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材料力學(xué)論文:材料力學(xué)公式分類記憶方法

【摘 要】根據(jù)課程特點(diǎn)，結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，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，學(xué)生的計(jì)算準(zhǔn)確性和學(xué)習(xí)積極性均得到提高。

【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(duì)我校機(jī)械類、材料類專業(yè)學(xué)生開(kāi)設(shè)的一門(mén)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(wèn)題成為一個(gè)急需解決的主要問(wèn)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(guò)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(lái)記憶。

通過(guò)分類記憶，就算再難的公式也會(huì)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(dòng)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(huì)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(huì)逐漸增強(qiáng)，學(xué)習(xí)積極性不斷提高，從而體會(huì)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(lè)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(duì)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(guò)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(wèn)題如果解決不好，勢(shì)必會(huì)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(duì)學(xué)好材料力學(xué)缺乏信心，原因之一就是辛勤付出沒(méi)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(jī)不理想。分析原因，公式?jīng)]記住，解題錯(cuò)誤多，努力沒(méi)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(lái)。引入分類記憶方法后，公式記住了，成績(jī)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(yǔ)

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(guò)對(duì)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(duì)知識(shí)的學(xué)習(xí)和掌握要求，不僅僅是能領(lǐng)會(huì)教材中的知識(shí)，而且能把獲得的知識(shí)在頭腦中記憶下來(lái)。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(shí)。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。

材料力學(xué)論文:對(duì)新時(shí)期材料力學(xué)教學(xué)的幾點(diǎn)思考

【關(guān)鍵詞】 材料力學(xué)；青年教師；思考

材料力學(xué)是工學(xué)學(xué)科中力學(xué)類、機(jī)械類、土木類、航空航天類等專業(yè)一門(mén)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。在上述專業(yè)課程體系當(dāng)中，按照授課時(shí)間排序，材料力學(xué)是第一門(mén)系統(tǒng)性講解變形體（桿件）在外部載荷（以集中力、布力、集中力偶與溫度為主）作用下形變與內(nèi)部應(yīng)力相關(guān)計(jì)算的課程，內(nèi)容上完成了從質(zhì)點(diǎn)、剛體到變形體的過(guò)渡，上承高等數(shù)學(xué)、理論力學(xué)，下啟彈性力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、巖土力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)等專業(yè)課程，是連接基礎(chǔ)課與專業(yè)課的不可或缺的一環(huán)。目前，以建設(shè)世界一流大學(xué)和一流學(xué)科為目標(biāo)，筆者所在的上海理工大學(xué)正實(shí)施“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”，同時(shí)大力推進(jìn)多個(gè)專業(yè)的工程教育專業(yè)認(rèn)證。在這樣的背景下，如何將材料力學(xué)這門(mén)由于內(nèi)容相對(duì)經(jīng)典且邏輯性強(qiáng)，而在部分學(xué)生眼中顯得抽象枯燥的課程講好，使得學(xué)生通過(guò)課程學(xué)習(xí)能夠掌握材料力學(xué)中的思想方法及重要結(jié)論，并具備將其應(yīng)用于解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力，是值得從事材料力學(xué)教學(xué)工作的青年教師思考的一個(gè)重大問(wèn)題。下面，筆者結(jié)合工作實(shí)踐談幾點(diǎn)自己的看法。

一、講好緒論課

材料力學(xué)的緒論部分一般包括對(duì)本課程研究對(duì)象、研究?jī)?nèi)容、研究方法、基本概念、實(shí)際應(yīng)用，以及歷史沿襲、最新進(jìn)展、未來(lái)趨勢(shì)等的介紹。由于緒論并不涉及具體的公式推導(dǎo)與問(wèn)題求解，容易被相當(dāng)數(shù)量的習(xí)慣于應(yīng)試導(dǎo)向性學(xué)習(xí)的學(xué)生貼上“內(nèi)容空洞，學(xué)而無(wú)用”的標(biāo)簽，甚至一些授課教師也持有類似觀點(diǎn)，以幾句話將緒論匆匆?guī)н^(guò)，進(jìn)入相對(duì)“言之有物”的后續(xù)內(nèi)容。實(shí)際上，緒論的重要性并不亞于其他章節(jié)，一堂好的緒論課不但應(yīng)當(dāng)能夠使學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容產(chǎn)生清晰的整體印象，還應(yīng)起到拓寬其視野，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣的目的。緒論課的作用就好比“藏寶圖”加“指南針”，使學(xué)生在后續(xù)的學(xué)習(xí)過(guò)程中可以主動(dòng)地按圖索驥而不至迷失方向，最終獲得“寶藏”――即解決問(wèn)題的思想方法與需要掌握的知識(shí)點(diǎn)。

材料力學(xué)教材緒論部分所包含的知識(shí)點(diǎn)之間聯(lián)系相對(duì)松散，不存在能夠串起全部知識(shí)點(diǎn)的較長(zhǎng)邏輯鏈，因而在講課方面留給教師自由發(fā)揮的余地較大；但也正是由于無(wú)定式可循，講好緒論課的難度甚至還要高出講好具體理論課程的難度。為了使緒論課發(fā)揮其應(yīng)有的作用，組織課程內(nèi)容時(shí)不妨考慮以下幾點(diǎn)：

1. 以現(xiàn)實(shí)生活中常見(jiàn)實(shí)例作為開(kāi)頭，以設(shè)問(wèn)的形式引出材料力學(xué)的研究?jī)?nèi)容，即強(qiáng)度、剛度與穩(wěn)定性的概念。如，由建筑地基不均勻沉降導(dǎo)致的墻體裂縫多與地面呈45°的現(xiàn)象，以及2012年8月24日發(fā)生的哈爾濱陽(yáng)明灘大橋垮塌事故，引出強(qiáng)度的概念與重要性；由客機(jī)起飛時(shí)通過(guò)舷窗所觀察到的機(jī)翼彎曲現(xiàn)象，以及1998年6月17日發(fā)生的因Ka-50直升機(jī)上下兩副反向旋轉(zhuǎn)的旋翼槳葉碰撞而導(dǎo)致的墜機(jī)事故為例，引出剛度的概念及重要性。

2. 以材料力學(xué)的發(fā)展史為主線，重點(diǎn)介紹做出過(guò)突出貢獻(xiàn)的著名科學(xué)家及其工作，如伽利略、胡克、歐拉、拉格朗日、納維等人，使學(xué)生在深入學(xué)習(xí)具體理論之前即對(duì)課程內(nèi)容的背景及歷史沿革有所了解，對(duì)課程產(chǎn)生更加立體的第一印象。與此同時(shí)，還應(yīng)適當(dāng)增加與中國(guó)古代材料力學(xué)成就相關(guān)的部分內(nèi)容，如東漢末年經(jīng)學(xué)家鄭玄對(duì)于胡克定律的等價(jià)描述0，建于公元600年前后、世界現(xiàn)存第二古老的單孔敞肩圓弧石拱橋――趙州橋，以及建成于公元1056年、世界現(xiàn)存最高大的古代木構(gòu)建筑――山西應(yīng)縣佛宮寺釋迦塔等等。

3. 在講解材料力學(xué)基本假設(shè)時(shí)，不但需強(qiáng)調(diào)其在理論推導(dǎo)方面的意義，同時(shí)還應(yīng)從正反兩個(gè)方面舉例說(shuō)明其適用范圍，使學(xué)生對(duì)真實(shí)世界的復(fù)雜性與理論的局限性產(chǎn)生一定的感性認(rèn)識(shí)，為將來(lái)進(jìn)一步學(xué)習(xí)更高層次的課程做一鋪墊。如，對(duì)于連續(xù)性假設(shè)，可指出只有物體所占據(jù)的空間內(nèi)均充滿物質(zhì)不存在空隙，且物體變形后不發(fā)生重疊或開(kāi)裂現(xiàn)象時(shí)，物體的變形及內(nèi)力才能表示為物體內(nèi)部每一個(gè)物質(zhì)點(diǎn)的坐標(biāo)的連續(xù)函數(shù)，便于利用數(shù)學(xué)分析的方法進(jìn)行研究。盡管此假設(shè)在原子尺度上、甚至對(duì)于某些多孔材料在微米尺度上不再成立，但只要作為研究?jī)?nèi)容的材料的力學(xué)行為所發(fā)生的尺度遠(yuǎn)大于上述范圍，則仍然可以應(yīng)用此假設(shè)。如果物體的確包含宏觀裂紋或類似缺陷，那么采用斷裂力學(xué)的分析方法則更為適合。對(duì)于均勻性假設(shè)，可指出此假設(shè)意味著物體內(nèi)部各物質(zhì)點(diǎn)處均有相同的力學(xué)性能，所以材料屬性可以是獨(dú)立于物質(zhì)點(diǎn)坐標(biāo)的常數(shù)。盡管此假設(shè)對(duì)于金屬材料在晶粒尺度上、對(duì)于某些包含顆粒或纖維組分的復(fù)合材料甚至在10 μm的尺度上不再成立，但在宏觀尺度上仍可應(yīng)用均勻性假設(shè)。對(duì)于各向同性假設(shè)，可指出其適用于大多數(shù)金屬與高分子聚合物工程材料，但同時(shí)也存在大量不滿足此假設(shè)的常見(jiàn)材料，典型如竹子、木材、連續(xù)纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料單層板等。另外，還可舉例說(shuō)明宏觀尺度上各向同性的材料在細(xì)觀或介觀尺度上并非各項(xiàng)同性。最后，應(yīng)特別強(qiáng)調(diào)各向同性只是針對(duì)材料的彈性行為而言，并不包括強(qiáng)度，避免學(xué)生混淆概念。

二、優(yōu)化課堂內(nèi)容

現(xiàn)階段我國(guó)高校中材料力學(xué)的教學(xué)進(jìn)程大多沿著“直桿軸向拉壓圓截面軸扭轉(zhuǎn)直梁對(duì)稱彎曲應(yīng)力狀態(tài)與強(qiáng)度理論組合變形”的主線展開(kāi)，再附加壓桿穩(wěn)定與能量法有關(guān)內(nèi)容；對(duì)于桿件的三種基本變形（拉壓、扭轉(zhuǎn)、彎曲），又多沿著“變形假設(shè)幾何關(guān)系本構(gòu)關(guān)系平衡條件應(yīng)力公式變形公式”的順序進(jìn)行演繹推導(dǎo)。國(guó)內(nèi)外多種教材的內(nèi)容也基本按照上述思路編排或略加調(diào)整0-0。這種整體進(jìn)程安排符合由淺入深、從易到難、循序漸進(jìn)的一般教育原則，同時(shí)通過(guò)講解桿件的三種基本變形問(wèn)題，可加深學(xué)生對(duì)于材料力學(xué)中普遍采用的分析方法的理解與記憶。但是另一方面，這種傳統(tǒng)安排的不足之處表現(xiàn)為教學(xué)內(nèi)容重復(fù)性較大，且各部分之間的邏輯聯(lián)系不夠緊密，不利于學(xué)生在較短時(shí)間內(nèi)掌握材料力學(xué)的核心內(nèi)容0， 0，影響學(xué)習(xí)效率與積極性的提高。面對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)進(jìn)程安排、有限的課時(shí)（根據(jù)學(xué)生專業(yè)不同通常為64或48）與不斷增長(zhǎng)的對(duì)實(shí)際傳授知識(shí)量的需求三者之間的矛盾，優(yōu)化課堂內(nèi)容顯得十分必要。

1. 由于生活在信息時(shí)代、習(xí)慣于在若干目標(biāo)間快速轉(zhuǎn)移注意力的學(xué)生難以被包含較長(zhǎng)邏輯鏈的數(shù)學(xué)推導(dǎo)過(guò)程長(zhǎng)時(shí)間吸引，所以需要將傳統(tǒng)的“連續(xù)式”教學(xué)過(guò)程變?yōu)椤懊}動(dòng)式”教學(xué)過(guò)程，將每堂課所應(yīng)覆蓋的內(nèi)容歸納劃分為若干個(gè)知識(shí)點(diǎn)，每個(gè)知識(shí)點(diǎn)都包括設(shè)問(wèn)形式的開(kāi)頭、具體內(nèi)容講解、為下一個(gè)知識(shí)點(diǎn)鋪墊的結(jié)尾所構(gòu)成。考慮到學(xué)生一般可持續(xù)集中注意力的最長(zhǎng)時(shí)間約為10 分鐘左右，每個(gè)知識(shí)點(diǎn)所需講授時(shí)間在10～15 分鐘左右為宜，這樣一節(jié)時(shí)長(zhǎng)45分鐘的課程中即可安排3～4個(gè)知識(shí)點(diǎn)。

2. 對(duì)于桿件的基本變形，除按照現(xiàn)有教學(xué)順序進(jìn)行講授之外，還可在每一種基本變形相關(guān)內(nèi)容講授完畢之后，沿“外力內(nèi)力應(yīng)力應(yīng)變能量”的主線0重新演繹所學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生從不同角度觀察分析問(wèn)題，拓寬思路。在所有基本變形講授完畢之后，應(yīng)充分比較直桿在軸向拉壓、扭轉(zhuǎn)、彎曲時(shí)的分析方法與重要結(jié)論，并歸納提煉出共同特征，使學(xué)生從更高層次上整體理解與掌握課程內(nèi)容。另外在不改變基本教學(xué)順序的情況下，還可適量增加教材以外的內(nèi)容，目的在于加強(qiáng)學(xué)生對(duì)于解決材料力學(xué)問(wèn)題的一般方法的理解，不求艱深。例如，可利用推導(dǎo)直梁橫力彎曲時(shí)平衡微分方程的微元法，推導(dǎo)直桿軸向拉壓與圓截面軸扭轉(zhuǎn)時(shí)的控制方程0，而后兩者在現(xiàn)行教材中一般較少出現(xiàn)。

3.形形色色的有限元分析軟件已經(jīng)在工業(yè)界得到了大規(guī)模應(yīng)用，而材料力學(xué)的知識(shí)又是掌握有限元軟件使用方法的必要前提。為了培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，同時(shí)加深對(duì)于材料力學(xué)所學(xué)內(nèi)容的理解，可以在課程中增加有限元軟件的簡(jiǎn)單介紹與實(shí)際操作模塊，使學(xué)生具備利用ANSYS或者Abaqus解決簡(jiǎn)單材料力學(xué)問(wèn)題的能力。

三、合理運(yùn)用現(xiàn)代化教學(xué)手段

目前，以微軟公司的PowerPoint（簡(jiǎn)稱PPT）為代表的電子演示文稿已經(jīng)成為各高校必不可少的多媒體教學(xué)手段。傳統(tǒng)的以板書(shū)為主的教學(xué)模式中，授課教師需花費(fèi)大量時(shí)間在黑板上寫(xiě)字繪圖，期間背對(duì)學(xué)生，無(wú)法觀察學(xué)生的反應(yīng)，與學(xué)生的互動(dòng)時(shí)間也會(huì)相應(yīng)減少。而且板書(shū)的表現(xiàn)力有限，難以用生動(dòng)的形式解釋某些較難理解的概念。同時(shí)，以板書(shū)為主的教學(xué)模式要求授課教師對(duì)于在課堂上所要呈現(xiàn)的全部?jī)?nèi)容都爛熟于心，否則一旦記憶不牢，就有可能在面對(duì)空白的黑板時(shí)無(wú)從下手，致使教學(xué)效果大打折扣，而這也正是許多初上講臺(tái)的青年教師所要面對(duì)的問(wèn)題。板書(shū)的弱項(xiàng)卻是PPT的長(zhǎng)項(xiàng)，若以PPT為主要教學(xué)手段，由于不用花費(fèi)時(shí)間在黑板上寫(xiě)字繪圖，授課教師可一直面對(duì)學(xué)生，便于師生互動(dòng)，提高教學(xué)效率。另外，因?yàn)榇蟛糠种v授內(nèi)容均已預(yù)先記錄在PPT上，教師不用為偶爾忘記內(nèi)容擔(dān)心，實(shí)際上減輕了教師的負(fù)擔(dān)。不過(guò)另一方面，PPT在展示數(shù)學(xué)推導(dǎo)過(guò)程方面也有自身的局限性，由于所有內(nèi)容均為事先制作，缺乏根據(jù)需求臨場(chǎng)改變的自由度，不便于教師根據(jù)學(xué)生的反饋而從多個(gè)角度解釋部分推導(dǎo)過(guò)程。此外，較快的顯示速度也不利于學(xué)生對(duì)于推導(dǎo)邏輯的理解消化，而高度集中的注意力也容易造成學(xué)生的疲勞。在這方面，板書(shū)的點(diǎn)顯而易見(jiàn)，理論推導(dǎo)過(guò)程明晰，節(jié)奏適中，便于學(xué)生理解。因此，青年教師應(yīng)合理結(jié)合傳統(tǒng)板書(shū)與以PPT為代表的現(xiàn)代教學(xué)手段，利用自身熟悉多媒體素材與手段的優(yōu)勢(shì)，用大量可視化的內(nèi)容解釋材料力學(xué)中理論性較強(qiáng)、相對(duì)晦澀的概念；而在進(jìn)行理論推導(dǎo)時(shí)，則依靠板書(shū)，詳細(xì)講解思路與每一步的依據(jù)，并結(jié)合學(xué)生的反饋，重復(fù)重點(diǎn)步驟，這樣才能取得更好的教學(xué)效果。

