有关提高材料力学教学质量的探讨

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1、有关提高材料力学教学质量的探讨材料力学是工科专业非常重要的一门专业基础课，也是构成专业课程的基础性平台课，对学生后续学习专业课程起着非常重要的作用。材料力学是研究材料在各种外力的作用下产生的应力、应变、强度、刚度、稳定性和导致材料破坏的原因。目前，我校材料力学教学主要存在以下问题：教学方法死板，缺乏灵活性;批改作业方法不科学;学生的积极性不高，上课气氛不活跃;学生对类似的公式容易混淆等。材料力学与工程实际紧密结合，实用性强，同时课程中的概念较为抽象，理论性强。进行材料力学教学方法的探讨，有利于提高教学质量，有利于培养学生解决实际问题的能力。　　1利用校园里的材

2、料力学实例进行教学　　1.1　粉笔　　粉笔主要用在课堂教学，已进入高校的大学生对于粉笔并不陌生。但真正了解粉笔力学性能的又有多少学生呢?教师在讲解拉伸压缩、扭转时，可以引用粉笔作为例子。粉笔是脆性材料的典型，对于脆性材料，在拉伸力较小的情况下就被拉断，没有屈服现象和缩颈现象，断裂前线应变和伸长率也很小。与塑性材料相比，脆性材料拉伸力学性能最大特点就是断裂前几乎没有塑性变形。教师在讲脆性材料拉伸力学性能时，可以拿根粉笔给其中一名学生，让学生在课堂上做一个简单的拉伸实验，最终的拉伸结果如图1所示。　　在讲脆性材料扭转时，多数学生无法理解为什么断裂面为45°

3、的螺旋面。教师还可以引用粉笔作为例子。最终，粉笔扭转结果如图2所示。取粉笔最前面素线上的任一点，其应力状态如图3a所示，为纯剪切单元体，其中0σσxy==，xyττ=，代入最大及最小正应力计算公式，得：　　2max2min22xyxyxyσσσσσττσ+−=±+=±　　02tan2xyxyτασσ−==−&i

4、nfin;−　　所以02α=-90°或-270°，即α0=-45°或-135°。以上求解过程表明，从x轴起，因σσxy=，故-45°(x轴顺时针旋转)确定主平面上的主应力为σmax，即σ1，故得主单元体如图3b所示。　　由图3b可知，在纯剪切应力状态下，σστ13=−=，2σ=0，其中σ1为拉应力，σ3为压应力。此时，粉笔表面上各点的σ1所在的主平

5、面连成倾角为45°方向的螺旋面。由于脆性材料抗拉强度较低，所以脆性材料在扭转时的螺旋面是由最大拉应力σ1而引起断裂破坏的。　　1.2　纸张　　纸是我国的四大发明之一，为文化传播立下了非常卓著的功勋，焕发着自己独特的光彩，纸张又和材料力学有什么关系呢?　　选择合理的截面形状可以提高压杆的稳定性。从压杆稳定的欧拉公式可知，截面惯性矩I越大，临界压力Fcr也越大。取一张A4纸，让其在平稳的桌面上站立是无法实现的。如果把A4纸卷成一圆筒，则很容易实现纸张站立。原因在于材料远离截面形心，惯性矩I增大，提高了压杆的临界压力。　　但此时应提到，也不能为了

6、取得较大的惯性矩I，就无限制的增加圆环的直径而减小其厚度，这将使壁厚变薄而引发局部失稳，发生局部折皱现象。如：用力踩易拉罐。　　引用一些可以在教室直接做实验的材料力学实例，可以激发学生对材料力学的学习兴趣，加强理解，提升学生的学习效果。　　2列举古今中外与材料力学有关的趣事和实例辅助教学　　建于隋朝年间的赵州桥横跨洨河南北两岸，是当今世界上现存最早保存最完整的古代敞肩石拱桥，其充分利用了石料的抗压缩强度。　　大家都知道，泰坦尼克号沉船事件是人类历史上最悲痛的海难之一。沉船的真正原因是泰坦尼克号当时航行速度已经大大超出了夜间海面安全航行的最大速度，船的速度和船体

7、的质量形成巨大的动能，使船体与冰山相撞产生极大的冲击力，并在碰撞处产生巨大的局部应力。　　另外，船体上钢板与铆钉质量差也是可能导致海难的又一原因。根据资料显示，船体并不是正面撞在冰山上，而是侧面与船体相擦，侧舷船壳钢板受到极大的挤压应力和剪应力，而船壳上的钢板是通过铆钉进行连接的。调查发现，泰坦尼克号所用铆钉的材料力学性能实验是在室内常温下进行的，而这些铆钉在低温下的破坏应力要远低于室内的应力，致使船壳破裂，船身进水，最终沉入海底。　　3应用ANSYS软件进行教学　　ANSYS软件是美国ANSYS公司开发的大型有限元分析软件，是世界范围内增长最快的计算机辅助工

8、程软件。目前，我国有百余所理工类院校采