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材料力学刘鸿文范文1
关键词：土木工程；材料力学；教学改革；教学内容；课程考核
引言
材料力学是固体力学中最早发展起来的一个分支。一般认为，1638年，意大利著名数学家、天文学家、理学家伽利略出版的名著《关于两门新科学的谈话和数学证明》标志着材料力学的开端。书中，首次提出了材料的力学性质和强度的计算方法。对于土木工程专业来说，材料力学是一门非常重要的专业基础课。其以解决材料的强度问题、刚度问题、稳定性问题为总纲，具有较强的理论性和实践性。
一、现状及存在的问题
目前，国内各高校土木工程专业多选用张如三、孙训方、刘鸿文主编的《材料力学》作为指定教材，或者选用在这三本《材料力学》基础上重新编写的教材。采用的课堂教学方法基本都是从简单的拉伸（压缩）、剪切、扭转和弯曲四种基本变形开始，然后归纳到一般的应力应变状态分析与强度理论、组合变形以及压杆稳定问题。在讲授完课堂相关理论知识后，由实验指导教师指导学生进行轴向拉伸、压缩以及平面弯曲等实验。总体上，土木工程专业的材料力学教学内容已经比较稳定，课堂学时一般在60~74个之间，实验学时一般在4~8个学时之间，学分在3.2~4.0分之间。针对材料力学的教改问题，很多同行进行了研究，也取得了一定的成果。但结合我们前些年的教学实践，也发现了一系列的问题，具体如下：
1.教师队伍缺乏专业性。材料力学是土木工程专业、机械类专业、信息类专业等很多工科专业都开设的一门专业基础课，因此很多学校（包括作者所在学校前些年）均统一安排基础学部的力学教师来讲授材料力学。从学校层面讲，这样安排节省了教学资源，便于统一管理。但弊端是基础学部的教师对土木工程专业缺乏深入的了解，不能将材料力学中的相关理论和实际土木工程相结合，这就导致了学生学到的知识仅限于书本上，不知究竟学到了什么，很难提升学习兴趣。
2.材料力学理论性较强，概念多，公式多，计算多，内容多，学生接受困难。材料力学章节多，内容多，各章之间连续性相对不强。本身理论性、抽象性又较强，很多概念，如应力、应变等，学生第一次接触，若采用传统的讲授式教学，不辅以必要的手段，在有限学时内，很难理解其本质，降低学生学习的主动性和积极性。
3.教材的发展相对落后于规范。目前，我国土木行业的规范体系中，如钢结构设计规范、混凝土结构设计规范等，除疲劳计算外，均基于近似概率极限状态设计法进行强度、稳定等校核，而材料力学中仍主要采用容许应力法，若完全按照教材讲解，学生所学知识与当前工程实践、新理论相差甚远，会误导学生。
4.实验教学流于形式、学生不重视。材料力学的实验基本是在课堂教学讲授完相关理论之后进行，相关实验基本为验证性实验，有些甚至仅由教师给学生演示一遍，学生仅需观看不需要自己动手验证，最后学生上交实验报告就算是完成了实验教学。实验教学沦为一种“形式主义”教学，不仅提高不了学生的兴趣，有时甚至被学生认为是耽误了有限的课堂教学时间。
二、材料力学教学改革建议
针对材料力学教学实践中发现的问题，经过实践，作者提出了一些针对性的建议，具体为：
1.教师队伍注重专业性建设。充分意识到教师在教学过程中的主导及组织作用，选择具有较高学术水平、丰富工程背景的土木工程专业教师讲授材料力学课程，这样教师可以实时地把材料力学教学内容与工程实践结合起来，比如材料力学中梁构件的支座可分为可动铰、固定铰、固定端支座，但我们工程中的主梁一般支承于柱上，次梁一般支承于主梁上，那工程中实际中的梁对应的支座又是那种呢？对于钢筋混凝土梁构件来说，当梁端部承受负弯矩，上部混凝土受拉开裂，如梁上部不配置纵向受拉钢筋，即可允许梁端发生转动，进而释放掉负弯矩，这样一般就可认为是固定铰；反之，若梁端上部配置了足够多的纵向受拉钢筋，那计算时就可以简化为固定端。通过专业老师的讲授，使学生切实体会到材料力学和工程实践的密切关系，进而激发学习的兴趣。