智能手機(jī)是另一個(gè)可以利用的教學(xué)手段。盡管目前智能手機(jī)的濫用已經(jīng)成為一個(gè)普遍存在的影響課堂教學(xué)效果的因素，但不可否認(rèn)的是智能手機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合的確大大加快了信息傳播的速度，也大大方便了人與人之間的交流。正如大禹治水，堵不如疏，與其禁止學(xué)生在課堂上使用手機(jī)，不如引導(dǎo)其適度“正面”地使用手機(jī)或其他移動(dòng)通信終端，使手機(jī)為提高課堂教學(xué)效果服務(wù)。

材料力學(xué)作為工學(xué)學(xué)科多個(gè)專業(yè)的一門(mén)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，隨著“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的實(shí)施與工程教育專業(yè)認(rèn)證的推進(jìn)，對(duì)這門(mén)經(jīng)典力學(xué)課程的教學(xué)效果提出了更高的要求。作為從事材料力學(xué)教學(xué)工作的青年教師，在不改變現(xiàn)行教學(xué)體系的前提下，可充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性與熟悉新興教學(xué)方法與傳播手段的優(yōu)勢(shì)，從講好緒論課、優(yōu)化課堂內(nèi)容、合理運(yùn)用現(xiàn)代化教學(xué)手段三個(gè)方面著手，精心打磨材料力學(xué)，使其在新形勢(shì)下煥發(fā)生機(jī)，為培養(yǎng)適應(yīng)時(shí)展要求的創(chuàng)新型工程技術(shù)人才作出自身的貢獻(xiàn)。

材料力學(xué)論文:材料力學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：本論文Y合我校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)際情況，同時(shí)借助于材料力學(xué)理論知識(shí)，自主設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了材料力學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。材料力學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是一個(gè)基于web平臺(tái)開(kāi)發(fā)，采用B/S模式三層架構(gòu)，通過(guò)J2EE、SQL等技術(shù)開(kāi)發(fā)而來(lái)的一款網(wǎng)站系統(tǒng)，通過(guò)網(wǎng)頁(yè)接入服務(wù)器方式，在客戶端網(wǎng)頁(yè)進(jìn)行虛擬的材料力學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)，從而替代或補(bǔ)充在現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行的真實(shí)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)。該論文將詳細(xì)分析材料力學(xué)虛擬系統(tǒng)的各種需求和特性，以及所需的各類技術(shù)支持，剖析材料力學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)內(nèi)部的邏輯實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) web 材料力學(xué)

1 引言

隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)已經(jīng)在日常各類教學(xué)活動(dòng)中扮演著無(wú)可替代的角色，計(jì)算機(jī)的高效和智能解決了教學(xué)生活中許多重大或者難以解決的問(wèn)題。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)也繼承了這些特性，同時(shí)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)比起計(jì)算機(jī)軟件又擁有著許多特有的優(yōu)點(diǎn)，比如計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以做到實(shí)時(shí)更新與維護(hù)，而且比計(jì)算機(jī)軟件占用更少的資源，開(kāi)發(fā)難度也大大降低。

虛擬實(shí)驗(yàn)是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的虛擬技術(shù)。早起僅在模擬電路中被提出。比如著名的電路模擬軟件Labview便是虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的典型案例。在結(jié)構(gòu)和力學(xué)領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外采用有限元軟件、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件、以及部分建造軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，但是，這一類軟件主要是以分析和設(shè)計(jì)為主，但是在功能上，操作的流程和實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象展示往往很難滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要。

力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)一直是力學(xué)教學(xué)中一個(gè)必不可少的組成部分，但是隨著力學(xué)科學(xué)的發(fā)展，以及力學(xué)學(xué)科內(nèi)部劃分的紛繁復(fù)雜，力學(xué)實(shí)驗(yàn)器材種類特別繁多復(fù)雜，而且作為教學(xué)器材，數(shù)目巨大，且頻繁使用增加了器材的損耗，這無(wú)疑大量增加了教學(xué)費(fèi)用的開(kāi)支。

本課題利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)所具有的特性，通過(guò)計(jì)算機(jī)web的開(kāi)發(fā)，利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，制作了一款解決現(xiàn)實(shí)世界材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)所面臨的各類問(wèn)題的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，通過(guò)網(wǎng)頁(yè)接入的方式，非常方便快捷高效的將現(xiàn)實(shí)世界材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)移植于網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。將所有教學(xué)活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)化，將使材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)變得非常低廉、高效和可持續(xù)。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述

材料力學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)分為以下幾個(gè)階段完成。第一個(gè)階段由材料力學(xué)教研室完成典型的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和內(nèi)容，為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)提供理論保障；第二階段由學(xué)習(xí)材料力學(xué)的學(xué)生提實(shí)驗(yàn)操作的實(shí)際要求，操作的簡(jiǎn)易程度；第三階段由開(kāi)發(fā)人員根據(jù)教師和學(xué)生提出的實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行開(kāi)發(fā)和推廣。材料力學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)目標(biāo)為：（1）對(duì)已有的教學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和項(xiàng)目進(jìn)行有效分析、整理和完善。特別對(duì)影像照片、力學(xué)圖紙、力學(xué)使用說(shuō)明和操作流程等技術(shù)資料進(jìn)行歸檔，為后期開(kāi)發(fā)提供素材；（2）利用計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)，在線模擬實(shí)驗(yàn)的全過(guò)程，再現(xiàn)不同測(cè)試方法和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，將該技術(shù)應(yīng)用于本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)；（3）利用大型虛擬設(shè)備，并借助于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)外的典型應(yīng)用和操作流程，用于本科生入學(xué)，其他專業(yè)學(xué)生和實(shí)驗(yàn)人員開(kāi)展相關(guān)活動(dòng)。

本系統(tǒng)主體是web網(wǎng)站，采用了B/S模式下的三層架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)模式和 JavaEE及相關(guān)技術(shù)進(jìn)行界面開(kāi)發(fā)，采用SQL數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)對(duì)信息進(jìn)行高效安全管理。系統(tǒng)主要由三大功能模塊組成：學(xué)生界面模塊：主題是在線模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)K，同時(shí)包含在線交流答疑、公告廣播接收等輔助功能。教師界面模塊：主要提供模擬實(shí)驗(yàn)的更新、公告廣播的、學(xué)生檔案管理等功能。數(shù)據(jù)庫(kù)模塊：主要是對(duì)各類信息數(shù)據(jù)的管理。

3 系統(tǒng)的需求分析

在力學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，系統(tǒng)需求分析主要分為三塊，一塊是學(xué)生端實(shí)現(xiàn)，一塊是教師端實(shí)現(xiàn)，另一塊為數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)。

3.1 學(xué)生端

學(xué)生端主要為虛擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)的虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)K，雖然包含多個(gè)物理實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停浠炯夹g(shù)原理相同，受文章篇幅的限制，本文將以拉伸實(shí)驗(yàn)為例介紹虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)K的原理。

3.2 學(xué)生端登陸

學(xué)生若要使用本系統(tǒng)，必須擁有已注冊(cè)于服務(wù)器的賬號(hào)，如若沒(méi)有則需通過(guò)注冊(cè)向服務(wù)器錄入學(xué)生個(gè)人信息。注冊(cè)將會(huì)對(duì)注冊(cè)信息進(jìn)行必要的合法性檢查，其利用本地的JavaScript，通過(guò)后才會(huì)將個(gè)人信息錄入服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中。登陸完成后即可進(jìn)入學(xué)生端界面。

3.3 虛擬實(shí)驗(yàn)

虛擬實(shí)驗(yàn)界面中包含“實(shí)驗(yàn)大綱”、“實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)”、“儀器試件”、“虛擬實(shí)驗(yàn)”、“實(shí)驗(yàn)報(bào)告”、“留言答疑”以及“我的信息”等板塊。“實(shí)驗(yàn)大綱”、“實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)”界面為收錄的本次實(shí)驗(yàn)的原理教學(xué)和實(shí)驗(yàn)流程，“儀器試件”則通過(guò)圖片形式展示本次實(shí)驗(yàn)所用到的各類儀器。學(xué)生用戶可以通過(guò)瀏覽這些分類板塊了解本次實(shí)驗(yàn)的原理、流程、目的以及實(shí)驗(yàn)要求等信息，達(dá)到實(shí)驗(yàn)前的教學(xué)目的。當(dāng)學(xué)生充分理解實(shí)驗(yàn)后，就可以正式開(kāi)始“虛擬實(shí)驗(yàn)”環(huán)節(jié)，這也是本系統(tǒng)核心功能模塊。

“虛擬實(shí)驗(yàn)”環(huán)節(jié)開(kāi)始后，系統(tǒng)會(huì)通過(guò)前提JS，一些復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)則通過(guò)后臺(tái)servlet和 javaBean，依據(jù)具體實(shí)驗(yàn)隨機(jī)生成一定合理范圍內(nèi)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并通過(guò)request或session對(duì)象傳遞給jsp頁(yè)面。當(dāng)完成以上實(shí)驗(yàn)步驟后，學(xué)生用戶即可將虛擬實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)代入具體公式計(jì)算得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，至此整個(gè)“虛擬實(shí)驗(yàn)”環(huán)節(jié)結(jié)束。

3.4 報(bào)告提交

當(dāng)學(xué)生完成整體虛擬實(shí)驗(yàn)后，即可將整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程和所得數(shù)據(jù)結(jié)果整理成報(bào)告，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上傳提交與服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中，以備教師調(diào)閱或者學(xué)生自己查閱。同時(shí)系統(tǒng)也提供在線答疑功能，學(xué)生可將實(shí)驗(yàn)步驟中難以理解的環(huán)節(jié)通過(guò)郵件形式發(fā)予任課教師進(jìn)行咨詢，回復(fù)也以郵件形式發(fā)回學(xué)生郵箱中。

3.5 教師端

教師使用此系統(tǒng)也需要進(jìn)行賬號(hào)注冊(cè)以及信息的驗(yàn)證，驗(yàn)證過(guò)程同學(xué)生模塊，注冊(cè)完成后將信息收錄數(shù)據(jù)庫(kù)中。教師模塊的權(quán)限要高于學(xué)生模塊，教師模塊擁有整個(gè)系統(tǒng)的控制權(quán)限，教師可以通過(guò)教師端界面管理整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)。

3.5.1 報(bào)告管理

當(dāng)學(xué)生將實(shí)驗(yàn)報(bào)告提交于服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)之后，教師即可通過(guò)“報(bào)告管理”模塊查詢到所需要調(diào)閱的報(bào)告。查詢功能采用模糊搜索方式，可以根據(jù) “名稱”、“起始時(shí)間”、“結(jié)束時(shí)間”等條件對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的報(bào)告進(jìn)行檢索。教師擁有對(duì)報(bào)告數(shù)據(jù)庫(kù)表的更新管理權(quán)限，可以隨時(shí)刪減數(shù)據(jù)庫(kù)中的報(bào)告文件，并且教師可以上傳報(bào)告模版文件，供學(xué)生下載使用。

3.5.2 成績(jī)管理

通過(guò)“成績(jī)管理”模塊，教師可以在線打開(kāi)學(xué)生提交于報(bào)告數(shù)據(jù)庫(kù)中的文件。在打開(kāi)后的報(bào)告界面會(huì)出現(xiàn)“評(píng)分”選項(xiàng)，教師可以通過(guò)審閱學(xué)生提交的報(bào)告對(duì)學(xué)生虛擬實(shí)驗(yàn)的完成情況進(jìn)行等級(jí)評(píng)定工作。當(dāng)評(píng)定完成之后，評(píng)定的結(jié)果信息會(huì)被儲(chǔ)存于服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中，對(duì)不及格的報(bào)告，教師可在“報(bào)告管理”模塊將其刪除。學(xué)生可在收到評(píng)定結(jié)果為“不合格”的消息后再次進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)并重新提交報(bào)告，直至評(píng)定結(jié)果為“合格”為止。教師也可在評(píng)定結(jié)果后再次進(jìn)行修改，更改評(píng)定的結(jié)果。

同時(shí)，教師也可在此模塊中進(jìn)行檢索，搜索出所有“合格”或“不合格”的學(xué)生信息及報(bào)告，并通過(guò)相應(yīng)模塊做后續(xù)的管理操作。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)詳細(xì)的介紹，描述了材料力學(xué)虛擬系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)及工作流程，闡述了材料力學(xué)虛擬系統(tǒng)的優(yōu)越性，以及對(duì)現(xiàn)實(shí)物理實(shí)驗(yàn)所面臨的問(wèn)題的解決策略，材料力學(xué)模擬系統(tǒng)極大減少了現(xiàn)實(shí)物理實(shí)驗(yàn)的人力財(cái)力支出，是對(duì)現(xiàn)實(shí)物理實(shí)驗(yàn)的強(qiáng)大補(bǔ)充和替代。

材料力學(xué)論文:材料力學(xué)在力學(xué)學(xué)科及工程實(shí)際中的應(yīng)用

摘 要 材料力學(xué)是力學(xué)及機(jī)械、土木等相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)學(xué)科，其主要任務(wù)是研究桿狀材料的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。本文重點(diǎn)探討材料力學(xué)在其他力學(xué)學(xué)科，包括彈性力學(xué)、板殼力學(xué)及振動(dòng)力學(xué)等學(xué)科中的應(yīng)用。此外，還介紹了材料力學(xué)在工程實(shí)際中的應(yīng)用。這不僅能深刻闡明學(xué)習(xí)材料力學(xué)課程的意義，還通過(guò)實(shí)例及工程背景來(lái)加深學(xué)生的印象，提高教學(xué)效率。

關(guān)鍵詞 材料力學(xué) 彈性力學(xué) 板殼力學(xué) 振動(dòng)力學(xué) 工程應(yīng)用

0 引言

材料力學(xué)①是研究桿狀材料的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性的學(xué)科，也是力學(xué)、機(jī)械工程、土木工程等專業(yè)的必修課程。該學(xué)科的應(yīng)用范圍非常廣，不僅能解決一些強(qiáng)度校核、穩(wěn)定性驗(yàn)證問(wèn)題，還與其他力學(xué)學(xué)科，例如彈性力學(xué)、②板殼力學(xué)③和振動(dòng)力學(xué)④等的交叉非常普遍。此外，材料力學(xué)在工程實(shí)際和生活中的應(yīng)用也非常多。本文就通過(guò)材料力學(xué)在力學(xué)學(xué)科及工程實(shí)際中的應(yīng)用這兩部分來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。

1 材料力學(xué)在力學(xué)學(xué)科中的應(yīng)用

1.1 材料力學(xué)在彈性力學(xué)中的應(yīng)用

彈性力學(xué)是研究彈性體在外力作用、溫度變化及支座沉陷等外部因素作用下產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變、位移的一門(mén)學(xué)科。其研究對(duì)象、基本假設(shè)及研究方法與材料力學(xué)不同，且它的基本研究思路是基于平衡方程、物理方程和幾何方程。其中，彈性力學(xué)中物理方程的推導(dǎo)與材料力學(xué)息息相關(guān)，如圖1所示，根據(jù)廣義胡克定律，容易得到

式（1）中，%l1，%l2和%l3分別是材料力學(xué)中的第一、第二及第三主應(yīng)力，E和%e分別為彈性模量和泊松比。材料力學(xué)在彈性力學(xué)中的應(yīng)用還有很多，例如平面應(yīng)力問(wèn)題和平面應(yīng)變問(wèn)題的區(qū)分、應(yīng)力集中現(xiàn)象在彈性力學(xué)中的推廣、圣維南原理、利用切應(yīng)力來(lái)求解彈性力學(xué)問(wèn)題等等，此處不再一一贅述。

1.2 材料力學(xué)在板殼力學(xué)中的應(yīng)用

板殼力學(xué)是研究工程中的板殼結(jié)構(gòu)在外力作用下的應(yīng)力分布、變形規(guī)律和穩(wěn)定性的學(xué)科。其主要研究?jī)?nèi)容為薄板彎曲理論以及經(jīng)典解法、薄板穩(wěn)定問(wèn)題、薄殼一般理論。板殼問(wèn)題的求解過(guò)程中，通常會(huì)用到材料力學(xué)撓曲線方程的微分關(guān)系，例如，1820 年，Navier 首先成功求解了均布荷載作用下的簡(jiǎn)支矩形板的撓度問(wèn)題，如圖2中，四邊簡(jiǎn)支矩形板的邊界條件為

其中，撓曲線的曲率等于0，即是利用了材料力學(xué)中簡(jiǎn)支端的彎矩M=0的概念。此外，該方法求解簡(jiǎn)支矩形板的撓度，還利用了材料力學(xué)中的力法及位移法建立方程，且最終得到板的最大撓度發(fā)生在矩形的中心位置，即=a，=b處，這也與材料力學(xué)中簡(jiǎn)支梁中心位置處撓度最大的概念相符。

