑等編著的《材料力學(xué)》（普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材）第五版。無論哪個(gè)版本有關(guān)內(nèi)力求解均采用截面法，即保留一段，去掉另一段，去掉的對保留下來的作用用內(nèi)力來替代。然后列平衡方程，所有外力及待求內(nèi)力之代數(shù)和為零；但方程中待求內(nèi)力的方向沒有明確交代，帶有任意性，只是根據(jù)得到的結(jié)果再來確定內(nèi)力的方向。最后才對內(nèi)力的正負(fù)號做出規(guī)定。從內(nèi)容順序看上有點(diǎn)混亂，經(jīng)常令學(xué)生感到困惑。因此進(jìn)行內(nèi)力求解的時(shí)候，學(xué)生容易把內(nèi)力方向搞錯(cuò)，看似簡單的知識點(diǎn)卻給學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來一定的困惑。這就直接影響到后續(xù)問題的學(xué)習(xí)。

二、內(nèi)力求解步驟

對截面法求內(nèi)力所做的改進(jìn)，具體分為以下幾個(gè)步驟：

1）在所求內(nèi)力的地方將桿件假想截開。保留其中的一段，截面上暴露的內(nèi)力是去掉的部分對保留部分的作用但暫不標(biāo)示。

2）明確內(nèi)力正號方向。遵從書中的內(nèi)力正負(fù)號方向的約定，并在截面上按正號方向?qū)⑽粗膬?nèi)力標(biāo)示出來。

3）內(nèi)力求解。在平衡方程中只有內(nèi)力一個(gè)未知數(shù)，這樣可以將內(nèi)力直接列在等式的左邊同時(shí)將保留段上的所有的外力和已經(jīng)求出來的支座約束反力列在等式的右邊并求代數(shù)和。且外力與所設(shè)內(nèi)力方向相同則為負(fù)號，若方向相反則為正號。

三、實(shí)例分析

（一）軸力計(jì)算

例1，如圖1a所示，求截面1-1上的軸力。

解：在截面1-1處將桿件假想截開，保留右段，目的是避開求固定端的約束力。依據(jù)軸力正負(fù)號的規(guī)定，即拉為正，壓為負(fù)，在截面處以正號方向標(biāo)示出未知軸力 ，如圖1b所示。

則軸力為，

FN=-P-2P=-3P （1）

軸力符號為負(fù)號，表明實(shí)際軸力為壓力，方向指向截面。

（二）扭矩計(jì)算

例2，如圖2a所示，求截面1-1上的扭矩。

解：在截面1-1處將桿件假想截開，保留其左段，依據(jù)扭矩正負(fù)號右手螺旋法則的約定，扭矩矢量方向背離截面為正，指向截面為負(fù)。在截面處以正號方向標(biāo)示出待求扭矩 ，如圖2b所示。則扭矩為，

T=0.6+0.8=1.4Me （2）

扭矩為所設(shè)的方向。

（三）剪力及彎矩計(jì)算

首先明確剪力及彎矩正負(fù)號的約定，即使微段梁兩橫截面間發(fā)生左上右下錯(cuò)動的剪力為正，反之為負(fù)；使得微段梁發(fā)生下凸上凹的彎矩為正，反之為負(fù)，如圖3所示。

例3，如圖4a所示，求截面1-1處的剪力及彎矩。

解：1）梁的內(nèi)力求解首先要進(jìn)行支座約束反力的計(jì)算。梁處于靜力平衡狀態(tài)，有

（3）

得， ，方向向上，由

FA+FB-q×2a=0 （4）

得， ，方向向上。

2）在截面1-1處將梁截開，取左右段均可，這里取右段，依據(jù)剪力及彎矩正負(fù)號的約定，在截面處標(biāo)示出未知剪力及彎矩的正號方向，如圖4b所示。

剪力 等于所有豎向荷載的代數(shù)和，將其直接列在等式右端，則，

表明剪力為所設(shè)方向，即向上。

彎矩 等于所有外荷載對截面形心取矩的代數(shù)和，將其列在等式右邊，則，

方向?yàn)轫槙r(shí)針。

四、小結(jié)

上述算例均采用所提出的改進(jìn)截面法。通過觀察可以發(fā)現(xiàn)，該方法的優(yōu)點(diǎn)在于：不用列平衡方程，計(jì)算顯得非常簡潔，計(jì)算結(jié)果直接得出，并且同時(shí)表明了內(nèi)力方向。在幾年的教學(xué)實(shí)踐中收到了很好的效果，利用該方法學(xué)生較為容易掌握內(nèi)力求解這一教學(xué)大綱所要求的基本知識點(diǎn)。也為后續(xù)相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)。