2.教学内容注重时效性、拓展性建设。在对教学内容不做较大修改的前提下，教学时注重时效性，与现行相关规范作比较，如轴心受拉构件的强度计算公式，材料力学中基于容许应力法的表述为公式（1）、钢结构设计规范中基于近似概率极限状态设计法的表述为公式（2）。NAn≤[σ]（1）NAn≤f（2）式中，N为构件受到的轴拉力；An为构件的净截面面积；[σ]为许用应力，Q235钢材一般取150~170MPa之间；f为钢材的抗拉强度设计值，Q235钢材一般取215MPa（板件厚度小于12mm）。从表面上看，公式（1）和公式（2）的区别仅为[σ]和f。但实际上公式（1）基于容许应力设计法，要求结构在标准荷载下产生应力不得超过材料的容许应力[σ]（容许应力[σ]由材料的极限应力除以一个大于1的安全系数得到），因此可知，式（1）中的N是由标准荷载产生的轴拉力。近似概率极限状态设计法设计公式（2）是用荷载或荷载效应、材料性能和几何参数的标准值附以各种分项系数，对于不同重要性的结构，尚应考虑结构重要性系数，即式（2）中的N是由荷载设计值（荷载标准值乘以相应的荷载分项系数）产生的轴拉力，f是由材料强度标准值除以抗力分项系数得到。除注重教学内容与现行规范相结合外，教学过程中我们也强调力学知识的拓展性，即材料力学中的相关知识不仅在土木工程中应用，在生活中也有大量应用，诸如食品包装袋上预留一个小豁口、如何吃火腿肠、冬天水管为什么会被冰胀裂、撑杆跳运动员使用的撑杆的变化（由木杆、竹竿、金属杆等逐渐过渡到现在用的玻璃纤维杆）、香蕉球的力学原理、弹簧秤的力学原理等等，通过这些生活中的具体问题，使缺少工程实践的学生从生活案例中理解材料力学概念，让学生意识到材料力学就在我们身边，并逐步引导学生自己去发现材料力学在生活中的应用，进而提高学生的学习兴趣。
3.教学手段注重结合性、细节性建设。本文着重介绍的是作者采用多媒体课件教学时，认为应该注意的一些细节性问题。（1）多媒体课件形声、动画兼备，对于抽象的应力、应变、变形过程等更容易展示出来，学生也容易理解，但制作课件时要注意排版、字体大小、颜色等，最好多图片少汉字，能用动画表述不用文字描述。排版不宜过于花哨，否则会喧宾夺主，学生会把过多的注意力放在课件上，而不是教学内容上。（2）多媒体课件内容选择上，辐射面要广，不仅包含教材上的知识，尚应涵盖教材没有涉及到的知识。但除重点内容外，一般不必过于详细，否则学生会认为“课件”就是材料力学，降低他们主动学习的积极性。细节决定成败，一个好的多媒体课件可以让学生在愉悦中掌握知识，优化课堂教学，提高教学质量。
4.教学方法上注重灵活性建设。为改善传统的教师讲、学生听这种学生“被动学习”的教学方法，将“启发式学习”“学生自主学习”与传统的教学方法相结合，引导学生积极思考，增强了教与学的互动，使学生参与到教学活动中来，而不是被动地接受。“启发式学习”的核心是引导学生学习，结合材料力学每章节课程内容，教师在导课时都结合具体的工程案例或相关科研成果，首先让学生知道要学什么，相关的问题在哪？带着问题去学习，学完相关内容后，师生共同对问题进行归纳总结，加深学生对学习内容的理解。比如在讲解压杆稳定问题时，教师首先提出问题：仅长度不同的钢柱，其余均相同，哪个承载力会高一些呢？学生从生活常识的角度一般能知道短柱一般承载力会高一些，但不知道原因在哪儿。在讲解完压杆稳定问题后，学生就知道原因所在了。“学生自主学习”就是给学生站上讲台并充当教师角色的机会。材料力学课程安排中一般会有2~4个学时的机动课时，我们利用这几个学时的时间，让学生站上讲台，规定每个学生授课时间一般在8分钟左右，从授课章节、多媒体课件制作、素材收集等等全部由学生自主完成，在“学生教师”授课的过程中，教师充当学生，最后由教师进行点评。以前，教学过程中，我们一般把这几个学时安排成答疑，效果并不理想。基于此，我们把答疑全部改为课下进行，不占用课堂时间，把节约下来的课时用来给学生展示，这样提高了他们学习的主观能动性和在众人面前表达自己的能力，也让他们体会到了教师工作的辛苦。
5.实验教学注重层次性建设。针对之前实验教学的弊端，我们作了如下改进：（1）除实验室专门配备的教师外，要求材料力学授课教师全程参与实验教学。（2）将实验分层，第一层次为基础性实验，包括拉伸、压缩、平面弯曲实验。第二层次为综合性实验，可以由学生自拟题目或结合教师个人科研项目确定。（3）基础性实验教学过程中，授课教师首先把与实验有关的多媒体课件等相关素材提供给学生。进入实验室进行实验时，由实验室教师对授课教师事先提供给学生的素材（多媒体课件等）进行详细讲解，并预留下一些问题。因学生课下已经做好了预习，这样有效地节省了准备时间。为提高学生的动手能力，实验按每2~3人一组进行分组，撰写实验报告时，学生除需对实验数据进行整理分析外，尚需对实验室教师预留的问题进行解答。对实验过程中不懂的问题，也可以在实验报告上提出，最后由实验室教师汇总交给授课教师，由授课教师统一解答。同时，实验报告上必须注明小组每个人的分工。（4）综合性实验为选做性实验，可以是真实的物理性实验也可以是数值性实验，主要是针对学有余力的同学开展的。