1.3 材料力學(xué)在振動(dòng)力學(xué)中的應(yīng)用

振動(dòng)力學(xué)是研究機(jī)械振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的一門(mén)學(xué)科。固有頻率的計(jì)算，是振動(dòng)研究重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題之一。而利用柔度法求解系統(tǒng)固有頻率時(shí)，材料力學(xué)的應(yīng)用可以讓問(wèn)題大為簡(jiǎn)化。如圖3所示為一帶有質(zhì)量塊的懸臂梁，為得到系統(tǒng)的固有頻率，可以將梁等效為彈簧，列振動(dòng)方程進(jìn)行求解，然而該方法比較復(fù)雜。此處，可以根據(jù)材料力學(xué)中集中力作用下懸臂梁自由端的撓度公式得到梁的柔度，從而可以進(jìn)一步得到系統(tǒng)的剛度和固有頻率，讓計(jì)算和推導(dǎo)過(guò)程簡(jiǎn)單化，基本計(jì)算過(guò)程如下：

類似地，還可以將材料力學(xué)中彎曲變形的概念應(yīng)用于振動(dòng)測(cè)試當(dāng)中。如D4（a）、（b）表示用力錘法測(cè)試固支梁固有頻率和阻尼比的振動(dòng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)及其原理圖。其中，實(shí)驗(yàn)構(gòu)件由四根兩端固支梁和兩塊矩形鋼板組成，用力錘敲擊矩形板的側(cè)面，測(cè)試出的系統(tǒng)固有頻率即為四根固支梁的振動(dòng)頻率。將系統(tǒng)看成四根并聯(lián)的彈簧，由材料力學(xué)知識(shí)，單根兩端固支梁的剛度為： 其中，E為彈性模量，I為慣性矩，L為固支梁的長(zhǎng)度，系統(tǒng)總剛度即為 = 48EI/L3，再根據(jù) = ，即可求解出系統(tǒng)的理論固有頻率，并將其與振動(dòng)測(cè)試設(shè)備得到的固有頻率相比較，便能驗(yàn)證該實(shí)驗(yàn)的精確性。

2 材料力學(xué)在工程實(shí)際中的應(yīng)用

除了在彈性力學(xué)、振動(dòng)力學(xué)等力學(xué)學(xué)科和專業(yè)課程以外，材料力學(xué)在工程實(shí)際和現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用也非常廣泛。例如，如圖5利用有限元軟件分析結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，其中，材料的屬性：包括彈性模量、泊松比等都需要參考材料力學(xué)的內(nèi)容，且分析結(jié)果的正確性及其精度，也都可以通過(guò)材料力學(xué)的理論分析予以證明。在數(shù)控機(jī)床強(qiáng)度分析、大型自然通風(fēng)冷卻塔的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，通常會(huì)涉及材料力學(xué)的基本概念。

此外，如圖6（a）所示，法國(guó)著名景點(diǎn)埃菲爾鐵塔的形狀，也可以利用材料力學(xué)中彎曲內(nèi)力的概念予以解釋。由于鐵塔水平風(fēng)向通常僅受到水平方向風(fēng)力的作用，因此從單個(gè)方向上可以將其等效為懸臂梁受水平風(fēng)載作用，其在均布載荷作用下的彎矩圖如圖6（b）所示。越靠近地面，彎矩越大，要保證結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，對(duì)建筑物的尺寸要求就越高。再考慮塔身自重以及不同高度和不同季節(jié)情況下風(fēng)速的差別等原因，才最終確定了埃菲爾鐵塔的形狀。巧妙利用了材料力學(xué)中彎矩的概念對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，這也是它與其他塔型建筑物的最顯著區(qū)別。

最后，在日常生活中接觸到的包裝袋會(huì)有鋸齒形狀或者小孔裂縫，方便與人們撕開(kāi)，這就用到了材料力學(xué)中小孔或者縫隙處會(huì)發(fā)生應(yīng)力集中的現(xiàn)象。此外，在汽車、船舶等交通運(yùn)輸工具中，通常會(huì)有材料拼接，拼接處由于材料不同，剛度出現(xiàn)急劇變化，此時(shí)也會(huì)發(fā)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，因此，一味增加此處材料厚度往往會(huì)適得其反。這些也都是材料力學(xué)在工程實(shí)際或現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著工業(yè)4.0概念的普及，高校教育越來(lái)越偏重于信息化、智能化，對(duì)學(xué)生的要求是理論聯(lián)系實(shí)際、知識(shí)用于實(shí)踐。本文通過(guò)介紹材料力學(xué)在力學(xué)學(xué)科及工程實(shí)際中的應(yīng)用，既可以激發(fā)學(xué)生對(duì)材料力學(xué)的興趣、提高課程的教學(xué)效率，又能讓學(xué)生真正了解材料力學(xué)的工程背景和實(shí)用價(jià)值。

材料力學(xué)論文:材料力學(xué)教改思考

摘 要 材料力學(xué)是工科類專業(yè)的一門(mén)重要技術(shù)基礎(chǔ)課。本文從培養(yǎng)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段三方面出發(fā)對(duì)材料力學(xué)課程的教學(xué)改革進(jìn)行了初步的探討和思考，以期能夠在今后的教學(xué)實(shí)踐中培養(yǎng)出適合國(guó)家需要的多層次、多類別專業(yè)人才。

關(guān)鍵詞 材料力學(xué) 教學(xué)內(nèi)容 改革

材料力W是工科類專業(yè)的一門(mén)重要技術(shù)基礎(chǔ)課，對(duì)航空航天類、土建類、機(jī)械類各專業(yè)顯得尤其重要。材料力學(xué)課程的任務(wù)是為解決工程實(shí)際問(wèn)題（強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性）提供必要的理論基礎(chǔ)。隨著材料制造工藝的飛速發(fā)展及計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益普及，傳統(tǒng)的材料力學(xué)課程在教學(xué)方法和內(nèi)容上需要改革調(diào)整。本文以下結(jié)合筆者所在高校的教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)，對(duì)今后材料力學(xué)課程的改革進(jìn)行了初步的探討和思考，以期能夠在新的歷史時(shí)期下，培養(yǎng)出國(guó)家所需要的多層次、多類別的專業(yè)人才。

1 進(jìn)一步明確培養(yǎng)人才的目標(biāo)

目前，中國(guó)正處于快速發(fā)展階段，急需大量的各行業(yè)人才，而培養(yǎng)人才的重任便落在各種高校身上。中國(guó)有幾百所工科大學(xué)，但每所高校培養(yǎng)人才的方式不一樣，其中絕大多數(shù)高校是以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為主，少數(shù)高校是以培養(yǎng)研究性人才為主。以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為主要目標(biāo)的高校，學(xué)生畢業(yè)后絕大多數(shù)都流入了生產(chǎn)型企業(yè)，他們主要從事相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)和設(shè)計(jì)工作，是產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中的中堅(jiān)力量。而以培養(yǎng)研究型人才為主要目標(biāo)的高校，學(xué)生畢業(yè)后有相當(dāng)一部分會(huì)流入研究所和設(shè)計(jì)研究院，主要從事以技術(shù)創(chuàng)新為主的研究和深度研發(fā)工作，是產(chǎn)品研發(fā)階段的創(chuàng)新型人才。培養(yǎng)技術(shù)應(yīng)用型人才的高校，應(yīng)側(cè)重教會(huì)學(xué)生如何“用”的問(wèn)題。而對(duì)于培養(yǎng)研究性人才的高校，更為重要的是告訴學(xué)生“為什么是這樣”的問(wèn)題。所以，首先應(yīng)該根據(jù)學(xué)校自身的定位，明確學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)，從而合理組織教學(xué)內(nèi)容。其次，應(yīng)根據(jù)不同的專業(yè)設(shè)置來(lái)明確教學(xué)內(nèi)容。

材料力學(xué)是力學(xué)、航空、航天、機(jī)械、動(dòng)力、土木、水利等專業(yè)的一門(mén)重要專業(yè)基礎(chǔ)科，而且是一門(mén)理論性很強(qiáng)的學(xué)科，其包含的公式，定理，思維方式，建模思路等對(duì)于各行業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)，創(chuàng)新發(fā)展，優(yōu)化問(wèn)題等方面起到很大幫助作用。不同專業(yè)對(duì)材料力學(xué)課程所要求的深度、廣度和側(cè)重點(diǎn)有所不同。所以，必須根據(jù)不同的專業(yè)設(shè)置，來(lái)安排和組織教學(xué)。在但無(wú)論培養(yǎng)什么樣的學(xué)生和什么專業(yè)的學(xué)生，都應(yīng)注重學(xué)生分析問(wèn)題的能力和解決問(wèn)題能力的培養(yǎng)，另外也應(yīng)注重學(xué)生的創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

2 教材內(nèi)容與時(shí)俱進(jìn)

傳統(tǒng)的材料力學(xué)課程主要以宏觀尺度的一維桿件為研究對(duì)象，在教學(xué)內(nèi)容上先安排講授桿件的四種基本變形形式及對(duì)應(yīng)的強(qiáng)、剛度問(wèn)題，在此之后講授組合變形并通過(guò)引入應(yīng)力狀態(tài)的概念引出組合變形模式下的強(qiáng)度問(wèn)題，最后安排講授壓桿的穩(wěn)定性問(wèn)題。以上講授內(nèi)容，自上世紀(jì)八十年代中后期就已經(jīng)成型，到30年后的今天仍然是材料力學(xué)的核心講授內(nèi)容。這樣的教學(xué)方式和考查形式著重培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)材料力學(xué)中的定理，理論和研究方法，然后解決一些傳統(tǒng)的問(wèn)題，然而這并不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，與我國(guó)快速發(fā)展的現(xiàn)狀越來(lái)越不適應(yīng)。因此，使教材內(nèi)容適應(yīng)國(guó)家發(fā)展是很重要的。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，材料制造工藝水平的不斷提高及新材料的不斷涌現(xiàn)，對(duì)材料力學(xué)這門(mén)“成熟”的課程提出了全新的力學(xué)問(wèn)題。如何在傳統(tǒng)的材料力學(xué)課程中適度、適時(shí)地反映這些全新的課題和進(jìn)展是十分必要的。特別是近年來(lái)有限元思想的快速發(fā)展，這對(duì)材料力學(xué)的學(xué)習(xí)和教學(xué)有了很大影響，在研究工程變形和靜定結(jié)構(gòu)的基本變形中，有限元思想更是突出了它的便利之處。另外，隨著新的交叉學(xué)科的不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)材料力學(xué)中的一些結(jié)論和分析方法，也已在其他一些學(xué)科中得到了具體應(yīng)用。但是，這種全新的應(yīng)用并沒(méi)有在傳統(tǒng)的材料力學(xué)課程中得到體現(xiàn)。因此，在當(dāng)前學(xué)科交叉日益密集的趨勢(shì)下，如何對(duì)傳統(tǒng)的材料力學(xué)內(nèi)容進(jìn)行安排和重組，以反映這種學(xué)科間的交叉和滲透也是十分必要的。

傳統(tǒng)的材料力學(xué)內(nèi)容已不能滿足現(xiàn)代工程技術(shù)的發(fā)展，這并不是說(shuō)要舍棄那些傳統(tǒng)內(nèi)容，而是要保留核心內(nèi)容，并加入一些新的思維方法，重組教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化課程體系，以達(dá)到完善教材，適應(yīng)時(shí)展的效果。這不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，還可以提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，提高學(xué)生解決問(wèn)題的能力，并有利于高校培養(yǎng)專業(yè)的人才，滿足國(guó)家的需求。因此，教學(xué)內(nèi)容與時(shí)俱進(jìn)勢(shì)在必行。

3 完善教學(xué)手段

目前，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，利用計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力來(lái)解決實(shí)際工程問(wèn)題以成為當(dāng)前的一種主流趨勢(shì)。計(jì)算機(jī)的普遍使用，也為材料力學(xué)課程教學(xué)方法提供了很大發(fā)展空間，老師應(yīng)該利用學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)的興趣，合理使用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)，不僅可以提高信息的輸送和表達(dá)，而且還能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和創(chuàng)造性。另外，利用多媒體教學(xué)，還能加深學(xué)生對(duì)材料力學(xué)基本概念的理解，相應(yīng)的提高了學(xué)生解決問(wèn)題的能力，計(jì)算機(jī)教學(xué)方式是傳統(tǒng)教學(xué)手段的有力補(bǔ)充。還有一些大型的商業(yè)有限元軟件，尤其是ANSYS軟件早已被用來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度計(jì)算。很多工科院校也已經(jīng)將ANSYS作為本科生或研究生的一門(mén)必修課程，通常都安排在材料力學(xué)課程之后學(xué)習(xí)。但是，在講授材料力學(xué)的過(guò)程中，也應(yīng)該充分利用ANSYS直觀形象的圖形顯示能力和強(qiáng)大的計(jì)算分析優(yōu)勢(shì)，來(lái)演示材料力學(xué)課程中的一些重要結(jié)論和驗(yàn)證一些主要假設(shè)的合理性問(wèn)題。舉例來(lái)說(shuō)，在學(xué)習(xí)梁的彎曲變形時(shí)，采取了平截面假設(shè)，也就是說(shuō)當(dāng)梁發(fā)生彎曲變形的時(shí)候，變形前原為平面的梁的橫截面變形后任保持為平面，且仍然垂直于變形后的梁的軸線。①這一假設(shè)的實(shí)質(zhì)是忽略了剪應(yīng)力對(duì)梁彎曲變形的影響，而且僅對(duì)長(zhǎng)高比較大的梁（ >5）近似成立。

在教學(xué)過(guò)程中，一般僅是定性的告訴學(xué)生這一結(jié)論。利用ANSYS軟件，通過(guò)不同的單元選擇，比如可以利用Timoshenko梁?jiǎn)卧S實(shí)體單元和三維實(shí)體單元，具體形象地展示不同單元的數(shù)值結(jié)果，從而定量的告訴學(xué)生這一假設(shè)合理性及適用性的問(wèn)題。此外，另外一款數(shù)學(xué)軟件Matlab也因其強(qiáng)大的分析和仿真功能，被廣泛地應(yīng)用于研究及教學(xué)領(lǐng)域。事實(shí)上，Matlab也早已被列為本科生的一門(mén)選修課。國(guó)內(nèi)一些高校也開(kāi)展了Matlab和材料力學(xué)課程相結(jié)合的一些有益探索和嘗試，比如利用Matlab計(jì)算超靜定機(jī)構(gòu)的支反力及繪制撓曲線的形狀等。②在材料力學(xué)課程中的把ANSYS，Matlab等仿真類軟件引入到材料力學(xué)課程教學(xué)中來(lái)，不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還可以加深學(xué)生對(duì)材料力學(xué)基本概念的理解，并有助于提高學(xué)生實(shí)際分析能力和解決問(wèn)題能力的提高，為其將來(lái)更好更快地解決實(shí)際工程問(wèn)題打下基礎(chǔ)。因此，在今后的材料力學(xué)教學(xué)中，應(yīng)該加大ANSYS，Matlab等軟件的介紹，在更深的層次上和教學(xué)過(guò)程相結(jié)合。

在利用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的同時(shí)，也應(yīng)該注重加強(qiáng)學(xué)生進(jìn)行材料力學(xué)試驗(yàn)，材料力學(xué)是一門(mén)理論性較強(qiáng)的學(xué)科。學(xué)生在學(xué)習(xí)基本概念和理論后，并不能完全理解，@就需要進(jìn)行材料力學(xué)試驗(yàn)來(lái)加深學(xué)生對(duì)理論的理解，使理論與實(shí)踐相結(jié)合。從簡(jiǎn)單的力學(xué)現(xiàn)象引出復(fù)雜的問(wèn)題，通過(guò)理論的學(xué)習(xí)進(jìn)而解決力學(xué)問(wèn)題揭示力學(xué)原理，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，通過(guò)看得見(jiàn)、摸得著的實(shí)驗(yàn)可以加深學(xué)生對(duì)抽象概念的理解，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力。

最后，要完善教學(xué)課堂，老師在完成規(guī)定的教學(xué)內(nèi)容后，應(yīng)該不斷鼓勵(lì)學(xué)生樂(lè)于提出問(wèn)題，并在課堂上解決，這不僅能激發(fā)學(xué)生的思考和發(fā)散思維，還能起到現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用的作用，更能加深學(xué)生對(duì)基本概念的理解，提高學(xué)生解決問(wèn)題的能力和創(chuàng)新能力。對(duì)于學(xué)有余力的學(xué)生，應(yīng)該給他們一些力學(xué)問(wèn)題，讓他們合作解決，最后在課堂教學(xué)之余舉行一個(gè)小競(jìng)賽，促使學(xué)生獨(dú)立思考和鉆研。這種教學(xué)方式不僅增強(qiáng)了學(xué)生自己查閱文獻(xiàn)和書(shū)籍的能力，還提高他們的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)他們接受新知識(shí)、新思想的能力，在使學(xué)生獨(dú)立思考的同時(shí)，也讓學(xué)生意識(shí)到團(tuán)隊(duì)合作的重要性，加強(qiáng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。總之，材料力學(xué)這門(mén)課程雖然是理論性學(xué)科，但是從課程理論學(xué)習(xí)、教學(xué)方式、課堂實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新等各個(gè)環(huán)節(jié)入手，并在各個(gè)過(guò)程中大膽創(chuàng)新，努力實(shí)踐，最終可以提高教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)，提高學(xué)生創(chuàng)新能力，使學(xué)校培養(yǎng)出高素質(zhì)，復(fù)合型人才，滿足國(guó)家對(duì)工程性技術(shù)人才的需求。