目前，由于普通高校不斷的擴(kuò)招，學(xué)生學(xué)習(xí)素質(zhì)相對下降，因此我們應(yīng)盡量使得教材編排更加簡明，內(nèi)容的敘述上更加有條理性。這樣會便于學(xué)生接受和掌握，以適應(yīng)當(dāng)前的狀況要求。

[參考文獻(xiàn)]

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[3]劉鴻文.材料力學(xué)（第五版）[M].高等教育出版社，2

材料力學(xué)范文6

【關(guān)鍵詞】材料力學(xué)；計(jì)算公式；分類記憶；教學(xué)效果

材料力學(xué)是針對我校機(jī)械類、材料類專業(yè)學(xué)生開設(shè)的一門理論性較強(qiáng)的技術(shù)基礎(chǔ)課。由于課程內(nèi)容復(fù)雜，計(jì)算公式繁多，多數(shù)學(xué)生在記憶上存在一定的難度，計(jì)算準(zhǔn)確性和學(xué)習(xí)積極性受到影響，進(jìn)而導(dǎo)致教學(xué)效果很不理想。因此，材料力學(xué)計(jì)算公式的記憶問題成為一個(gè)急需解決的主要問題。根據(jù)課程特點(diǎn)，結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，借鑒他校和他人教學(xué)改革思路[1-4]，摸索出了一套行之有效的材料力學(xué)計(jì)算公式分類記憶方法，取得了良好的教學(xué)效果。

經(jīng)過觀察不難發(fā)現(xiàn)，這幾組公式的結(jié)構(gòu)完全相同，都是分?jǐn)?shù)的形式。如果記憶的是軸向拉伸和壓縮的計(jì)算公式，那么后面的剪切、扭轉(zhuǎn)和彎曲的計(jì)算公式可以記憶為：分子中的截面內(nèi)力變換一下形式，分母中的截面參數(shù)和變形剛度也相應(yīng)變換一下形式。

類似地，還有主應(yīng)力、主應(yīng)變和主慣性矩公式也可以用這樣的替換方法來記憶。

通過分類記憶，就算再難的公式也會記住的。養(yǎng)成分類記憶的習(xí)慣，不僅有助于提高記憶力和觀察力，還有助于提高想象力和創(chuàng)造力。

2 教學(xué)效果

在分類記憶方法的影響下，學(xué)生就能主動地記憶看似復(fù)雜、繁亂的材料力學(xué)計(jì)算公式了，課堂練習(xí)和課后作業(yè)的計(jì)算準(zhǔn)確性就會相應(yīng)地得到提高。在教師的正確引導(dǎo)下，學(xué)生學(xué)好材料力學(xué)的信心就會逐漸增強(qiáng)，學(xué)習(xí)積極性不斷提高，從而體會到學(xué)習(xí)材料力學(xué)不再是一件很痛苦的事情，而是一件很快樂的事情。

2.1 提高了學(xué)生的計(jì)算準(zhǔn)確性

以往學(xué)生對學(xué)習(xí)材料力學(xué)缺乏興趣，原因之一就是計(jì)算公式?jīng)]有記住。在教學(xué)過程中，經(jīng)常有學(xué)生反映材料力學(xué)公式多，不好記，結(jié)果導(dǎo)致課堂練習(xí)和課后作業(yè)的計(jì)算準(zhǔn)確性低。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，這種情況具有普遍性。這個(gè)問題如果解決不好，勢必會影響教與學(xué)的效果。引入分類記憶方法后，公式記住了，學(xué)生的計(jì)算準(zhǔn)確性自然就提高了。

2.2 提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性

以往學(xué)生對學(xué)好材料力學(xué)缺乏信心，原因之一就是辛勤付出沒有回報(bào)。經(jīng)常出現(xiàn)這種情況：雖然學(xué)生學(xué)習(xí)很努力，但是成績不理想。分析原因，公式?jīng)]記住，解題錯(cuò)誤多，努力沒收獲，結(jié)果導(dǎo)致學(xué)生的自信心受到打擊，學(xué)習(xí)積極性上不來。引入分類記憶方法后，公式記住了，成績上去了，付出有回報(bào)，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性自然就提高了。

3 結(jié)束語

材料力學(xué)計(jì)算公式的分類記憶探索取得了一定的成效，現(xiàn)已獲得校方和學(xué)生的認(rèn)可。通過對材料力學(xué)計(jì)算公式的分析整理，進(jìn)行分類記憶探索，進(jìn)一步強(qiáng)化對知識的學(xué)習(xí)和掌握要求，不僅僅是能領(lǐng)會教材中的知識，而且能把獲得的知識在頭腦中記憶下來。只有這樣，才能在作業(yè)、考試及以后的工作中靈活運(yùn)用，也才算真正掌握了知識。因此，這種記憶方法值得進(jìn)一步推廣，以獲得更好的教學(xué)效果。

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