截至作者发稿前，学生自拟了轴向压杆稳定承载力的测定、焊接构件残余应力测量等多个实验项目；参与到教师的科研项目中的实验就更多了，诸如一些实际检测类的工程项目、实验室的科研试验项目等。6.课程考核注重多样性建设。课程考核过程中，摒弃了平时成绩+实验课程成绩+期末考试成绩加权计算总成绩、期末考试闭卷的传统作法。相关改进如下：（1）针对材料力学公式多、概念多的实际情况，考试时允许学生自备半张A4纸，半张A4纸单面（另一面空白）可以撰写自己认为重要的公式、概念等等，但只能自用不可互相传阅，考试结束时该半张A4纸写上姓名随同试卷上交。（2）减小主观性成绩在总成绩中所占比重，平时成绩主要依靠作业质量、出勤率等来确定，但仅占总成绩的10%；实验课程成绩分为A（优秀，对应90分及以上）、B（良好，对应80~90分）、C（中等，对应70~80分）、D（及格，对应60~70分）、E（不及格，对应60以下）五个等级，若实验成绩等级为E，则采用一票否决制，总成绩不合格；若等级为C或D，实验课程成绩占总成绩的30%；若等级为A或B，实验课程成绩占总成绩的20%。总体上，实验成绩越低，在总成绩中所占比重越大，就会导致总成绩越低，进而促进学生重视实验教学。
三、结束语
经过几轮的教学实践改革，针对我校土木工程专业材料力学的教学改革取得了初步成效，学生对材料力学的理解逐渐由一门抽象、难懂的“力学课”转变为土木工程专业的一门“专业基础课”，学生的学习兴趣、学习动力、动手能力、解决实际问题的能力大幅提高，学习过程中的参与感逐渐增强。但我们也意识到，材料力学教改工作是一项长期工程，需要我们顺应形势，进一步地探索和实践。
参考文献：
[1]张如三，王天明，陈君驹．材料力学[M]．北京：中国建筑工业出版社，1997．
[2]孙训方,方孝淑,关来泰．材料力学I[M]．第5版．北京：高等教育出版社,2009．
[3]刘鸿文．材料力学I[M]．第5版．北京：高等教育出版社,2011．
[4]刘萍华．20年来我国材料力学实验课程教学改革文献综述[J]．力学与实践，2009，31(6)：67-69．
[5]王涛,罗洪峰,王娟，等．材料力学教学改革的探索与实践[J]．实验科学与技术，2016，14(3)：116-118．
[6]闫冰洁．浅谈基于地方本科高校应用型人才培养的材料力学教学改革[J]．大学教育，2015：144-146．
[7]季顺迎，武金瑛，马红艳．力学史知识在材料力学教学中的结合与实践[J]．高等理科教育，2012（4）：137-142．
[8]宋曦，杨静宁．工科专业材料力学教学创新的探索与实践[J]．力学与实践，2010，32(2)：142-146．
[9]刘小蛮，杜国君．材料力学实验教学思考———会做、会用、会意[J]．力学与实践，2013，35(4)：74-77．
[10]GB50017-2003．钢结构设计规范[S]．[11]GB50010-2010．混凝土结构设计规范[S]．
材料力学刘鸿文范文2
【关键词】材料力学；教学方法；教学案例
如何上好一堂课？是教师终身思考的问题。材料力学作为机械、土木、材料、汽车等学科的专业基础课程，是基础课向专业课过渡的“桥梁”，为学生后续的学习与工作提供重要理论基础。在教学过程中如何帮助学生掌握材料力学的基础知识，深入理解该课程的知识体系，灵活运用材料力学知识解决实际工程问题是我们的教学目标和宗旨。
材料力学课程介绍几种变形：拉伸和压缩、剪切和挤压、扭转、弯曲以及他们的组合变形[1]，其课程体系有一条主线：内力-应力/变形-强度/刚度校核，在教学中我们围绕该主线组织开展教学活动。目前本科生上课积极性不高，如何上好一堂课，抓住学生的眼球，使学生主动走进课堂，带着兴趣来上课，是我们上好一堂课需要考虑的问题。本文以材料力学课程教学为例浅谈上好一堂课的几个方法。
1 启发式教学方法
启发式教学是教学过程中的常用方法。在讲授课程时要注重开好篇，引导学生对课程感兴趣。通常材料力学引言课从介绍基本概念和假设开始， 而我们先通过多媒体课件演示一些工程案例与学生进行讨论，例如比萨斜塔为什么屹立不倒；建于辽代（1056年）的山西应县佛宫寺释迦塔900多年来历经数次地震不倒，现存唯一木塔；加拿大圣劳伦斯河魁北克大桥，在架设中跨时，由于悬臂桁架中受压力最大的下弦杆丧失稳定，致使桥梁倒塌，9000吨钢铁成废铁，桥上86人中伤亡达75人；建于隋代（605年）的河北赵州桥桥长64.4米，跨径37.02米，用石2800吨，是当今世界上现存最早、保存最完善的古代敞肩石拱桥。