4 結(jié)語(yǔ)

材料力學(xué)是工科類專業(yè)一門(mén)重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程，筆者作為工科類材料力學(xué)課程的一線授課教師，對(duì)材料力學(xué)課程今后的教學(xué)改革方向提出了以上幾點(diǎn)思考和建議。為了培養(yǎng)出國(guó)家所需要的多層次、多類別的專業(yè)人才，在今后的教學(xué)工作中，只有明確了培養(yǎng)目標(biāo)，不斷改進(jìn)教學(xué)方法、與時(shí)俱進(jìn)地更新教學(xué)內(nèi)容，才能使學(xué)校培養(yǎng)出的學(xué)生肩負(fù)起時(shí)代所賦予的責(zé)任。

材料力學(xué)論文:以學(xué)生為主體的啟發(fā)式材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程改革

[摘 要]材料力學(xué)是工科高等院校十分重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，涉及機(jī)械工程、土木工程、石油工程等許多專業(yè)。針對(duì)工科高等院校材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程，提出以學(xué)生為主體的啟發(fā)式課程組織方法以及相應(yīng)的保障措施，打破傳統(tǒng)的材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，能使學(xué)生真正形成從“被動(dòng)”向“主動(dòng)”，再由“主動(dòng)”到“創(chuàng)新”的轉(zhuǎn)變。

[關(guān)鍵詞]材料力學(xué)；學(xué)生主體；啟發(fā)式；方法與措施

材料力學(xué)是工科高等院校十分重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，涉及機(jī)械工程、土木工程、石油工程等許多專業(yè)。該課程的本質(zhì)是探尋不同類型材料對(duì)于各種外力的承受能力以及內(nèi)部變化，從而進(jìn)一步分析各種材料的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。因此，在課堂理論教學(xué)的基礎(chǔ)上，它非常強(qiáng)調(diào)與之對(duì)應(yīng)的各種材料力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)。良好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程，不僅能夠提高學(xué)生對(duì)基本理論知識(shí)的掌握，而且能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)其分析和創(chuàng)新能力。

一、材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程現(xiàn)狀分析

當(dāng)前的材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果不盡如人意，總體而言存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題。1.教學(xué)模式單一。目前，材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)均采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，即教師講解實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)過(guò)程，之后學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，最后填寫(xiě)統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，獲取實(shí)驗(yàn)成績(jī)。2.學(xué)生參與度和積極性不高。由于缺乏對(duì)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的認(rèn)識(shí)，學(xué)生普遍存在不重視實(shí)驗(yàn)的問(wèn)題。由于材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)均為分組實(shí)驗(yàn)，每組成員2～8人不等，因此部分學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中完全依賴同組其他同學(xué)，有些對(duì)于實(shí)驗(yàn)原理都不甚了解。3.缺乏質(zhì)疑能力和創(chuàng)新意識(shí)。當(dāng)前，高校學(xué)生的學(xué)習(xí)具有很強(qiáng)的惰性，一味地接受書(shū)本和教師傳授的知識(shí)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生不會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)的原理或者方法展開(kāi)自己獨(dú)立的思考或者提出疑問(wèn)，更不會(huì)在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行更深層次的研究和創(chuàng)新。

二、材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的改革方法

針對(duì)以上問(wèn)題，本文就材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程提出以下改革思路。

（一）從被動(dòng)“填鴨”式向?qū)W生主體式轉(zhuǎn)變

當(dāng)前，課程教學(xué)改革大力倡導(dǎo)以學(xué)生為中心，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、質(zhì)疑能力以及創(chuàng)新能力。同樣，對(duì)于材料實(shí)驗(yàn)課程，也需要從傳統(tǒng)的以教師為主的教學(xué)模式，向以學(xué)生為主體的教學(xué)模式轉(zhuǎn)變。具體實(shí)施辦法為：充分發(fā)揮學(xué)生在材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中的主體作用，由學(xué)生自行分析材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)原理、參照大綱制定實(shí)驗(yàn)方案、分配實(shí)驗(yàn)任務(wù)、操作儀器設(shè)備、獲取試驗(yàn)結(jié)果、撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告等。在這一系列過(guò)程中，教師的身份要由從前的“講師”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩?dǎo)師”，即在學(xué)生遇到問(wèn)題時(shí)以參與者的身份負(fù)責(zé)答疑解惑。同時(shí)，為督促和提高每一位學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的參與度和積極性，在實(shí)驗(yàn)完成后，教師針對(duì)每一小組各隨機(jī)選取一名成員作為匯報(bào)人，對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、方法和結(jié)果等以前完全由教師講授的內(nèi)容進(jìn)行講解，該名成員匯報(bào)的得分，將成為本小組最終的實(shí)驗(yàn)成績(jī)。這樣不僅能夠有效地促進(jìn)小組成員之間的溝通和學(xué)習(xí)，而且能夠很好地避免部分學(xué)生的惰性和依賴性。

（二）從表格式的實(shí)驗(yàn)報(bào)告向小論文的轉(zhuǎn)變

傳統(tǒng)的材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告形式單一，學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)后，只需將實(shí)驗(yàn)結(jié)果逐一填入設(shè)計(jì)好的表格中即可。這樣的實(shí)驗(yàn)報(bào)告不僅會(huì)在很大程度上限制學(xué)生的分析思考能力，而且非常容易出現(xiàn)相互抄襲的現(xiàn)象。為此，若能將格式固定的表格式實(shí)驗(yàn)報(bào)告轉(zhuǎn)變?yōu)樾≌撐牡男问剑瑢?huì)從根本上解決這一問(wèn)題。在材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)小論文中，學(xué)生需要簡(jiǎn)述該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理、制定實(shí)驗(yàn)方案的依據(jù)、人員組織、具體實(shí)施情況、實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及本次實(shí)驗(yàn)所存在問(wèn)題等。教師對(duì)小論文的評(píng)分也應(yīng)從單純地重視實(shí)驗(yàn)結(jié)果，變成對(duì)以上各方面內(nèi)容的綜合評(píng)判。對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果不理想的學(xué)生，若能在小論文中正確地分析其原因，并且找出切實(shí)可行的解決方法，同樣能夠獲得較好的實(shí)驗(yàn)成績(jī)。

（三）基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與開(kāi)放實(shí)驗(yàn)相結(jié)合

在當(dāng)前高等院校大力倡導(dǎo)提高學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的大環(huán)境下，材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)進(jìn)一步向基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與開(kāi)放實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方向發(fā)展，為學(xué)生提供一個(gè)良好的實(shí)踐平臺(tái)，從而提高學(xué)生的思考、創(chuàng)新以及實(shí)際工程應(yīng)用能力。開(kāi)放實(shí)驗(yàn)的題目，可通過(guò)三種渠道獲取。1.學(xué)生自擬。通常由3～5名學(xué)生形成實(shí)驗(yàn)小組，根據(jù)材料力學(xué)課堂理論教學(xué)和基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，結(jié)合自己的學(xué)習(xí)興趣，擬定相應(yīng)的開(kāi)放實(shí)驗(yàn)題目。實(shí)驗(yàn)教師為學(xué)生提供所需的實(shí)驗(yàn)條件和相關(guān)理論指導(dǎo)，使其實(shí)驗(yàn)內(nèi)容能夠順利實(shí)施。2.教師提供。以學(xué)生未來(lái)的職業(yè)和專業(yè)為導(dǎo)向，教師為學(xué)生提供2～3個(gè)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)題目供學(xué)生進(jìn)行選擇。例如，材料力學(xué)中的直梁彎曲正應(yīng)力實(shí)驗(yàn)，其原理是直梁彎曲時(shí)，其表面粘貼的應(yīng)變片產(chǎn)生電阻變化，由應(yīng)變儀將信號(hào)放大并顯示其應(yīng)變情況。雖然學(xué)生在實(shí)驗(yàn)儀器準(zhǔn)備充分的情況下，大都能夠順利地完成實(shí)驗(yàn)，但是很少有學(xué)生能夠親自動(dòng)手粘貼應(yīng)變片或者搭接電橋線路。因此，教師可以在此實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提供相應(yīng)的開(kāi)放實(shí)驗(yàn)題目，給學(xué)生提供深入學(xué)習(xí)和實(shí)踐的機(jī)會(huì)。3.研究生科研項(xiàng)目帶動(dòng)。工科高校研究生在完成科研項(xiàng)目時(shí)，通常需要進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。例如，研究生利用力學(xué)實(shí)驗(yàn)室材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行PDC復(fù)合片壓縮實(shí)驗(yàn)。在其實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，可帶領(lǐng)1～2名本科生開(kāi)展相關(guān)實(shí)驗(yàn)工作。這樣，不僅能夠提高本科生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)其應(yīng)用及創(chuàng)新的能力，而且能夠?yàn)樗麄兘窈蟮膶W(xué)習(xí)或者研究工作奠定基礎(chǔ)。

三、材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程改革的保障措施

為了保證以上材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程改革的順利實(shí)施，需要做好相應(yīng)的保障工作，具體而言包括以下方面。

（一）實(shí)驗(yàn)教師能力的提升

新的材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程組織方法，突破了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，必然會(huì)為實(shí)驗(yàn)教師帶來(lái)更多的挑戰(zhàn)。實(shí)驗(yàn)教師自身的能力和素質(zhì)，很大程度上決定了材料力學(xué)課程改革的效果。傳統(tǒng)的材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教師只需根實(shí)驗(yàn)大綱和指導(dǎo)書(shū)按部就班地指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行相應(yīng)實(shí)驗(yàn)。然而改革后，實(shí)驗(yàn)教師更多的是扮演“導(dǎo)師”的角色，參與學(xué)生的實(shí)驗(yàn)，為其提供指導(dǎo)和幫助。這樣，勢(shì)必要求實(shí)驗(yàn)教師具有更深更廣的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，以及輔導(dǎo)各類型實(shí)驗(yàn)的綜合能力。為此，對(duì)于現(xiàn)有材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教師而言，應(yīng)當(dāng)不斷充實(shí)自己。對(duì)于學(xué)校來(lái)說(shuō)，應(yīng)當(dāng)吸引更多有能力的優(yōu)秀人才從事材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作，并且提供有利的條件，加強(qiáng)其與其他開(kāi)設(shè)相關(guān)課程的高校之間的交流和學(xué)習(xí)，讓實(shí)驗(yàn)教師“走出去”，把好的思路和想法“引進(jìn)來(lái)”。

（二）實(shí)驗(yàn)設(shè)備條件的保障

加強(qiáng)現(xiàn)有設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)，并在此基礎(chǔ)上，增加新的儀器、設(shè)備的投入。目前一些學(xué)校的材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，如靜態(tài)應(yīng)變儀、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)的年代都相對(duì)比較久遠(yuǎn)，已無(wú)法完全滿足新的材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的需要。因此，對(duì)于有條件的學(xué)校，可購(gòu)置一批先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，以保證課程改革的需求。同時(shí)，在新的材料力學(xué)課程組織模式下，應(yīng)把基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與開(kāi)放實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，各類型實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)室之間需要進(jìn)一步加強(qiáng)協(xié)調(diào)與配合，制定相應(yīng)的管理制度，這樣才能保證材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程改革的順利開(kāi)展。

（三）給予學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐學(xué)分激勵(lì)

在材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程改革中，學(xué)生的主體地位，學(xué)生的積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性直接影響著新的實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)施程度。只有充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和積極性，才能從真正意義上打破傳統(tǒng)教學(xué)模式，提高材料力學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平。然而，當(dāng)前大學(xué)生學(xué)習(xí)具有很強(qiáng)的惰性，只要與學(xué)分無(wú)關(guān)的事情就不愿意去做。作為學(xué)校，恰好可以利用學(xué)生的這一特點(diǎn)，采用創(chuàng)新實(shí)踐學(xué)分激勵(lì)的辦法，對(duì)于材料力學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)后，成功完成相應(yīng)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)的學(xué)生，給予額外的學(xué)分獎(jiǎng)勵(lì)，由此推動(dòng)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程改革的順利進(jìn)行。

四、結(jié)語(yǔ)

打破常規(guī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，是以學(xué)生為主導(dǎo)的啟發(fā)式材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程改革的關(guān)鍵。同時(shí)，需要從實(shí)驗(yàn)教師、實(shí)驗(yàn)O備等方面為改革的實(shí)施提供保障。本文所提出的材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程改革方法，也能為其他相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程的改革提供參考和思路。

材料力學(xué)論文:材料力學(xué)與結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的相互滲透與融合

【摘 要】本文通過(guò)材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)兩門(mén)課程的對(duì)比，已完成教學(xué)上兩門(mén)課程的融會(huì)貫通。

【關(guān)鍵詞】材料力學(xué)；結(jié)構(gòu)力學(xué)；融會(huì)貫通

0 前言

材料力學(xué)是許多工科專業(yè)的一門(mén)重要基礎(chǔ)課，是一門(mén)為設(shè)計(jì)工程實(shí)際構(gòu)件提供必要理論基礎(chǔ)、理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的課程，主要研究桿件在拉、壓、扭、彎等基本變形以及組合變形形式下構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度以及穩(wěn)定性的計(jì)算，而且還為結(jié)構(gòu)力學(xué)、混凝土結(jié)構(gòu)等課程奠定良好的基礎(chǔ)。

結(jié)構(gòu)力學(xué)則是力學(xué)以及土木工程等專業(yè)的更為重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是一門(mén)為設(shè)計(jì)實(shí)際工程結(jié)構(gòu)提供理論依據(jù)和計(jì)算數(shù)據(jù)的課程。材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)這兩門(mén)課程在土木工程專業(yè)中占有非常重要的地位，同時(shí)又是該專業(yè)碩士研究生的考試課程之一，課程中許多地方有著幾乎相似的知識(shí)體系內(nèi)容，但又因研究的結(jié)構(gòu)體系的復(fù)雜程度不同而有差異，若能將兩門(mén)課程深入研究，在講解結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的同時(shí)將兩門(mén)課程知識(shí)內(nèi)容相互滲透與融合，完成課程間的銜接過(guò)渡、交叉與融合，完成在學(xué)習(xí)新的知識(shí)內(nèi)容的同時(shí)又能進(jìn)一步理解原有基礎(chǔ)知識(shí)的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)兩門(mén)課程的融會(huì)貫通，從而可以取得良好地教學(xué)效果。

1 材料力學(xué)與結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的不同與相似之處

材料力學(xué)主要研究簡(jiǎn)單構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度以及穩(wěn)定性的計(jì)算原理和方法而結(jié)構(gòu)力學(xué)則是研究復(fù)雜構(gòu)件體系相同方面的計(jì)算，所以結(jié)構(gòu)力學(xué)要研究結(jié)構(gòu)的幾何組成分析。

材料力學(xué)是基礎(chǔ)課程，它為更多的不同工科專業(yè)奠定基礎(chǔ)，如機(jī)械設(shè)計(jì)與制造、材料成型、機(jī)械電子工程、土木工程、化工機(jī)械、軌道交通等眾多專業(yè)都以此課程為基礎(chǔ)，因此該課程內(nèi)容涉及范圍廣泛，變形桿件的變形復(fù)雜，相應(yīng)的不同變形下的內(nèi)力以及位移計(jì)算復(fù)雜，甚至包括各種組合變形形式下的內(nèi)力和位移計(jì)算，雖然構(gòu)件體系簡(jiǎn)單，但變形復(fù)雜多樣。因此不同變形形式下的內(nèi)力、應(yīng)力以及位移計(jì)算各有不同。

結(jié)構(gòu)力學(xué)是工科專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，只有少數(shù)專業(yè)開(kāi)設(shè)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程，如：土木工程、橋梁隧道、水工工程等專業(yè)，由于它更注重于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系在彎曲、剪切、拉壓這三種變形形式下的強(qiáng)度、剛度以及穩(wěn)定性的計(jì)算，相對(duì)于材料力學(xué)，涉及到的變形簡(jiǎn)單，基本不涉及組合變形的計(jì)算，相應(yīng)的計(jì)算彎曲、剪切、拉壓變形形勢(shì)下的內(nèi)力以及位移的方法則更加具體靈活，相應(yīng)的方法也更加簡(jiǎn)單多樣，所以應(yīng)用結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法來(lái)解決材料力學(xué)的某些彎曲及拉壓?jiǎn)栴}則顯得非常簡(jiǎn)單，特別是材料力學(xué)中由于彎曲或拉壓引起的位移計(jì)算尤為簡(jiǎn)單。

2 材料力學(xué)課程與結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的相互融通

材料力學(xué)課程是結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的基礎(chǔ)，盡管材料力學(xué)所提供的各種計(jì)算方法與結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法相比顯得較為麻煩，但如果沒(méi)有這些最基礎(chǔ)的方法的奠定，后面的方法在學(xué)習(xí)的過(guò)程中理解起來(lái)會(huì)有一定的難度。如在材料力學(xué)中所提供的計(jì)算位移的方法雖然很多：（1）變形位移比較法；（2）實(shí)功方程法；（3）撓曲線微分方程法；（4）疊加法；（5）能量法的卡氏第二定理，雖然方法很多，但這些方法更具基礎(chǔ)性，分析和計(jì)算都較為繁瑣，有些還有一定的局限性。而在結(jié)構(gòu)力學(xué)課程中由變形體系虛功原理的虛功方程導(dǎo)出的計(jì)算位移的單位荷載法，則無(wú)論是任何因素引起的位移也無(wú)論變形體系的變形在什么變形范圍都可以解決。特別是應(yīng)用單位荷載法莫爾積分的圖乘法可以較為輕松的解決線彈性范圍內(nèi)荷載作用下的位移計(jì)算問(wèn)題。不僅如此，各種廣義荷載因素如：溫度變化、基礎(chǔ)沉陷、材料收縮、制造誤差等眾多因素引起的位移計(jì)算都變得非常簡(jiǎn)單。如果能夠掌握結(jié)構(gòu)力學(xué)中桿系結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算，那么解決單個(gè)桿件的內(nèi)力那也將易如反掌。所以學(xué)習(xí)好結(jié)構(gòu)力W對(duì)更好的理解和掌握材料力學(xué)的教學(xué)內(nèi)容起到很好的促進(jìn)作用。只要老師在講解結(jié)構(gòu)力學(xué)的同時(shí)，與材料力學(xué)的知識(shí)內(nèi)容相互結(jié)合并比較，就可以完成兩門(mén)課程知識(shí)內(nèi)容上的融會(huì)貫通，這樣不僅可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還可以充分理解以往所學(xué)材料力學(xué)課程的知識(shí)內(nèi)容，使得兩門(mén)課程的知識(shí)內(nèi)容銜接自然流暢，完成材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)兩門(mén)課程的完美結(jié)合，知識(shí)內(nèi)容的融會(huì)貫通。

材料力學(xué)論文:對(duì)比法在材料力學(xué)教學(xué)中的重要性及應(yīng)用舉例

【摘 要】材料力學(xué)作為土木工程及機(jī)電工程系學(xué)生重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，其在基礎(chǔ)力學(xué)教學(xué)中有著非常重要的位置，這部分內(nèi)容學(xué)習(xí)的特點(diǎn)是需要記憶的知識(shí)點(diǎn)比較多比較散，學(xué)生記憶掌握起來(lái)比較困難，很多學(xué)生往往是課程開(kāi)始興趣十足，學(xué)到一半?yún)s興趣盡失。那么如何在講課中避免這種現(xiàn)象發(fā)生呢？本文從對(duì)比法在材力研究的問(wèn)題、方法、公式及有關(guān)規(guī)律等幾個(gè)方面的應(yīng)用舉例出發(fā)，闡述了對(duì)比法在材料力學(xué)教學(xué)中的重要性。

【關(guān)鍵詞】材料力學(xué)；教學(xué)方法；對(duì)比法；應(yīng)用舉例

材料力學(xué)作為土木工程及機(jī)電工程系學(xué)生重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，其在基礎(chǔ)力學(xué)教學(xué)中有著非常重要的位置，這部分內(nèi)容學(xué)習(xí)的特點(diǎn)是需要記憶的知識(shí)點(diǎn)比較多比較散，學(xué)生記憶掌握起來(lái)比較困難，因此，這部分內(nèi)容對(duì)學(xué)生而言學(xué)習(xí)起來(lái)感覺(jué)比較頭疼，往往是課程開(kāi)始興趣十足，學(xué)到一半?yún)s興趣盡失。那么如何在講課中避免這種現(xiàn)象發(fā)生呢？講課中多采用對(duì)比法不失為一種行之有效的方法。

1 從材料力學(xué)中研究的問(wèn)題上對(duì)比

材料力學(xué)主要研究地是件在各種基本變形及組合變形情況下的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性計(jì)算問(wèn)題，而研究強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性問(wèn)題都從外力入手，然后研究其構(gòu)件內(nèi)部受力及內(nèi)力圖，進(jìn)而進(jìn)一步研究應(yīng)力、變形及相應(yīng)的強(qiáng)度剛度和穩(wěn)定性條件，進(jìn)行必要的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性計(jì)算。從這些研究?jī)?nèi)容上看，每種變形研究地問(wèn)題都是相同的，但是因?yàn)槎鄶?shù)教材體系分章是以變形形式為主線進(jìn)行的分章，從而使研究的問(wèn)題相同這一特點(diǎn)變得不再明顯，也即人為造成學(xué)生第一知覺(jué)是材料力學(xué)的內(nèi)容比較多，知識(shí)點(diǎn)比較散。如果教師在講完緒論后，講授具體問(wèn)題之前，能把研究的問(wèn)題做個(gè)比較說(shuō)明，那么學(xué)生就會(huì)對(duì)所要學(xué)習(xí)的能容有個(gè)比較清晰的認(rèn)識(shí)，就會(huì)在教學(xué)過(guò)程中始終讓學(xué)生感覺(jué)到材料力學(xué)的內(nèi)容是形散神不散，從而達(dá)到學(xué)起來(lái)事半功倍的比較好的教學(xué)效果。

2 從研究方法上對(duì)比

首先，從大的方面看，強(qiáng)度計(jì)算和剛度計(jì)算方法是類似的，即強(qiáng)度計(jì)算和剛度計(jì)算都是從外力、內(nèi)力計(jì)算、應(yīng)力和變形計(jì)算入手，然后用工作應(yīng)力和桿件變形量與各自許用值作比較建立一個(gè)不等式的強(qiáng)度和剛度條件，進(jìn)而解決三種類似的問(wèn)題，即強(qiáng)度和剛度校核問(wèn)題，設(shè)計(jì)截面問(wèn)題和確定許可載荷問(wèn)題，所不同的只是強(qiáng)度條件與剛度條件中描述應(yīng)力與描述變形的量所用的記號(hào)不同，計(jì)算公式不同，所以講課時(shí)如能對(duì)這兩部分的內(nèi)容做個(gè)簡(jiǎn)單的比較說(shuō)明則同樣也可達(dá)到事半功倍的效果。

其次，從具體內(nèi)力計(jì)算方法、正負(fù)規(guī)定、內(nèi)力圖作法和應(yīng)力公式推導(dǎo)方法上看，各種變形下的內(nèi)力計(jì)算基本方法都相同都是截面法，但截面法不是最好的方法，因此，在其基礎(chǔ)上又總結(jié)出規(guī)律法，如求指定截面上的軸力、剪力和彎矩的規(guī)律法，規(guī)律法的具體規(guī)律雖各不相同，但規(guī)律的基本骨架基本相同，而各種內(nèi)力的正負(fù)規(guī)定內(nèi)力圖的規(guī)定方法也都相同，即正負(fù)都是從微段變形情況出發(fā)規(guī)定各種內(nèi)力正負(fù)，內(nèi)力圖都是平行桿軸的坐標(biāo)表示界面位置，垂直桿軸的坐標(biāo)表示內(nèi)力，正的內(nèi)力在位置坐標(biāo)上負(fù)的在下（土木工程的彎矩正負(fù)規(guī)定除外）。除此以外，各種變形的應(yīng)力公式推導(dǎo)方法也是相同的，即都是從觀察試驗(yàn)入手，然后提出假設(shè)，再綜合其變形幾何關(guān)系、物力關(guān)系和靜力學(xué)關(guān)系推導(dǎo)出具體公式，而且這種方法不僅僅是推導(dǎo)應(yīng)力的專屬，在求解超靜定問(wèn)題時(shí)同樣是結(jié)合這三個(gè)方面進(jìn)行的推導(dǎo)計(jì)算，所以由此可見(jiàn)，在材力教學(xué)中采用對(duì)方法的重要性。

3 公式和規(guī)律方面的對(duì)比

材力中除了研究問(wèn)題和研究方法有相同之外，各種基本變形的應(yīng)力公式、各種基本變形的變形公式及變形能公式及強(qiáng)度條件和剛度條件也都有著相似性，除此以外求各種內(nèi)力的規(guī)律也是相似的，如果在講課中能加以比較，使學(xué)生在比較中去記憶勢(shì)必使記憶變的容易，這不僅可以避免記混淆，而且還可以起到溫故知新、加深理解的目的從而也能達(dá)到事半功倍的教學(xué)效果。

綜上所述，在材料力學(xué)教學(xué)中應(yīng)用對(duì)比法不僅可以使研究問(wèn)題和相關(guān)知識(shí)點(diǎn)變的清晰，讓學(xué)生感覺(jué)到其形散神不散，也能讓大量的公式和規(guī)律記憶起來(lái)不易混淆，使學(xué)習(xí)變的更容易，從而避免學(xué)生因內(nèi)容繁雜、枯燥、難記而喪失濃厚的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)熱情，進(jìn)而收到事半功倍的教學(xué)效果。

材料力學(xué)論文:探討材料力學(xué)在水利水電工程中的應(yīng)用

摘 要：伴隨著近些年大型水利工程建設(shè)各種失敗案例的發(fā)生，人們?cè)絹?lái)越清楚的認(rèn)識(shí)到材料力學(xué)和水利水電工程中的重要作用，無(wú)論是水平水電工程強(qiáng)度的合格與否，或者是怎樣選擇更合適的材料，材料力學(xué)都提供了有效解決措施。本文從材料力學(xué)的應(yīng)用原理入手，詳細(xì)探討了材料力學(xué)在水電工程中的實(shí)際應(yīng)用情況，通過(guò)本文的研究，更好的表明了材料力學(xué)在水利水電工程中發(fā)揮的重要作用。

關(guān)鍵詞：材料力學(xué)；水利水電工程；應(yīng)用

在科學(xué)技術(shù)日漸發(fā)展的時(shí)代背景下，人們?cè)絹?lái)越重視管理的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新，在水利水電工程中也是如此。材料力學(xué)主要探索的是材料在外力條件下發(fā)生應(yīng)變、應(yīng)力、強(qiáng)度的變化以及對(duì)材料造成的破壞極限等，其被廣泛的應(yīng)用于生活的方方面面。無(wú)論是機(jī)械中的結(jié)構(gòu)，還是生活中的食品包裝，所有的物件都必須要滿足其應(yīng)有的強(qiáng)度、剛度以及穩(wěn)定性，才能夠真正的做到安全，可見(jiàn)材料力學(xué)的重要作用。那么，現(xiàn)將材料力學(xué)應(yīng)用于水利水電工程中，能夠有效的將水工建筑安全性和穩(wěn)定性問(wèn)題解決。

1 材料力學(xué)的應(yīng)用原理

從力學(xué)材料變形的原理看，其結(jié)構(gòu)為：R-S≥0，其中，S代表的是結(jié)構(gòu)作用的效應(yīng)量，R代表的是抗力。在具體應(yīng)用中，除了要對(duì)一系列在和工況以及不利載荷組合條件下的變形進(jìn)行計(jì)算之外，還需要構(gòu)建變形和強(qiáng)度以及穩(wěn)定性之間的函數(shù)式子。通過(guò)材料力學(xué)法，能夠把不同載荷情形下的各個(gè)截面的壓應(yīng)力以及截面中心點(diǎn)的變形等等計(jì)算出來(lái)[1]。值得注意的是，由于在水利水電工程中，抗力R是有特別規(guī)定的，所以，在計(jì)算效應(yīng)量S之后，便能夠知道設(shè)計(jì)的合理與否。

2 材料力學(xué)在水利水電工程中的應(yīng)用

2.1 材料力學(xué)在混凝土變形中得應(yīng)用

首先，混凝土在絕對(duì)濕度以及恒溫條件下，受到水化作用的影響而造成體積的變形，這種變形我們稱之為自身體積的變形。它實(shí)際上是和水泥的用量、水泥的類型以及摻用混合料等有著直接聯(lián)系的。膨脹性的自身體積變形，在混凝土結(jié)構(gòu)降溫時(shí)，對(duì)拉應(yīng)力會(huì)產(chǎn)生補(bǔ)償作用。從宏觀層面看，自身提及的變形應(yīng)該是比較均勻的，因而，它對(duì)由于室內(nèi)外存在夭疃造成的溫度應(yīng)力是沒(méi)有補(bǔ)償作用的。

其次，混凝土的干濕變形。混凝土如果沒(méi)有了水分的保證，便會(huì)產(chǎn)生收縮作用，而一旦吸入水分，則又會(huì)產(chǎn)生膨脹，而我們知道，在干濕度作用下造成的體積的變化便是我們所說(shuō)的干濕變形，混凝土的內(nèi)部溫度狀態(tài)會(huì)對(duì)環(huán)境的溫度和導(dǎo)濕性等造成巨大的影響[2]。

再者，混凝土的溫度變形，如果沒(méi)有任何的約束，直接在溫度變化作用下產(chǎn)生變形，則為自由溫度變形，則懷中變形的公式是：。其中α所表示的是熱膨脹的系數(shù)，它會(huì)對(duì)溫度應(yīng)力的數(shù)值產(chǎn)生直接的影響，所以，它是一個(gè)關(guān)鍵性的參數(shù)，不容忽視。

最后，混凝土的彈性變形，如果處于單向受力條件之下，它的應(yīng)力以及應(yīng)變之間會(huì)遵循這樣的規(guī)律：，其中，E代表的是彈性模量。按照這樣的規(guī)律，可以知道，如果應(yīng)力不變，應(yīng)變也隨之不發(fā)生改變，但在現(xiàn)實(shí)情況中，卻并不是這樣。相關(guān)的研究也證明了應(yīng)力不變的情況下，混凝土的應(yīng)變會(huì)隨著時(shí)間的增加而不斷增加，這種現(xiàn)象我們稱之為混凝土的徐變。

2.2 材料力學(xué)在混凝土實(shí)際應(yīng)力計(jì)算中的應(yīng)用

假設(shè)θ規(guī)定從x軸到外法線n上的逆時(shí)針轉(zhuǎn)向的方位角θ是正向。那么，通過(guò)公示，我們可以得到：

從而，可以得出最大主應(yīng)力以及最小主應(yīng)力，其公式為：

那么，最大剪應(yīng)力的公式為：

2.3 材料力學(xué)在建筑材料選擇中的應(yīng)用

2.3.1 預(yù)應(yīng)力混凝土

預(yù)應(yīng)力混凝土的結(jié)構(gòu)主要指在結(jié)構(gòu)承受到負(fù)荷之前，事先對(duì)它加壓，使其在外荷作用的這一過(guò)程中，受到拉區(qū)混凝土內(nèi)，從而形成壓應(yīng)力，以壓應(yīng)力將外載荷出現(xiàn)的拉應(yīng)力抵消，當(dāng)然，這一過(guò)程，必須要保證結(jié)構(gòu)在使用的過(guò)程中，沒(méi)有裂縫產(chǎn)生。

2.3.2 水利水電工程的構(gòu)造設(shè)計(jì)

水利水電工程工件的構(gòu)造設(shè)計(jì)中，材料力學(xué)主要是把固體作為研究對(duì)象，研究的內(nèi)容則是構(gòu)建受到拉力、剪力以及彎曲力等作用時(shí)，材料力學(xué)的性能。當(dāng)然，對(duì)于不同的材料，其在這些外力作用下的材料力學(xué)性能也是各不相同的，所以，按照不同的力學(xué)性能，進(jìn)行構(gòu)件材料的選擇就顯得十分重要了。

首先，拉力，在受到拉力作用之下，構(gòu)件的材料選擇需要對(duì)構(gòu)件內(nèi)不由于拉壓存在而造成的反向應(yīng)力進(jìn)行充分的考慮。鋼材以其良好的抗拉壓能力而成為了比較好的建筑材料。實(shí)際上，很多單一的材料或多或少都會(huì)體現(xiàn)出抗拉壓的特點(diǎn)，如果將一系列具有不同性能的材料，通過(guò)復(fù)合作用混合在一起，從而使其變成力學(xué)性能好、物理化學(xué)性能優(yōu)的復(fù)合材料。

其次，剪力以及彎曲變形力。當(dāng)構(gòu)建在彎曲變形力之下，會(huì)產(chǎn)生拉壓應(yīng)力，在扭曲變形和剪切作用之下，構(gòu)件的橫截面會(huì)產(chǎn)生剪應(yīng)力，但是，兩者之間是存在著巨大不同的。在剪力作用之下，構(gòu)件的斷面是不會(huì)有相對(duì)錯(cuò)動(dòng)產(chǎn)生的，同時(shí)構(gòu)件的表現(xiàn)局部會(huì)有應(yīng)壓力，因而在工作狀態(tài)下，建筑的構(gòu)建會(huì)發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，這樣一來(lái)，無(wú)論是構(gòu)件的強(qiáng)度，還是剛度，都會(huì)被大大削弱，所以，在設(shè)計(jì)階段，就應(yīng)該盡量減少扭曲變形的出現(xiàn)，如果有可能，應(yīng)該完全避免扭曲變形的產(chǎn)生。

綜上所述，水利水電工程項(xiàng)目是一項(xiàng)重要的工程，它和我國(guó)的民生息息相關(guān)，是一項(xiàng)利國(guó)利民的特殊工程，所以，必須要對(duì)其引起足夠的重視。而在科技日益進(jìn)步的時(shí)代背景下，對(duì)材料力學(xué)的研究也將日漸深入，在今后的探索實(shí)踐中，必然會(huì)涉及出安全性、可靠性更好，性能更好的水利工程，帶動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的更進(jìn)一步發(fā)展。

材料力學(xué)論文:結(jié)構(gòu)案例法在材料力學(xué)教學(xué)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