列举这些工程案例，让学生展开讨论这些现象存在的原因，引入材料力学理论来研究并解决这些疑问，从而引入材料力学这门课。理论是概括工程实际问题，给出一套解决方法，从而处理一些工程现象。想要学习一门理论，我们首先给自然界中的物体一些概念定义，所以我们从介绍材料力学基本概念开始讲述这门课程。由于实际问题过于复杂，因此理论框架都是将实际问题简化，因此我们要给定一些假设，从而讲解材料力学理论中的几点假设： 连续性假设、均匀性假设、各向同性假设和小变形假设。通过启发式教学，带动学生学习兴趣，吸引学生注意，从而达到教学效果，完成教学目的。如果教师一味地介绍知识，教学过程枯燥无味，教师白费功夫，学生也浪费时间，因此在教学中采用启发式教学能达到事半功倍的效果。
2 问题式教学方法
教学改革的指导思想是教学思想的变革，由以教师为中心的填鸭式教学方式，改变成以学生为中心的启发式教学，讨论式教学等教学思路。这里我们根据实际课堂教学经验列举具体实例浅析问题式教学方法。给学生布置自学课程时，教师可以先提出几个问题，让学生带着问题读书自学找到答案。通过一问一答的过程学生基本掌握了该节课的主要内容。例如在讲解材料力学基本概念时，教师提问：材料力学的基本概念有哪些？分别用一句话概括每个概念；在讲解截面法求内力时，设置问题：截面法分几步，每一步分别是什么？讲解弯曲强度措施这节时，设置问题：提高弯曲强度措施有几种方法，每种方法分别是什么？设置自学课程时我们可以充分利用问题式教学方法，同样，讲完一节课时我们也可以设置思考题，学生通过回答思考题，对本节的关键问题理解更透彻，例如：讲完“积分法求弯曲变形”这节，设置思考题：积分法求变形有什么优缺点？对应可以提出“叠加法求弯曲变形的优缺点”。
3 顺藤摸瓜式教学方法
力学课程逻辑性强，我们通常可以采用顺藤摸瓜的教学方法。下面通过具体实例浅析顺藤摸瓜方法的应用。例如在讲解拉伸、压缩的超静定问题时，为了使两杆桁架更结实稳定，我们在中间加一根杆，通过列方程求杆上的内力，列平衡方程，出现两个方程三个未知力，只凭静力平衡方程不能求得全部轴力，还必须找到一个补充方程，我们发现几根杆的变形之间存在关联，因此找到变形协调方程，三个方程三个未知量可以顺利求解；再列举一个弯曲强度校核的例子：如图1所示，一形截面的外伸梁，已知：l=600mm，a=110mm，b=30mm，c=80mm，F1=24kN，F2=9kN，Iz=0.573×10-5m4，y1=0.072m，y2=0.038m，材料的许用拉应力[σt]=30MPa，许用压应力[σc]=90MPa，试校核梁的强度。
根据弯曲强度公式：最大正应力小于或等于许用正应力梁是安全的，最大正应力等于最大弯矩除以弯曲截面系数。因此，我们首先要画出弯矩图，找到弯矩最大值；求出弯曲截面系数。想要画弯矩图先求点A和B处的约束反力；若要求弯曲截面系数，先求出截面对形心轴z的惯性矩Iz以及最大拉/压应力距离形心轴的距离。因此这道题我们的解题步骤是：1.求约束反力。2.画弯矩图。3.求弯曲截面系数。4.求最大拉/压应力。5.强度校核。通过顺藤摸瓜式教学方法，学生掌握了学习该问题的逻辑，能更轻松地求解问题，同时锻炼了学生的理性逻辑思维能力。
4 归纳总结式教学方法
学生应养成归纳总结的习惯，例如学完一章，让学生总结这章的知识点有哪些，先从大的知识点总结出脉络，再将每个知识点拓展总结。例如学完“弯曲内力”这章，学生总结该章重点知识：1）求解各种形式静定梁的支座反力。2）剪力和弯矩的概念，理解剪力和弯矩的正负号规定。3）计算任意截面上的剪力和弯矩的数值。4）建立剪力方程、弯矩方程，正确绘制剪力图和弯矩图。总结知识脉络，学生再根据每条拓展总结；每个学期期末，学生自己写一份总结报告，列举出各章知识点；材料力学的几种变形（拉伸和压缩、剪切和挤压、扭转、弯曲）研究内容具有重复性，都是按照内力-应力/变形-强度/刚度校核的顺序介绍；并且应力和变形公式推导也具有相似处，例如应力公式推导都是从基本假设到静力学关系、几何关系和物理关系得到，引导学生自己总结出以上规律。
教育的目的是教书育人，育人是教育的宗旨，因此教师在教学中的目标是全方位培养学生的能力，本文总结的几种教学方法最终目标都是以学生为主体，引导学生主动积极思考、培养逻辑思维能力，激发学生主动学习的动力，把被动的学转变成主动的探索，主动地解决未知问题，兴趣是最好的老师，培养学生的好奇心，带着兴趣探索自然界的未知领域，达到教育的最高境界。
材料力学刘鸿文范文3
关键词：材料力学；扭转；切应力；截面
中图分类号：TB 文献标识码：A 文章编号：16723198（2012）14018401
1 等直圆杆横截面的选择计算
等直圆杆在现实生活中的应用比较广泛，圆杆有空心圆杆与实心圆杆之分，设计中怎样合理的设计圆杆的横截面，才能使构件能够承受更大的扭矩。即在相同的材料用量的条件下，怎样合理设计横截面的形式，才能使得构件能够承受的扭矩更大。为了研究这个问题我们先做以下假设：（1）假设构件的变形以扭转为主，其它的变形为次而可以忽略不计，按钮转变形对其进行计算设计。（2）假设自由扭转构件的破坏是由构件的强度条件控制的，即当自由扭转截面所受的切应力达到其极限承载切应力的时候构件发生破坏。忽略刚度和稳定性条件的控制。
在材料用量相同的条件下，由于杆件的长度是确定并且相等的，那么实心圆轴杆件与空心圆轴杆件的横截面积相等。取杆件的横截面面积为1，分别进行分析讨论。
1.1 等直实心圆杆所能承受扭矩的计算
实心圆杆的横截面面积：S=πD2/4=1（D为实心圆杆的横截面直径）。可以得到：D=4π=2π，圆截面的扭转截面系：Wp=πD316=π16×（2π）3=12π，那么实心圆杆的最大切应力为：τmax=TWp=T12π=2πT，则实心圆杆所能承受的最大扭矩为T=τmax2π。
1.2 等直空心圆杆极限切应力的计算
空心圆杆横截面的内直径用r表示，外直径用R表示，其比值 α=rR（0＜α＜1）。空心圆杆横截面的面积：S′=π（R2-r2）/4=1，可以得到：R=2π（1-α2），空心圆截面的极惯性钜为：I′p=∫Aρ2dA=∫R2r22πρ3dρ=π32（R4-r4）=πR432（1-α4），扭转截面系数为：W′p=I′pR/2=πR316（1-α4），将R代入可以得到：W′p=π（1-α4）16×［2π（1-α2）］3=12π×（1+α2）1-α2，那么空心圆杆的最大切应力为：τmax=T′W′p=2πT′×1-α21+α2。
由于杆件所用的材料是相同的，因此两者的所能承受的极限承载力是相同的，即τmax=2πT=2πT′×1-α21+α2，得到T=T′×1-α21+α2，即TT′=1-α21+α2，由于0＜α＜1，所以1+α2＞1，1-α2＜1，所以TT′=1-α21+α2＜1，即T＜T′。
因此，在材料用量相同的条件下，空心圆杆所能承受的最大扭矩大于实心圆杆圆杆所能承受的最大弯矩。那么，空心圆杆所能承受的最大弯矩为：T′=τmax2π×1+α21-α2。对于该圆杆的最大切应力τmax是一个确定不变的量，因此空心圆杆所能承受的最大弯矩主要由α的值确定。下面探究空心圆杆所能承受的最大弯矩随着空心圆截面的内外半径的比值α的变化规律。令f（α）=1+α21-α2（0＜α＜1）。首先运用微分法分析f（α）的变化规律。对f（α）进行积分，f′（α）=（1+α21-α2）′=3α-α3（1-α2）32=α（3-α2）（1-α2）32，显然，由于0＜α＜1，f′（α）＞0，说明f（α）是随着α的变化而递增的函数。利用Excel绘出f（α）随着α变化而变化的图形，如图1所示。
图1 f（α）变化图有上述分析可以知道，f（α）随着α的增大而增大，并用f（α）=1+α21-a2＞1。也就是说，空心圆杆所能受的扭矩T′=τmax2π×1+α21-α2是随着α值的增大而增大的，即随着空心圆截面的内外半径的比值α的增大，空心圆杆所能承受的最大扭矩也在增大。所以，合理的增大空心圆的内外半径的比值可以提高杆件所能承受扭矩。
从f（α）的变化曲线以及f（α）的关系式中可以看出，随着α的无限趋近于1，f（α）是趋于无穷大的。也就是说当空心圆截面的内外半径的比值α趋近于1的时候，即空心圆超薄的时候，构件所能承受的弯矩是无穷大的。这种结论显然是不成立的，这是因为我们在他就这个问题的时候仅仅考虑了强度的影响条件而忽略了刚度和稳定性的影响条件，而在实际情况中我们应该综合考虑三个方面的条件限制。
2 结语
综上所述，本文是以材料力学中的切应力的计算为背景，利用切应力的计算公式，并结合数学知识，探讨了等直圆杆的横截面选择问题。通过探究，我们可以知道，相对实心圆杆来说，空心圆杆能够承受更大的弯矩。并且，对于空心圆构件，在仅考虑强度条件的影响因素下，构件所能承受的最大弯矩是随着空心圆的内外半径比值的增大而增大的。
参考文献
材料力学刘鸿文范文4
【关键词】 材料力学 学习效率 积极性
1 材料力学课程的特点与教学现状