摘要：建筑專業(yè)材料力學(xué)是重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是解決工程實(shí)際問(wèn)題的前提，可是傳統(tǒng)的教學(xué)模式及方法不能夠很好地調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性。針對(duì)這一突出問(wèn)題，本文借助已有力學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，利用各類不同構(gòu)件讓學(xué)生自由組合成不同結(jié)構(gòu)案例來(lái)測(cè)定其在荷載組合作用下各桿件的力學(xué)性能，這樣不僅能夠讓學(xué)生掌握材料力學(xué)的特性及實(shí)驗(yàn)方法，而且還能更好地培養(yǎng)學(xué)生的技能和創(chuàng)新意識(shí)與能力，以適應(yīng)新時(shí)期大學(xué)生培養(yǎng)的要求和目的。

關(guān)鍵詞：建筑力學(xué)；教學(xué)模式；結(jié)構(gòu)案例；力學(xué)特性

一、前言

目前，大多數(shù)高校在進(jìn)行材料力學(xué)課程教學(xué)環(huán)節(jié)中所采取的主要方式還是“教師在講臺(tái)講授、學(xué)生在下面聽(tīng)課”的模式，有條件的高校還會(huì)以實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)作為必要的補(bǔ)充，二者是相輔相成互為補(bǔ)充的。但這種教學(xué)方式和方法缺乏科學(xué)性，難以調(diào)動(dòng)學(xué)生求知的積極性和創(chuàng)造性。特別是有時(shí)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，有的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目學(xué)生往往不能人人親自動(dòng)手，甚至有的人只能演示實(shí)驗(yàn)后記下實(shí)驗(yàn)報(bào)告中所要求記錄的數(shù)據(jù)。這樣一來(lái)容易使得學(xué)生產(chǎn)生依賴性，對(duì)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的其他實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)不記錄分析，更不會(huì)總結(jié)和提問(wèn)。這樣就嚴(yán)重束縛了學(xué)生的自主性，阻礙了學(xué)生大膽探索和勇于創(chuàng)新的能力。

二、建筑力學(xué)結(jié)構(gòu)案例法

所謂案例（case）也被稱作實(shí)例，是來(lái)源于生產(chǎn)實(shí)踐的。案例教學(xué)法是將生產(chǎn)實(shí)踐中的實(shí)際工程實(shí)例為基礎(chǔ)，將之應(yīng)用在課堂教學(xué)中的一種教學(xué)方法。案例本質(zhì)上就是提出一種決策的兩難情境，沒(méi)有特定的解決之道。在教學(xué)中，教師扮演著設(shè)計(jì)者和激勵(lì)者的角色，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與討論，而不是像傳統(tǒng)教學(xué)模式傳授教學(xué)法那樣，教師扮演著傳授知識(shí)者的角色，這樣才能使教學(xué)變得更加生動(dòng)和有趣[1，2]。而所謂材料力學(xué)結(jié)構(gòu)案例法，其實(shí)質(zhì)就是通過(guò)學(xué)生自己動(dòng)手、自由組裝來(lái)確定合理的結(jié)構(gòu)模型形式，并且要求該結(jié)構(gòu)模型必須要涵蓋所要實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和環(huán)節(jié)，從而使學(xué)生能夠應(yīng)用所學(xué)過(guò)的力學(xué)課程知識(shí)，達(dá)到自己設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形式、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，已改以往被動(dòng)接受學(xué)習(xí)的模式為主動(dòng)求學(xué)的模式，這是傳統(tǒng)力學(xué)教學(xué)模式改革的一種嘗試。

培養(yǎng)創(chuàng)造型人才，大學(xué)生的創(chuàng)新能力是當(dāng)下高等教育的首要任務(wù)，而創(chuàng)新型人才的健康成長(zhǎng)則需要實(shí)實(shí)在在的創(chuàng)新實(shí)踐。特別是對(duì)于建筑專業(yè)的學(xué)生而言，學(xué)生的創(chuàng)新靈感和智慧不會(huì)從書(shū)本和教師那里直接學(xué)到，教師通過(guò)對(duì)有工程意義和背景的實(shí)際案例來(lái)積累和探索實(shí)踐過(guò)程，從點(diǎn)滴收獲中逐漸領(lǐng)悟和感悟出來(lái)[3]。通過(guò)甄選適合本專業(yè)學(xué)生特點(diǎn)和教育要求的案例，展現(xiàn)創(chuàng)新實(shí)踐的魅力，就能讓學(xué)生們?cè)谔剿鲗?shí)踐中體驗(yàn)到研究的快樂(lè)，激發(fā)出無(wú)限創(chuàng)新的欲望[4]。因此，將材料結(jié)構(gòu)案例教學(xué)法應(yīng)用于建筑專業(yè)的材料力學(xué)教學(xué)環(huán)境中，可以改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生的求知欲，提高材料力學(xué)課程的教學(xué)質(zhì)量，從而最大限度地發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造潛能，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和想象空間。通過(guò)自主學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考、創(chuàng)新思維、營(yíng)造崇尚真知、追求真理的氛圍，使學(xué)生能夠綜合應(yīng)用所學(xué)的力學(xué)理論和知識(shí)，提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。加強(qiáng)理論與實(shí)踐相結(jié)合，對(duì)提高學(xué)生的材料力學(xué)整體教學(xué)效果具有深遠(yuǎn)意義。材料力學(xué)結(jié)構(gòu)案例教學(xué)法則是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的一個(gè)有效途徑。

三、建筑結(jié)構(gòu)案例分析

建筑專業(yè)材料力學(xué)課程是重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程是解決工程實(shí)際問(wèn)題的前提，還涉及到與實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)相互配合、相互補(bǔ)充。因其主干課程地位，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的任務(wù)就不只是鞏固理論知識(shí)，了解掌握力學(xué)檢測(cè)技術(shù)和手段的問(wèn)題，還應(yīng)在力學(xué)理論的深化、運(yùn)用、工程問(wèn)題的認(rèn)識(shí)等方面有所要求。而加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，提高創(chuàng)新能力，是高校人才培養(yǎng)模式改革的重點(diǎn)和難點(diǎn)。材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是涉及面較大的理工科專業(yè)的重要基礎(chǔ)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，加強(qiáng)和改進(jìn)這一環(huán)節(jié)對(duì)鞏固力學(xué)概念、加深理論認(rèn)識(shí)、了解力學(xué)檢測(cè)方法與檢測(cè)技術(shù)、增強(qiáng)力學(xué)分析意識(shí)、提高力學(xué)分析能力具有重要意義。

1.傳統(tǒng)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。按照現(xiàn)行材料力學(xué)及其實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱中的要求，其主要包括金屬材料的拉伸實(shí)驗(yàn)、彈性模量實(shí)驗(yàn)及電測(cè)試驗(yàn)等。傳統(tǒng)的授課方式是在教師講述完實(shí)驗(yàn)原理及方法后，讓學(xué)生以小組為單位按照所講述的實(shí)驗(yàn)步驟重復(fù)模仿進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，所得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本相近，實(shí)驗(yàn)所寫(xiě)報(bào)告形式統(tǒng)一。這樣講授的好處在于學(xué)生只要按照固定的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行操作就不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，結(jié)果不會(huì)有太大偏差；而不好之處在于學(xué)生無(wú)需認(rèn)真動(dòng)腦去思考，只要按照教師的要求去做就可以，對(duì)結(jié)果不會(huì)去追究其“怎么得到的”、“為什么會(huì)得到”。學(xué)生完全是一種“填鴨式”的被動(dòng)受學(xué)模式，從而磨滅了學(xué)生的求知欲、探索精神和主觀能動(dòng)性，何談學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)造性，因此有必要對(duì)這種教學(xué)方法進(jìn)行改革。

2.材料力學(xué)案例分析。減少驗(yàn)證性、演示性實(shí)驗(yàn)，增加綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的重要方向。同樣是上述的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，如果能夠選取一系列合理的建筑結(jié)構(gòu)模型案例形式，使其涵蓋所要求的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。這樣，學(xué)生通過(guò)自己設(shè)計(jì)、思考來(lái)組合不同的結(jié)構(gòu)模型，而后通過(guò)不同的加載方式、不同的加載點(diǎn)和不同級(jí)別的載荷可以得到無(wú)窮的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這樣極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的熱情和積極性、造性和求知欲，改變其被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。這種模式的好處還在于即使是同一種結(jié)構(gòu)、同一種加載方法，其所得的結(jié)果也是不一樣的，從而可以避免和杜絕學(xué)生的抄襲現(xiàn)象，使理論和實(shí)踐得到統(tǒng)一。具體表現(xiàn)在：（1）能夠組合搭接出多種結(jié)構(gòu)構(gòu)型，具有真正的設(shè)計(jì)功能；（2）各種構(gòu)型具有實(shí)際的工程意義；（3）組合構(gòu)件盡可能簡(jiǎn)單，組合搭接與拆解方便；（4）加載與測(cè)量方便，投入成本低。

本研究以秦皇島協(xié)力科技有限公司研制的新型XL3418T系列材料力學(xué)多功能實(shí)驗(yàn)臺(tái)為基礎(chǔ)來(lái)進(jìn)行研究。上課時(shí)將之稍加變動(dòng)，即可進(jìn)行教學(xué)大綱規(guī)定內(nèi)容的多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，在保留了原有的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)上增加了由多根桿件搭接的桁架結(jié)構(gòu)，橫向壓桿和組合梁組合的框架結(jié)構(gòu)，桁架可任意組合拆卸。學(xué)生可以利用學(xué)過(guò)的理論力學(xué)和材料力學(xué)知識(shí)，根據(jù)自己的認(rèn)識(shí)實(shí)踐自行設(shè)計(jì)喜歡的結(jié)構(gòu)類型，并根據(jù)不同階段的實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的設(shè)置加載方式，以實(shí)現(xiàn)拉伸、彈性模量、應(yīng)變片的粘貼、彎曲正應(yīng)力的測(cè)定等一系列實(shí)驗(yàn)。這樣可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性，實(shí)現(xiàn)變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，“從學(xué)未知”到“求未知”的轉(zhuǎn)變。

學(xué)生根據(jù)事先設(shè)計(jì)好的桁架模型在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行組合，同時(shí)配上靜態(tài)電阻應(yīng)變儀、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等實(shí)驗(yàn)設(shè)備便可實(shí)現(xiàn)對(duì)加載的整個(gè)過(guò)程實(shí)時(shí)采集和處理。這種實(shí)驗(yàn)裝置和教學(xué)模式不適用于進(jìn)行破壞性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的研究及教學(xué)工作。

四、結(jié)論

培養(yǎng)創(chuàng)新能力既是培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)需求的高質(zhì)量人才的必然要求，也是一種全新的教育思想和理念，應(yīng)該從那種單純書(shū)院式的課堂教學(xué)方式中走出來(lái)，更多地和實(shí)踐與工程相結(jié)合，讓學(xué)生在“干”中“學(xué)”、在“學(xué)”中“干”。理論課教師沒(méi)有必要講得很系統(tǒng)、很完備，可以留下一些空間讓學(xué)生自己去體驗(yàn)，適當(dāng)?shù)啬贸霾糠謱W(xué)時(shí)給實(shí)驗(yàn)課無(wú)損理論課教學(xué)。

案例教學(xué)為學(xué)生提供了一個(gè)近乎真實(shí)的場(chǎng)景，縮短了教學(xué)與實(shí)踐之間的距離。其成功之處在于教學(xué)內(nèi)容針對(duì)性強(qiáng)、接近實(shí)踐，縮小了學(xué)校培養(yǎng)目標(biāo)與社會(huì)職業(yè)素質(zhì)需求的距離，抓住了職業(yè)素質(zhì)中最本質(zhì)的因素。案例教學(xué)著眼于學(xué)生創(chuàng)造能力和分析問(wèn)題、解決問(wèn)題能力的發(fā)展。以教師為主導(dǎo)、以學(xué)生為主體的案例教學(xué)在不斷循環(huán)中完成知識(shí)的更新或創(chuàng)新。加強(qiáng)案例教學(xué)的研究，對(duì)于創(chuàng)新人才的培養(yǎng)將具有重要的作用。

材料力學(xué)論文:ANSYS軟件在材料力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用研究

摘 要：ANSYS軟件是材料力學(xué)中常用的基礎(chǔ)性軟件，同時(shí)也是世界上應(yīng)用最為廣泛的應(yīng)用程序。在教學(xué)中應(yīng)用ANSYS軟件，可以憑借其自身強(qiáng)大的分析功能，將圖形形象的顯示出來(lái)，讓學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)原理及現(xiàn)象有直觀的了解，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解程度。本文就ANSYS軟件在材料力學(xué)中的應(yīng)用作簡(jiǎn)要闡述。

關(guān)鍵詞：ANSYS軟件；材料力學(xué)；應(yīng)用研究

作為一款有源分析軟件，ANSYS將多學(xué)科知識(shí)融于一體，包含了結(jié)構(gòu)，電磁，流體，聲學(xué)以及熱等領(lǐng)域。在應(yīng)用方面則涉及到了造船、生物、輕工、水利、能源等科學(xué)研究領(lǐng)域。通過(guò)軟件應(yīng)用方面可以看出，在相關(guān)領(lǐng)域知識(shí)學(xué)習(xí)具有一定的難度，如果單純依靠教師用傳統(tǒng)方式進(jìn)行教授，在教學(xué)效果方面一定是差強(qiáng)人意。ANSYS軟件應(yīng)用其中，則可以起到一定的輔助作用，教學(xué)工作可以達(dá)到事半功倍的效果，學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量也有了一定的保證。

1 材料力學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀及內(nèi)容

（一）教學(xué)現(xiàn)狀

材料力學(xué)科目自身的特點(diǎn)在于具有一定的抽象性，導(dǎo)致理論知識(shí)理解方面存在一定難度。教學(xué)工作安排不合理，教學(xué)時(shí)間沒(méi)有從學(xué)生的理解能力以及應(yīng)用能力方面考慮，學(xué)生沒(méi)有充足的學(xué)習(xí)時(shí)間，教師在教學(xué)過(guò)程中為了在有效時(shí)間內(nèi)完成相應(yīng)的教學(xué)任務(wù)，在教學(xué)的方法上存在一定的不合理性，沒(méi)有有效的調(diào)動(dòng)學(xué)生參與學(xué)習(xí)的興趣與熱情。

（二）教學(xué)內(nèi)容

材料力學(xué)中有幾部分關(guān)鍵的知識(shí)難度較大，學(xué)生在理解的時(shí)候存在一定的問(wèn)題。比如應(yīng)力集中。所謂應(yīng)力集中是指構(gòu)件在受力的情況下，形狀及外形發(fā)生了突變從而導(dǎo)致的局部范圍內(nèi)的應(yīng)力顯著增大。教材通常只給出了應(yīng)力集中的影響因素，但對(duì)于在相關(guān)因素的影響下具體的系數(shù)卻沒(méi)有給出確定值，學(xué)生對(duì)于這一點(diǎn)知識(shí)未能深入理解。

2 ANSYS軟件及有限元

ANSYS軟件是由美國(guó)一名博士在1971年推出的，最早的版本僅僅提供了熱分析及線性結(jié)構(gòu)分析，其不足之處是只能在大型計(jì)算機(jī)運(yùn)行，并且只是批處理程序。在上世紀(jì)70年代初期及后期有一定的發(fā)展，隨著技術(shù)不斷的進(jìn)步，ANSYS軟件的功能也越來(lái)越強(qiáng)大，為用戶對(duì)某些問(wèn)題進(jìn)行深入的研究提供了幫助。有限元的發(fā)展有三個(gè)階段，探索時(shí)期，獨(dú)立發(fā)展時(shí)期，專家應(yīng)用與其它軟件相互補(bǔ)充，共同發(fā)展時(shí)期，并且呈現(xiàn)出了相應(yīng)的趨勢(shì)特征。

3 ANSYS軟件特點(diǎn)

（一）處理能力強(qiáng)大

處理能力強(qiáng)大主要體現(xiàn)在四個(gè)方面，其一是建模，其二是網(wǎng)格劃分，其三是參數(shù)設(shè)置，其四是與CAD無(wú)縫集成。網(wǎng)格劃分主要有兩種方式，自由與映射網(wǎng)格劃分，對(duì)于不同的幾何體而言，則有拖拉網(wǎng)格，層網(wǎng)格，局部細(xì)化。無(wú)縫集成方面，能夠與多款件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

（二）加載求解

在ANSYS軟件中，位移，溫度，力等任何載荷可在任意幾何體或有限元實(shí)體上，可以是數(shù)值，也可以是相關(guān)的函數(shù)。

（三）后期處理

對(duì)于利用ANSYS軟件獲得的數(shù)據(jù)，可以采用不同的方式進(jìn)行輸出，比如，圖表，動(dòng)畫(huà)，此外還可以進(jìn)行載荷疊加分析。

（四）開(kāi)放性

開(kāi)放性主要體現(xiàn)在與其它軟件的有效對(duì)接，用戶在開(kāi)放的環(huán)境下可以根據(jù)自己的需要對(duì)軟件進(jìn)行相應(yīng)擴(kuò)充，對(duì)于邊界條件，材料結(jié)構(gòu)等可以由用戶自定義。在不同類型的需求方面還可以進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。