材料力学是高等院校工科中机械、土木等专业在高等数学和理论力学后开设的一门专业基础课，它基于固体力学的基础知识，主要研究构件在外力作用下的变形和破坏规律，为合理设计构件提供有关强度、刚度和稳定性的基本理论和方法[1]。它不仅是后续专业课程（钢结构设计原理、混凝土结构设计原理、结构抗震设计和桥梁工程等）的重要理论基础，又是解决工程实际问题的重要方法和手段，在许多工程技术领域有着广泛应用，而且它还是培养工科相关专业学生的创新实践能力的重要基础学科[2]。所以作为该课程的教师就需要深入研究如何讲好材料力学课程，提高教学效果，使学生能切实掌握材料力学相关基础理论，并培养学生分析问题、解决问题的能力，激发学生主动思考和研究的兴趣，培养创新思维和能力，从而达到预期的教学目标。
然而近几年来，随着高等教育的改革和发展，课程设置和授课学时的变化，材料力学的授课学时也被大量削减，同时，招生规模不断扩大，生源总体素质的下降，学生的基本功的参差不齐，必然会导致单班授课人数过多，教学的难度增加。此外，现今的大学校园里逃课现象司空见惯；课堂之上，睡觉，把玩手机的现象比比皆是；学生课堂学习积极性明显不高；材料力学挂科率居高不下，甚至到达耸人听闻的40%以上。因此，如何增强学生材料力学的学习效率已成为迫在眉睫的关键问题。
2 材料力学学习效率的提高
2.1 教学过程中的情感互动
学生作为独立个体，有着丰富细腻的情感，而作为材料力学课程的授课教师，最好能让自己的学生喜欢教师本人，至少做到不害怕、不讨厌，这就要求教师有着平易近人的态度和健康、乐观向上的人格魅力。另外，讲课时的语气、用词要尽量生动幽默、要深入浅出，复杂的例子简单化、生活化，而且说话时要注意与学生们的眼神交流，让学生有被重视的感觉，这样容易拉近老师与学生的距离。此外，有时还可以引导学生来举例，或者列举一些他们暂时不理解的力学现象，大家畅所欲言，课堂气氛活跃轻松，学生自然会喜欢上课。研究表明，兴趣爱好，是人们从事并投入某项活动的最佳推动器。因此，教学课堂中的情感互动能直接增强学生对材料力学课程的学习积极性，从而间接提升学生材料力学的学习效率。
同样、课堂教学时间的结束并不意味着教学过程互动的终结，课后的教学安排不仅是对前一堂课的总结和延续，也是对下一堂课的提高与发展。对每堂课的总结概括，对学生意见的征求是下一堂课提高教学质量的基础，通过作业进行互动是最常用的方式，根据作业和平时测验情况，可以采用质疑方式督促部分学生独立且积极主动学习。另外教师应主动留给学生自己的电子信箱、QQ或者微信号等，便于课后知识、情感、思想和生活交流，进一步加深彼此的了解，既促进知识的理解与巩固，又加强师生情感的交流，让学习变成轻松愉快的事情。
2.2 课程趣味性的提高
在传统的材料力学教学过程当中，其课程体系大都是以四种基本变形（轴向拉压、剪切、扭转和弯曲）为主线来展开，对课程的基本概念、基本理论及方法由简单到复杂、由特殊到一般进行阐述，以致长期以来形成了相对固定的教学模式。同时，由于材料力学课程概念多、理论性强、内容抽象且不好理解，从而造成学生对材料力学的学习有一定的畏难情绪；而且教材中工程实例较少，学生不知道所学知识能解决什么工程问题，就认为力学没有用，学习积极性不高，甚至有厌烦情绪的产生，这些都将必然导致学习效率低下的问题。
因此，材料力学课堂趣味性的提高尤其重要。力学来自工程实际问题，反过来，力学要服务于工程实际，同时，生活和工程中的实际例子以及一些简单实验是提高材料力学课堂趣味性的最好素材。例如：材料力学讲杆件拉压和扭转章节时，可以让学生自己动手，用粉笔做拉伸和扭转实验，引导学生注意观察断面形状，最后总结、对比课本理解一些问题；又比如，在开始讲平面图形截面性质时，可以做个简单的实验来提高学生的关注度和兴趣，拿几张纸，展开平铺在两个粉笔盒上，在纸上中间处不断增加粉笔的数量，直到纸被压弯，记录下此时粉笔的数量，然后让学生再把纸卷成圆筒或者方形筒放于两个粉笔盒上，同样再依次往纸筒中间处添加粉笔直到弯曲，记录下此时粉笔的数量，让学生对比哪一种工况条件下的承载能力大，引起学生积极思考；引导学生提出疑问：“纸的横截面积没变（两种情况下纸张相同），只是截面形状变了，其抗压的能力却变化很大，为什么？”，这样就为这一章开了一个好头，学生学习就有了兴趣。同样，弯曲强度一章较难，可举例设问：（1）60t的平板车怎样通过允许负重只有40t的大桥；（2）允许负重只有100kg的跳水版怎样才能够承受200kg的人在上面跳水。从问题出发，让学生在学完本章后帮助解决这些问题。这样学生学习有了目标，就有兴趣，效果自然好。