ANSYS軟件將自身技術(shù)與相關(guān)軟件有效的結(jié)合在一起，自帶的語(yǔ)言可以進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。比如用戶可以在CAD中建模，然后通過(guò)接口將數(shù)據(jù)導(dǎo)入到ANSYS軟件中進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。也可以用程序自帶語(yǔ)言建模，計(jì)算，此時(shí)采用的是命令流的方式。

4 分析步驟

ANSYS軟件分析步驟主要有三個(gè)方面。首先是模型創(chuàng)建，包含讀入或創(chuàng)建模型，定義屬性，以及網(wǎng)格劃分。其次是施加載荷及選項(xiàng)，條件設(shè)定并求解。最后一步是結(jié)果的分析及驗(yàn)證。

5 ANSYS軟件在材料力學(xué)教學(xué)工作中的優(yōu)勢(shì)

（一）教學(xué)效果提升

材料力學(xué)首先是一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課，其次是將多專業(yè)知識(shí)集中于一體，主要研究?jī)?nèi)容是構(gòu)件在力的作用下產(chǎn)生的變形，損壞，以及失效等存在的規(guī)律。教學(xué)內(nèi)容涉及到公式多，邏輯性強(qiáng)，計(jì)算過(guò)程難度大，計(jì)算量大，如涉及到微積分等知識(shí)，學(xué)生對(duì)于知識(shí)的掌握及理解存在問(wèn)題，對(duì)于教師而言，如何進(jìn)行有效的教學(xué)是不得不思考的問(wèn)題。

ANSYS軟件針對(duì)問(wèn)題進(jìn)行建模，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖象，從對(duì)人體大腦的刺激來(lái)看，視覺(jué)上的刺激更為有效，大腦對(duì)于信息的理解量更大，層次也更深。將抽象的知識(shí)變?yōu)榫唧w，有效降低了學(xué)習(xí)難度。并且ANSYS軟件教學(xué)是動(dòng)畫(huà)過(guò)程，學(xué)生對(duì)于知識(shí)以及相關(guān)原理的變化有清楚的認(rèn)識(shí)，表現(xiàn)形式更加生動(dòng)有趣，能夠在一定程度上調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和積極性，實(shí)現(xiàn)教學(xué)質(zhì)量的提升。

（二）應(yīng)用能力培養(yǎng)

材料力學(xué)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)是為了更好的在實(shí)際工作中應(yīng)用，單純的理論教學(xué)不足以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力。學(xué)生對(duì)于學(xué)習(xí)存在畏難情緒。ANSYS軟件應(yīng)用通過(guò)建模對(duì)實(shí)際情景進(jìn)行模擬，學(xué)生在一種高度真實(shí)的環(huán)境下學(xué)習(xí)，無(wú)論是理解能力方面還是在實(shí)踐能力的培養(yǎng)方面都有很大好處。

（三）增強(qiáng)探究性學(xué)習(xí)能力

ANSYS軟件在生活中的應(yīng)用非常廣泛，學(xué)生有必要了解熟悉并掌握。學(xué)生動(dòng)手的過(guò)程是為今后積累一定的經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)并提升其解決問(wèn)題的能力，同時(shí)也為走向社會(huì)奠定基礎(chǔ)。

6 實(shí)例探究

在對(duì)ANSYS軟件有了基本的了解之后，可以結(jié)合具體的例子加深認(rèn)識(shí)。比如ANSYS軟件研究不同載荷下的懸臂梁。現(xiàn)假設(shè)有一懸臂梁，長(zhǎng)、高、厚度分別是500，60，20。彈性模量為200GPa，泊松比為0.3。分別在載荷1500N及集中力偶230N?m發(fā)生橫力與純彎曲。

由左圖可看出正應(yīng)力在自由端附近為零，隨截面位置左移，應(yīng)力相應(yīng)增大，最大值出現(xiàn)在固定端。在固定端處最上與最下分別存在最大拉應(yīng)力，最大壓應(yīng)力，二者相等。

圖3為載荷下的米塞斯應(yīng)力圖，左為集中載荷，右為集中力偶。結(jié)果與實(shí)際情況完全相符合。

7 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)ANSYS軟件相關(guān)方面進(jìn)行了說(shuō)明，立足于教學(xué)實(shí)際，從軟件在教學(xué)工作中的優(yōu)勢(shì)以及目前材料力學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀作闡述。教師在教學(xué)工作中將軟件教學(xué)作為教學(xué)工作的一個(gè)重點(diǎn)來(lái)抓，讓學(xué)生通過(guò)自身動(dòng)手實(shí)踐，對(duì)書(shū)中知識(shí)及原理有自身的領(lǐng)悟，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的專項(xiàng)技能。無(wú)論是從教師教學(xué)還是學(xué)生學(xué)習(xí)的角度來(lái)看，ANSYS軟件應(yīng)用都具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，是針對(duì)教學(xué)存在問(wèn)題的有效解決途徑。教師要重視，學(xué)生也要重視，學(xué)校更應(yīng)該重視，從多方面為教學(xué)工作提供相應(yīng)的保障。

材料力學(xué)論文:基于ANSYS軟件在材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中的應(yīng)用

摘 要：材料力學(xué)課程概念較多，知識(shí)比較抽象，學(xué)習(xí)起來(lái)難于理解，而ANSYS軟件模擬分析能力很強(qiáng)，能夠使相關(guān)知識(shí)變得更直觀、形象，因此，可以實(shí)現(xiàn)兩者的有效融合。文中運(yùn)用ANSYS重點(diǎn)分析了拉伸實(shí)驗(yàn)中拉伸應(yīng)力、應(yīng)變及彎曲實(shí)驗(yàn)中梁的彎曲應(yīng)力應(yīng)變情況，展示了ANSYS與材料力學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的可操作性。

關(guān)鍵詞：ANSYS 材料力學(xué) 拉伸 彎曲

1 材料力W課程實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)

材料力學(xué)[1]對(duì)于機(jī)械專業(yè)而言是一門(mén)必修課，目前，“材料力學(xué)”課程中一些重要的內(nèi)容，如拉壓、扭轉(zhuǎn)和彎曲變形，除課堂上多媒體教學(xué)外，通常依靠現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，而有時(shí)存在實(shí)驗(yàn)條件不具備的情況，這樣就無(wú)法對(duì)相關(guān)知識(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，此時(shí)如果在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中采用直觀的圖形顯示，也可以將抽象的概念形象化，同時(shí)增強(qiáng)學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)的感性認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)分析能力，因此，可以嘗試引入ANSYS軟件進(jìn)行簡(jiǎn)單的建模計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果形象地展示給學(xué)生。

2 ANSYS軟件應(yīng)用特點(diǎn)

ANSYS軟件[2]中分析計(jì)算模塊包括結(jié)構(gòu)分析，可進(jìn)行線性分析、非線性分析和高度非線性分析，能形象、直觀地顯示結(jié)構(gòu)的變形、位移及應(yīng)力分布情況，同時(shí)還能以動(dòng)畫(huà)的形式展示結(jié)構(gòu)從最初加載到最終變形的整個(gè)過(guò)程。

3 ANSYS在材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用實(shí)例

（1）拉伸實(shí)驗(yàn)。材料力學(xué)中的低碳鋼拉伸試驗(yàn)[3]通常在實(shí)際中通過(guò)拉力機(jī)拉伸，宏觀上可以觀察到試樣縮頸現(xiàn)象，在此，可采用ANSYS模擬，選用拉伸試樣彈性模量為0.175e6，泊松比為0.3，密度為7.85 kg/m2。圖1為材料拉伸變形的整體過(guò)程，其中a圖為變形初始，b圖為變形后期。

通過(guò)加載求解后，得出試樣拉伸變形應(yīng)力變化和應(yīng)變變化如圖2和圖3所示。

（2）彎曲實(shí)驗(yàn)。材料力學(xué)中的彎曲實(shí)驗(yàn)[4]通常采用簡(jiǎn)支梁、懸臂梁等結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，該文采用簡(jiǎn)支梁進(jìn)行分析，給梁沿長(zhǎng)度方向施加均勻載荷10 kN，梁的橫截面積1.5 mm2，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量IZZ=0.28125，IYY=0.125。力的加載如圖4所示。

通過(guò)ANSYS模擬，繪制出的剪力圖、彎矩圖分別如圖5、圖6所示，這樣得出的結(jié)論和實(shí)際計(jì)算結(jié)果相一致。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)ANSYS對(duì)拉伸實(shí)驗(yàn)和彎曲實(shí)驗(yàn)的模擬，將其與材料力學(xué)課程教學(xué)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，既發(fā)揮了計(jì)算機(jī)的數(shù)值計(jì)算功能，又與直觀的圖形顯示功能相結(jié)合，使得學(xué)生更易于理解和掌握所授課程的抽象力學(xué)概念，培養(yǎng)了學(xué)生的興趣，提升了學(xué)生的形象思維能力，拓寬了學(xué)生的視野，提高了教學(xué)質(zhì)量和效率，同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力，有助于學(xué)生運(yùn)用軟件進(jìn)行實(shí)際工程實(shí)例分析，在一定程度上可以使學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，為以后的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

材料力學(xué)論文:6005鋁合金材料力學(xué)性能研究

摘 要：采用萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)，對(duì)典型車用的6005鋁合金材料進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗(yàn)。輸出載荷-變形量關(guān)系，獲得應(yīng)力-應(yīng)變曲線，進(jìn)而分析材料的彈性模量、極限強(qiáng)度、極限應(yīng)變、屈服強(qiáng)度和延展率等力學(xué)性能。

關(guān)鍵詞：6005鋁材；準(zhǔn)靜態(tài)拉伸；應(yīng)力-應(yīng)變曲線；力學(xué)性能

1 概述

車輛用6005鋁合金屬于Al-Mg-Si系中等強(qiáng)度鋁合金。由于其優(yōu)良的擠壓成形性、耐腐蝕性和良好的焊接性，在國(guó)外被廣泛用于高速列車、地鐵列車、雙層列車和客貨汽車車體所需的薄壁、中空的大型鋁合金壁板型材以及其它工業(yè)用結(jié)構(gòu)型材。在我國(guó)，鋁合金大型材已研制成功并投入生產(chǎn)，隨著我國(guó)交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，6005鋁合金在高速、輕型鋁合金列車和地鐵列車以及輕型客貨汽車上的應(yīng)用必將越來(lái)越多[1-3]。

6005具有較高的工藝性能。萬(wàn)普華等人對(duì)6005鋁合金試樣進(jìn)行了水淬和水淬并深冷處理，來(lái)觀察金相組織、抗拉強(qiáng)度等對(duì)6005鋁合金力學(xué)性能的影響[4]。張健等人利用熱塑性試驗(yàn)研究了6005A鋁合金的熱裂紋敏感性[5]，張大新等人將6005鋁合金鑄態(tài)試樣和擠壓制品試樣在不同溫度固溶加熱后淬火處理，制備金相組織，用混合酸溶液侵蝕后在金相顯微鏡下觀察金相組織[6]。

文章主要就6005鋁合金材料的力學(xué)性能性能通過(guò)萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)開(kāi)展了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究。測(cè)定試件在準(zhǔn)靜態(tài)拉伸時(shí)，材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線；提取加載曲線中的屈服點(diǎn)、強(qiáng)度極限；同時(shí)，測(cè)量實(shí)驗(yàn)前后試件實(shí)驗(yàn)段（即試件的標(biāo)距段）的長(zhǎng)度變化，算斷裂伸長(zhǎng)率和斷面收縮率。

2 準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗(yàn)

2.1 試件及儀器

運(yùn)用Instron 5969標(biāo)準(zhǔn)電子萬(wàn)能拉伸試驗(yàn)機(jī)對(duì)6005鋁材進(jìn)行了準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗(yàn)。試件參照GB/T228.1-2010《金屬材料拉伸試驗(yàn)第一部分：室溫試驗(yàn)方法》[7]制作。板狀試件的尺寸示意圖如圖1所示。本試驗(yàn)采用比例試件，形狀為板狀，其厚度為4mm，平行長(zhǎng)度為55mm，總長(zhǎng)度128 mm。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

將試驗(yàn)試件在室溫（10～35℃）環(huán)境下，試驗(yàn)試件及試驗(yàn)用夾頭安裝在試驗(yàn)機(jī)上，試件軸線應(yīng)與力的作用線重合，將引伸計(jì)連接在試件上。試驗(yàn)機(jī)勻速進(jìn)行拉伸，加載速率為10mm/min，測(cè)試試件在拉伸過(guò)程中的載荷-變形量的關(guān)系。針對(duì)橫向切取和縱向切取材料，分別進(jìn)行五次試驗(yàn)。試驗(yàn)過(guò)程如圖2所示。

將試驗(yàn)結(jié)果繪制曲線，得到如圖3所示的位移-載荷曲線。

名義應(yīng)力可定義為？滓=F/A0，即載荷F除以原始截面積A0，而對(duì)應(yīng)的名義應(yīng)變可由？著=？駐L/L0計(jì)算得到，即伸長(zhǎng)量？駐L除以原始標(biāo)距L0。將結(jié)果繪制曲線，得到如圖4所示的名義應(yīng)力-名義應(yīng)變曲線。

名義應(yīng)力應(yīng)變曲線并未真實(shí)地反映出材料隨應(yīng)變變化的關(guān)系，因而實(shí)際過(guò)程中的應(yīng)力應(yīng)變要進(jìn)行相應(yīng)的修正，需將實(shí)驗(yàn)所沒(méi)測(cè)的名義應(yīng)力與應(yīng)變曲線轉(zhuǎn)化為真應(yīng)力真應(yīng)變曲線。試驗(yàn)中采用引伸計(jì)，可直接測(cè)得拉伸過(guò)程中的應(yīng)力和應(yīng)變數(shù)據(jù)，繪制得到如圖5所示的真實(shí)應(yīng)力-真實(shí)應(yīng)變曲線。

各次試驗(yàn)的結(jié)果如表1所示。

3 結(jié)束語(yǔ)

由準(zhǔn)靜態(tài)拉伸的位移-載荷曲線、名義應(yīng)力-應(yīng)變曲線、真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線，得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：（1）相同應(yīng)變情況下，真實(shí)應(yīng)力略大于名義應(yīng)力。分析可知，此現(xiàn)象符合實(shí)際。因?yàn)槔煸囼?yàn)過(guò)程中，橫截面發(fā)生收縮，小于初始橫截面積，導(dǎo)致真實(shí)應(yīng)力大于名義應(yīng)力。（2）6005鋁合金樣件所能承受的最大拉伸力在2500-2750N范圍內(nèi)。（3）6005-T5的抗拉強(qiáng)度可達(dá)到260MPa，屈服強(qiáng)度約為230MPa，五次重復(fù)試驗(yàn)測(cè)得試件的延展率均為12.08%。

材料力學(xué)論文:創(chuàng)新材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)的幾點(diǎn)想法

摘要： 提出了目前材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的幾個(gè)問(wèn)題，結(jié)合實(shí)際情況提出了幾點(diǎn)創(chuàng)新，提出要更新傳統(tǒng)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，重視基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的延伸，按專業(yè)類單獨(dú)設(shè)課，實(shí)行開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)和網(wǎng)上選課等創(chuàng)新方法。

關(guān)鍵詞： 材料力學(xué)實(shí)驗(yàn) 創(chuàng)新

0引言

在《材料力學(xué)》科學(xué)發(fā)展史中，實(shí)驗(yàn)促進(jìn)了材料力學(xué)理論的發(fā)展，同時(shí)由于材料力學(xué)的理論是建立在將真實(shí)材料理想化、實(shí)際構(gòu)件典型化、公式推導(dǎo)假設(shè)化基礎(chǔ)上的，他的結(jié)論是否正確以及能否在工程中應(yīng)用，都只有通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證才能確定。

1材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平落后實(shí)驗(yàn)教學(xué)一直處于理論教學(xué)的從屬地位，試驗(yàn)方法單一，只注重拉伸、壓縮、電測(cè)等幾個(gè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。教學(xué)設(shè)備、內(nèi)容方法陳舊，測(cè)試技術(shù)和手段落后，學(xué)生所學(xué)材料力學(xué)知識(shí)與工程實(shí)際不能同步，學(xué)習(xí)興趣不大。材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)大部分為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)。以材料拉伸壓縮試驗(yàn)為例，課上只是對(duì)典型的塑性材料低碳鋼和脆性材料鑄鐵做測(cè)試，一般只提供標(biāo)準(zhǔn)試件，能夠測(cè)試出低碳鋼彈性模量E、屈服強(qiáng)度?滓s、抗拉強(qiáng)度?滓b、延伸率?啄和斷后伸縮率?鬃以及鑄鐵的抗拉壓強(qiáng)度即可，測(cè)試要求比較簡(jiǎn)單，學(xué)生只是被動(dòng)接受，很難有興趣。

1.2 現(xiàn)有的材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)書(shū)不能與新進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備同步材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備――特別是電測(cè)設(shè)備更新是比較快的，這樣就要求實(shí)驗(yàn)教材必須與設(shè)備的更新同步。

1.3 學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課的認(rèn)識(shí)存在誤區(qū)由于材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)是非獨(dú)立實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)成績(jī)所占該門(mén)課程的總成績(jī)比例較小，對(duì)期末成績(jī)影響不大，形成了重理論、輕實(shí)驗(yàn)的思想。

材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)大部分為分組驗(yàn)證試驗(yàn)，許多同學(xué)認(rèn)為只要會(huì)做實(shí)驗(yàn)就可以了，甚至有些學(xué)生認(rèn)為實(shí)驗(yàn)課上不上無(wú)所謂，實(shí)驗(yàn)報(bào)告的處理也是拿別人的數(shù)據(jù)照抄應(yīng)付。

1.4 各學(xué)校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平參差不齊一些學(xué)校由于投入等原因，可能連基本實(shí)驗(yàn)還難以保證。一些學(xué)校則開(kāi)發(fā)了設(shè)計(jì)性、綜合性、開(kāi)放性的實(shí)驗(yàn)，以及相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置等。有些學(xué)校還開(kāi)發(fā)了新的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，并獲得了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備專利。這些都是近年來(lái)我國(guó)高等學(xué)校教育教學(xué)改革所取得的成果。

2實(shí)驗(yàn)教學(xué)的幾點(diǎn)創(chuàng)新

2.1 授課中穿插力學(xué)史，激發(fā)學(xué)生興趣比如在講述電測(cè)實(shí)驗(yàn)時(shí)，可介紹電阻應(yīng)變計(jì)測(cè)試技術(shù)起源于19世紀(jì)。1856年，W?湯姆遜（W?Thomson）對(duì)金屬絲進(jìn)行了拉伸試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)金屬絲的應(yīng)變與電阻的變化有一定的函數(shù)關(guān)系；惠斯登電橋可用來(lái)精確地測(cè)量這些電阻的變化。1938年，E?西門(mén)斯（E?Simmons）和A?魯奇（A?Ruge）制出了第一批實(shí)用的紙基絲繞式電阻應(yīng)變計(jì)。

2.2 重視基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的延伸以材料力學(xué)性能測(cè)試為例，可以使測(cè)試材料多樣化，除碳鋼、鑄鐵兩種材料以外再提供塑料、鋁合金、木材、玻璃等多種材料，有條件話，還可以使用各種新型材料。要求學(xué)生分別測(cè)試不同材料的性能指標(biāo)，通過(guò)比較，自己得出結(jié)論。同種材料不同截面（圓截面、矩形截面等）、不同尺寸，讓學(xué)生結(jié)合理論課知識(shí)自己測(cè)算標(biāo)距，求出所有參數(shù)。通過(guò)這種脫離只提供標(biāo)準(zhǔn)試件的模式，使簡(jiǎn)單、枯燥的材料性能試驗(yàn)多樣化，活潑化，可以讓更多的學(xué)生動(dòng)起手來(lái)，從而提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣。

彈性模量E和泊松比?滋分別在材料的拉伸試驗(yàn)和電測(cè)實(shí)驗(yàn)中測(cè)得。這兩個(gè)參數(shù)的測(cè)試方法很簡(jiǎn)單，學(xué)生一般在老師講授完后很容易就能測(cè)定出來(lái)，由于操作簡(jiǎn)單，學(xué)生做完實(shí)驗(yàn)后很容易忘記他們是如何測(cè)得的，也很少有學(xué)生去研究實(shí)驗(yàn)原理。在學(xué)完了電測(cè)實(shí)驗(yàn)后，可鼓勵(lì)學(xué)生自己動(dòng)手粘貼應(yīng)變計(jì)，研究如何接橋，利用電阻應(yīng)變儀把彈性模量E和泊松比?滋在拉伸試驗(yàn)機(jī)上測(cè)試出來(lái)。

2.3 更新傳統(tǒng)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，探索新的高效直觀的教育方法實(shí)行傳統(tǒng)教學(xué)與多媒體教學(xué)相結(jié)合的教育模式。該校工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)中心從2007年開(kāi)始在幾位老師的精心努力下，開(kāi)發(fā)了一套直觀、形象的材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)多媒體教學(xué)課件，在實(shí)驗(yàn)課板書(shū)教學(xué)中通過(guò)穿插多媒體課件，大大激發(fā)了學(xué)生對(duì)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)的興趣。為了改變以往材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊和測(cè)試手段落后的現(xiàn)狀，從2002年開(kāi)始在原有液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的基礎(chǔ)上，陸續(xù)引進(jìn)了新型的電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)若干臺(tái)；陸續(xù)淘汰了舊的、低效的電阻應(yīng)變儀和配套組合裝置，開(kāi)始使用操作簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高、數(shù)據(jù)處理方便的電測(cè)儀器。

2.4 實(shí)行開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)和網(wǎng)上選課系統(tǒng)給學(xué)生充足的時(shí)間和空間，突破材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的傳統(tǒng)方式，實(shí)現(xiàn)全面開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，建立相對(duì)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，打破班級(jí)授課制，開(kāi)發(fā)網(wǎng)上選課系統(tǒng)，讓學(xué)生自己在網(wǎng)上選課，按分散式教學(xué)模式組織實(shí)驗(yàn)教學(xué)。全面開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，使每個(gè)學(xué)生都有動(dòng)手操作機(jī)器的機(jī)會(huì)，提高儀器設(shè)備的使用率。同時(shí)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放能最大限度地利用實(shí)驗(yàn)室資源，實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放后，學(xué)生自己選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，實(shí)驗(yàn)的頻率和實(shí)驗(yàn)循環(huán)的節(jié)奏由學(xué)生自己調(diào)節(jié)，這使得實(shí)驗(yàn)室的容量大幅度提高，實(shí)驗(yàn)用房得到充分的利用。

2.5 加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)要更新觀念、提高效率，拋棄固有、陳舊的管理模式，選拔一批愛(ài)崗敬業(yè)，有高度責(zé)任心和事業(yè)心的優(yōu)秀青年來(lái)充實(shí)實(shí)驗(yàn)室隊(duì)伍。重視實(shí)驗(yàn)教師的培訓(xùn)，多與國(guó)內(nèi)外知名高校交流，提高實(shí)驗(yàn)教師的業(yè)務(wù)素質(zhì)。

3總結(jié)

材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)課是一門(mén)技術(shù)基礎(chǔ)課，在工科院校中占有相當(dāng)重要的位置。但是，受多種因素的影響，力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備陳舊，內(nèi)容枯燥乏味，學(xué)生難有興趣。傳統(tǒng)的材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的目的，也跟不上科技發(fā)展的步伐。因此，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容必須進(jìn)行大膽的改革和創(chuàng)新。

材料力學(xué)論文:材料力學(xué)課程教學(xué)方法的實(shí)踐

【摘要】本科階段《材料力學(xué)》課程主要培養(yǎng)學(xué)生對(duì)簡(jiǎn)單桿件結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性進(jìn)行分析的能力，是土木工程和道路橋梁與渡河工程等專業(yè)的一門(mén)重要專業(yè)基礎(chǔ)課。針對(duì)實(shí)際課程教學(xué)中存在的問(wèn)題，提出了一些改進(jìn)措施。如適當(dāng)引入前沿知識(shí)，激發(fā)學(xué)生求知欲和學(xué)習(xí)興趣；恰當(dāng)使用傳統(tǒng)板書(shū)和多媒體授課方式；有效利用虛擬仿真技術(shù)；引入科技競(jìng)賽活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新能力等。實(shí)踐證明上述措施有助于學(xué)生掌握相關(guān)知識(shí)。

【關(guān)鍵詞】教學(xué)方法 教學(xué)手段 實(shí)踐能力 創(chuàng)新能力

一、概述

《材料力學(xué)》是許多工科專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，我校的土木工程、道路橋梁與渡河工程、機(jī)械設(shè)計(jì)與制造、材料成型等專業(yè)均開(kāi)設(shè)這門(mén)課程。它主要培養(yǎng)學(xué)生具備對(duì)簡(jiǎn)單桿件在外載荷下的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性問(wèn)題進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)的能力。對(duì)于土木工程專業(yè)而言，它還是一門(mén)承上啟下的課程：《高等數(shù)學(xué)》和《理論力學(xué)》是它的先修課，而它又是《結(jié)構(gòu)力學(xué)》、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》、《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》、《彈性力學(xué)》和《組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》等課程的先修課。因此掌握好該門(mén)課程的基本概念和知識(shí)十分重要。但是該課程內(nèi)容多、概念多并且相對(duì)抽象，同時(shí)還缺少足夠的實(shí)踐動(dòng)手機(jī)會(huì)，因此一些學(xué)生反映該課程理論抽象、內(nèi)容乏味，甚至少部分學(xué)生產(chǎn)生畏學(xué)現(xiàn)象[1]。所以，需要進(jìn)行多方面的教學(xué)改革，以期達(dá)到預(yù)定的學(xué)習(xí)效果。近年來(lái)，在實(shí)際教學(xué)中進(jìn)行了一些教學(xué)方法的改革和實(shí)踐，取得了一定效果。

二、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

好奇心和興趣對(duì)于學(xué)生學(xué)習(xí)效果有決定性的作用，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力需要培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)的興趣[2]。因此在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中需要不斷激發(fā)學(xué)生的好奇心和興趣。主要采取的措施是適當(dāng)引入前沿知識(shí)和身邊的力學(xué)知識(shí)和案例。如在緒論課中介紹近年來(lái)我國(guó)和其他國(guó)家的典型的建筑物和道路橋梁等。同時(shí)從其他專業(yè)相關(guān)的國(guó)際權(quán)威期刊上檢索相關(guān)文獻(xiàn)，通過(guò)多媒體介紹其他相關(guān)專業(yè)中材料力學(xué)知識(shí)的一些應(yīng)用，如展示Journal of Biomechanics雜志上檢索到的膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中需要解決的生物材料力學(xué)性能測(cè)試的問(wèn)題；展示Journal of Biomechanics和Journal of Mechanical Science and Technology中檢索到的關(guān)于鞋子設(shè)計(jì)中的材料選擇和鞋底外形設(shè)計(jì)的問(wèn)題；展示International Journal of Mechanical Engineering檢索到的齒輪齒形設(shè)計(jì)和優(yōu)化的材料強(qiáng)度問(wèn)題；展示Ocean Engineering中關(guān)于海洋石油鉆井平臺(tái)的強(qiáng)度和剛度設(shè)計(jì)問(wèn)題；展示Engineering Failure Analysis中關(guān)于大型礦用自卸車車軸斷裂的分析。同時(shí)，結(jié)合時(shí)事介紹材料力學(xué)所研究的一些問(wèn)題，如天宮二號(hào)發(fā)射時(shí)，介紹衛(wèi)星發(fā)射塔及周邊建筑物在面臨強(qiáng)動(dòng)載和高溫時(shí)所面臨的強(qiáng)度和剛度問(wèn)題，介紹空間站在太空中所面臨的惡劣環(huán)境及遭受空間碎片超高速撞擊時(shí)的強(qiáng)度問(wèn)題。這些內(nèi)容的適當(dāng)增加一方面可極大激發(fā)同學(xué)的好奇心和學(xué)習(xí)興趣；另一方面也能拓展同學(xué)的眼界，這些知識(shí)也將告訴學(xué)生將來(lái)讀研究生時(shí)也可選擇其他相關(guān)專業(yè)。

三、合理使用傳統(tǒng)板書(shū)和多媒體授課

過(guò)去的課堂教學(xué)手段主要是板書(shū)，這種授課方式對(duì)《材料力學(xué)》這種概念多和理論公式推導(dǎo)多的課程比較有效。其優(yōu)點(diǎn)是學(xué)生和教師共同思考同一個(gè)問(wèn)題，學(xué)生能緊緊跟隨教師的思路和節(jié)奏[3]，教師邊板書(shū)、邊講解、邊推導(dǎo)、邊啟發(fā)和邊提問(wèn)，而學(xué)生則眼、耳、口和腦并用，這樣可形成多維印象和刺激，就有利于學(xué)生掌握相關(guān)知識(shí)。但傳統(tǒng)的板書(shū)也面臨一些挑戰(zhàn)：（1）展示復(fù)雜的變形形式時(shí)耗時(shí)較多，如實(shí)心圓柱在扭轉(zhuǎn)載荷作用下的變形以及任意位置切應(yīng)變的計(jì)算和推導(dǎo)需要畫(huà)出較復(fù)雜的圖形。（2）該課程的工程實(shí)踐性較強(qiáng)，板書(shū)時(shí)無(wú)法有效傳遞實(shí)際工程的相關(guān)信息。而這兩個(gè)缺點(diǎn)恰恰可以通過(guò)多媒體教學(xué)進(jìn)行彌補(bǔ)。這種教學(xué)方式的展現(xiàn)能力強(qiáng)，信息傳遞量大，可以創(chuàng)造生動(dòng)和逼真的教學(xué)氛圍，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。因此，涉及復(fù)雜圖形特別是變形圖的繪制以及變形過(guò)程的展示時(shí)可以借助多媒體技術(shù)進(jìn)行授課，同時(shí)需要結(jié)合工程背景時(shí)也可通過(guò)多媒體展示。

四、有效利用虛擬仿真技術(shù)

《材料力學(xué)》是一門(mén)與工程實(shí)踐密切聯(lián)系的學(xué)科，因此安排有試驗(yàn)課程。但為使學(xué)生達(dá)到預(yù)期的學(xué)習(xí)效果，試驗(yàn)課通常安排在理論課講授相關(guān)內(nèi)容之后進(jìn)行。但這樣帶來(lái)的一個(gè)問(wèn)題是理論課堂上部分學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)理解不到位。比如講授低碳鋼在單向拉伸載荷下的力學(xué)性能時(shí)需要講解徑縮并計(jì)算應(yīng)變值，應(yīng)變值通過(guò)引伸計(jì)測(cè)得的伸長(zhǎng)量除以原始標(biāo)距段長(zhǎng)度得到。但這種單向拉伸試驗(yàn)應(yīng)變值的計(jì)算是建立在均勻變形的基礎(chǔ)上的，而徑縮后材料的變形在標(biāo)距段內(nèi)已不再均勻，因此徑縮后按原公式計(jì)算得到的值理論上已不能再叫作應(yīng)變。僅憑講課和圖片展示有時(shí)不足以讓學(xué)生理解透徹，這時(shí)可以利用有限元計(jì)算提前完成單向拉伸試驗(yàn)的仿真，并展示其變形過(guò)程及變形過(guò)程中應(yīng)變的分布，這樣就能直觀地講解徑縮，并清晰地展示徑縮前后應(yīng)變的分布情況。

另外，部分變形形式較復(fù)雜和抽象，部分學(xué)生無(wú)法深刻理解和掌握。如扭轉(zhuǎn)載荷作用下實(shí)心圓柱的切應(yīng)變分布，部分同學(xué)不能理解切應(yīng)變隨半徑的線性變化。這時(shí)可以建立實(shí)習(xí)圓柱扭轉(zhuǎn)的三維有限元模型，施加扭角，然后在后處理時(shí)顯示標(biāo)距段內(nèi)3/4橫截面的應(yīng)變分布，這樣便可以清楚展示應(yīng)變的分布情況，易于學(xué)生深刻理解和掌握該知識(shí)點(diǎn)。

五、引入科技競(jìng)賽活動(dòng)

《材料力學(xué)》是一門(mén)理論課程，但它來(lái)源于工程又服務(wù)于工程，在培養(yǎng)學(xué)生逐步建立工程概念和逐漸形成解決實(shí)際工程問(wèn)題能力方面有著十分重要的作用。但對(duì)于一般和新建本科院校而言，通常缺少充足的實(shí)踐鍛煉機(jī)會(huì)和試驗(yàn)設(shè)備。近年來(lái)，科技競(jìng)賽活動(dòng)漸多，如省級(jí)結(jié)構(gòu)建模大賽、中南地區(qū)結(jié)構(gòu)建模大賽等。在這些競(jìng)賽活動(dòng)中需要設(shè)計(jì)和制作出屋蓋、塔式建筑、橋梁、輸電塔、廣告牌支撐結(jié)構(gòu)等。通過(guò)這些競(jìng)賽，學(xué)生需要確定具體的分析對(duì)象，通過(guò)檢索文獻(xiàn)資料和力學(xué)分析確定初步結(jié)構(gòu)形式，完成制作，進(jìn)行加載和多輪優(yōu)化等，這對(duì)于鞏固理論知識(shí)，培養(yǎng)實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)具有重要意義。為讓更多同學(xué)參與這種活動(dòng)，在學(xué)校層面設(shè)計(jì)了“挑戰(zhàn)杯”競(jìng)賽活動(dòng)，并將這種競(jìng)賽活動(dòng)納入《材料力學(xué)》課堂教學(xué)，在成績(jī)?cè)u(píng)定中計(jì)入該項(xiàng)成績(jī)。

六、結(jié)語(yǔ)

《材料力學(xué)》是一門(mén)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，又能直接服務(wù)工程實(shí)際，但內(nèi)容相對(duì)多且枯燥。因此在教學(xué)過(guò)程中，要注重激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；合理使用傳統(tǒng)板書(shū)和多媒體技術(shù)進(jìn)行授課；在相關(guān)知識(shí)的講授時(shí)可以采用虛擬仿真技術(shù)增加直觀性，以便于學(xué)生理解和掌握；同時(shí)，還要重視科技競(jìng)賽活動(dòng)對(duì)于鞏固理論知識(shí)、培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)方面的作用。