上述材料力学内容可以从简单的实验、工程实例以及适当的提问引导，充分调动学生的积极性和兴趣。而对于应力应变状态这种理论性、抽象性比较强的章节，这时就得源于教师对知识的理解和应用的熟练程度，用巧说的方式来把枯燥无味的理论描述为生动形象的故事，从而充分调动学生积极性与兴趣。如：摩尔圆――“剪应力和正应力的爱情”的故事，从前有个剪应力爱上了正应力，大部分时候正应力和剪应力是在一起，正应力在前，剪应力默默跟着，在摩尔圆上行走；剪应力很早就知道，在摩尔圆上，有一个地剪应力会变为零，她千万不能去；但是正应力从小的理想就是为了到一个地方，成为主应力；但是，有件事剪应力她一直不知道怎么开口，因为正应力成为主应力的地方，就是剪应力变为零的地方。类似这样的比方，不但能调动起学生的兴趣，同时也加深了对理论的理解。
2.3 新教学手段的引入
慕课[3]（Massive Open Online Courses， MOOC）是指大规模在线视频开放性课程。大规模（Massive）是指课程资源和参与学习者数量众多；开放性（Open）是指慕课课程资源向所有学习者开放；在线（online）是指依托于互联网技术，将课程资源公开到网上，供学习者分享、互动。慕课作为信息化技术与教育技术高度融合的新型教育教学方式，从2008年形成雏形并接受注册，短短几年时间就引起了世界教育界和著名大学的高度重视并纷纷参与，美国斯坦福大学、麻省理工学院、哈佛大学等世界著名高校率先建立慕课平台，并主动向世界推送在线课程。斯坦福大学校长将慕课比作教育史上“一场数字海啸”，《纽约时报》将2012年命名为慕课元年……。慕课使优质教育资源实现了公平共享，将推动教育事业的可持续发展。 材料力学课堂教学时间的结束并不意味着教学活动的终结，课后的教学安排是对前一堂课的总结和延续，而慕课作为一种新的教学形式与教学手段，可以引入作为材料课堂教学的延续。简短的视频，精炼的知识点讲解，可以作为学生预习复习的媒介，学生不仅能自由支配学习时间，同时也能更好地帮助学生加深对知识点的理解，提高学习效率。
3 结语
材料力学作为一门逻辑性较强的课，需要学生理解的难点、重点和抽象的知识点很多，一但整个环节中某一块听不懂、吃不透，就很容易产生消极怠学的情绪，因此，充分调动学生学习的积极性和兴趣显得尤为重要，这也主要取决于教师对知识的理解和灵活运用，同时也对教师在课堂情感互动、课堂趣味性、新教学手段的引入等方面提出了更高的要求。
参考文献：
[1]刘鸿文.材料力学[M].北京：高等教育出版社，2004.
材料力学刘鸿文范文5
关键词块体非晶;纳米压痕;有限元模型。
中图分类号TG139 文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)032-0112-01
块体金属玻璃(bulk metallic glasses,BMG)又称为块体非晶,是一种具有短程有序而长程无序的特征,固态时其原子的三维空间呈拓扑无序排列的亚稳态结构的合金。它具有优异的力学、物理和化学性能。在本文中我们所用的是一种典型的块体非晶:VIT-001()。
1Hertz理论的简要介绍
Hertz指出,如果在接触面的边界上作半圆球面,而用它在各点的高度代表压力在各该点处的大小,则位移关系可自动满足。作用于两个相互接触的无摩擦的弹性旋转体之间的压力分布是由Hertz最早给出的,即(其中为接触区域的半径)
(1)
Hertz并且通过对位移的计算,验证了压力的Hertz分布不会导致圆之外的接触。
2纳米压痕过程的一般描述
给出了一个加载―卸载循环过程的载荷―位移曲线。这里最重要的物理参量是最大载荷 ()、最大位移()、完全卸载后的剩余位移(),以及卸载曲线顶部的斜率()。参量被称为弹性接触韧度。
这里为接触面积,为约化弹性模量,是与压头几何形状相关的常数。而测试材料的弹性模量则可以根据计算出。对于金刚石压头,其参量分别为,,。
目前被广泛用来确定接触面积的方法是Oliver-Pharr方法,该方法是通过将卸载曲线顶部的载荷()与位移()的关系拟合为一指数关系:
式中和是拟合参数,为完全卸载后的位移。弹性接触刚度便可以根据(2)的微分计算得出
对于拟合一条完整的卸载曲线,不一定总能提供正确的描述,根据整条卸载曲线拟合得到的参量常常导致非常大的误差。因此通常只取卸载曲线顶部的25%到50%。
接触表面的投影面积A的经验公式为
式中为接触深度;是跟压头有关的待定系数,通过实验利用迭代方法可以获得。只要知道,我们就可以根据式(3)求出A。而对于弹性接触,接触深度总是小于压入深度,可由下式计算出:
式中:是一个与压头形状有关的常数。对于球形或棱锥形(Berkovich 和Vickers)压头=0.75,圆锥形压头=0.72。
一旦知道了接触刚度和接触面积,硬度和弹性模量便可以求出。
3球形压头作用下的应力计算
前面提到,Hertz给出作用于两个相互接触的无摩擦的弹性旋转体之间的压力分布为式(1),是平均压力,因此最大压力是平均压力的1.5倍。我们可以算出。
对于球形压头下的平板,最先进入塑性阶段的区域应该是在球下方沿的地方。通过考虑接触面半径为处的一个环形集中力,能够来计算沿轴的应力:
所以问题可转化为求(或)的极值。对于VIT-001,,,金刚石压头的弹性模量和泊松比前面已给出,把这些公式代入到方程⑷可以得到。应用Mathmatic软件,我们可以得到函数
的图像,进一步可求得处,剪应力取极
值。
,这个值可以保证被压材料始终处于弹性阶段,并且略小于第一次发生pop-in的荷载。利用公式可以算得。
4总结
纳米压痕与以前的硬度技术有很大不同,它是从纳米级的几何量度上对材料的力学性能进行把握,可以得到与材料宏观上很多不同力学性能。对于首次发生pop-in的现象和在大范围加载后卸载的残余形变仍需进一步的探索。不同硬度的材料在受压时会在压头周围产生堆积现象或沉陷现象,从而影响压头实际的压人深度,使得实际计算的硬度值发生偏差。如何消除这一误差,需要在材料的塑性变形机理方面做进一步的探讨。
参考文献
[1]徐秉业.接触力学[M].64～121.
[2]徐芝纶.弹性力学[M].上册.北京:高等教育出版社,1990.305～309.
[3]K.Wang,M.W.Chen,D.Pan,T.Fujita,W.Zhang,X.M.Wang,A.Inou.Plastic .
材料力学刘鸿文范文6
关键词：撒砂支架；有限元；疲劳；优化
中图分类号：TQ028.3 文献标志a：A 文章编号
引言
砂管支架断裂存在较大的安全隐患，所以对撒砂支架结构进行有限元仿真计算分析能够应力分布状况并根据此进行结构改进，达到设计要求。
1支架结构形式
该支架主体部分由8mm、10mm厚的板构成，安装在转向架下端。支架具体结构如图1.1所示。
1.1支架有限元模型
简化螺栓连接，将支架上端简化为全约束，将支架中间设备设为集中质量，生成计算模型。采用四面体10节点体单元[1]对实体模型进行离散。计算模型中节点总数为385047个，单元总数为240571个。
1.2支架基本计算载荷
该支架安装在转向架上，强度计算参考 BS EN13749-2011铁路设施.转向架结构要求[2]的规定方法。超常载荷包括最大垂向加速度=± 20.0 g ；最大横向加速度=± 10.0 g ；最大纵向加速度=± 5.0 g。疲劳载荷包括垂向加速度=± 6.0 g；横向加速度=± 5.0 g ；纵向加速度=± 2.5 g。
1.3支架载荷工况
将超常载荷、疲劳载荷以及实际运行情况对这些载荷的组合采取以下工况。
工况一：最大正向垂向加速度；工况二：最大反向垂向加速度；工况三：最大正向纵向加速度；工况四：最大反向纵向加速度；工况五：最大正向横向加速度；工况六：最大反向横向加速度；工况七：疲劳正向垂向加速度；工况八：疲劳反向垂向加速度；工况九：疲劳正向纵向加速度；工况十：疲劳反向纵向加速度；工况十一：疲劳正向横向加速度；工况十二：疲劳反向横向加速度。工况一～六为超常工况，工况七～十二为疲劳工况。支架与转向架构架连接处简化为全约束。
2强度评定依据
砂箱材质为Q235B，按照GB/T700-2006《碳素结构钢》标准和古德曼材料疲劳应力曲线该材料的机械性能如表2.1示。在强度评价中采用第四强度理论导出的等效应力（又称Von Mises 应力）来评价[3]，此等效应力不得超过相应计算工况的许用应力。第四强度理论的含义是：在任意应力状态下，材料不发生破坏的条件是：
3 强度计算分析
3.1计算结果分析
各工况的最大应力（即Von Mises应力，下文同）及出现位置见表3.1。后四种工况下焊缝处应力很大不满足许用应力上限，根据模型在更工况下的受力特点将模型部分进行修改如图3.1所示。
3.2改良模型计算分析
模型修改后各工况的最大应力及出现位置见表3.2。修改后模型满足所有工况条件，所有工况的最大应力值比原模型减小。
4结论
原模型无法达到设计要求，根据原模型的计算结果进行针对性修改，改良后模型满足所有工况条件，在疲劳横向加速度工况下应力最大减小46.25%，且模型总重量也有所下降。
参考文献：
[1] 王新敏， ANSYS工程结构数值分析[M]. 北京：人民交通出版社， 2007， 135-145.
