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材料力學論文:材料力學公式分類記憶方法

【摘 要】根據課程特點，結合教學實踐，摸索出了一套行之有效的材料力學計算公式分類記憶方法，取得了良好的教學效果，學生的計算準確性和學習積極性均得到提高。

【關鍵詞】材料力學；計算公式；分類記憶；教學效果

材料力學是針對我校機械類、材料類專業學生開設的一門理論性較強的技術基礎課。由于課程內容復雜，計算公式繁多，多數學生在記憶上存在一定的難度，計算準確性和學習積極性受到影響，進而導致教學效果很不理想。因此，材料力學計算公式的記憶問題成為一個急需解決的主要問題。根據課程特點，結合教學實踐，借鑒他校和他人教學改革思路[1-4]，摸索出了一套行之有效的材料力學計算公式分類記憶方法，取得了良好的教學效果。

經過觀察不難發現，這幾組公式的結構完全相同，都是分數的形式。如果記憶的是軸向拉伸和壓縮的計算公式，那么后面的剪切、扭轉和彎曲的計算公式可以記憶為：分子中的截面內力變換一下形式，分母中的截面參數和變形剛度也相應變換一下形式。

類似地，還有主應力、主應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。養成分類記憶的習慣，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造力。

2 教學效果

在分類記憶方法的影響下，學生就能主動地記憶看似復雜、繁亂的材料力學計算公式了，課堂練習和課后作業的計算準確性就會相應地得到提高。在教師的正確引導下，學生學好材料力學的信心就會逐漸增強，學習積極性不斷提高，從而體會到學習材料力學不再是一件很痛苦的事情，而是一件很快樂的事情。

2.1 提高了學生的計算準確性

以往學生對學習材料力學缺乏興趣，原因之一就是計算公式沒有記住。在教學過程中，經常有學生反映材料力學公式多，不好記，結果導致課堂練習和課后作業的計算準確性低。經調查發現，這種情況具有普遍性。這個問題如果解決不好，勢必會影響教與學的效果。引入分類記憶方法后，公式記住了，學生的計算準確性自然就提高了。

2.2 提高了學生的學習積極性

以往學生對學好材料力學缺乏信心，原因之一就是辛勤付出沒有回報。經常出現這種情況：雖然學生學習很努力，但是成績不理想。分析原因，公式沒記住，解題錯誤多，努力沒收獲，結果導致學生的自信心受到打擊，學習積極性上不來。引入分類記憶方法后，公式記住了，成績上去了，付出有回報，學生的學習積極性自然就提高了。

3 結束語

材料力學計算公式的分類記憶探索取得了一定的成效，現已獲得校方和學生的認可。通過對材料力學計算公式的分析整理，進行分類記憶探索，進一步強化對知識的學習和掌握要求，不僅僅是能領會教材中的知識，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、考試及以后的工作中靈活運用，也才算真正掌握了知識。因此，這種記憶方法值得進一步推廣，以獲得更好的教學效果。

材料力學論文:對新時期材料力學教學的幾點思考

【關鍵詞】 材料力學；青年教師；思考

材料力學是工學學科中力學類、機械類、土木類、航空航天類等專業一門重要的專業基礎課。在上述專業課程體系當中，按照授課時間排序，材料力學是第一門系統性講解變形體（桿件）在外部載荷（以集中力、布力、集中力偶與溫度為主）作用下形變與內部應力相關計算的課程，內容上完成了從質點、剛體到變形體的過渡，上承高等數學、理論力學，下啟彈性力學、結構力學、巖土力學、機械設計等專業課程，是連接基礎課與專業課的不可或缺的一環。目前，以建設世界一流大學和一流學科為目標，筆者所在的上海理工大學正實施“卓越工程師教育培養計劃”，同時大力推進多個專業的工程教育專業認證。在這樣的背景下，如何將材料力學這門由于內容相對經典且邏輯性強，而在部分學生眼中顯得抽象枯燥的課程講好，使得學生通過課程學習能夠掌握材料力學中的思想方法及重要結論，并具備將其應用于解決實際工程問題的能力，是值得從事材料力學教學工作的青年教師思考的一個重大問題。下面，筆者結合工作實踐談幾點自己的看法。

一、講好緒論課

材料力學的緒論部分一般包括對本課程研究對象、研究內容、研究方法、基本概念、實際應用，以及歷史沿襲、最新進展、未來趨勢等的介紹。由于緒論并不涉及具體的公式推導與問題求解，容易被相當數量的習慣于應試導向性學習的學生貼上“內容空洞，學而無用”的標簽，甚至一些授課教師也持有類似觀點，以幾句話將緒論匆匆帶過，進入相對“言之有物”的后續內容。實際上，緒論的重要性并不亞于其他章節，一堂好的緒論課不但應當能夠使學生對課程內容產生清晰的整體印象，還應起到拓寬其視野，激發其學習興趣的目的。緒論課的作用就好比“藏寶圖”加“指南針”，使學生在后續的學習過程中可以主動地按圖索驥而不至迷失方向，最終獲得“寶藏”――即解決問題的思想方法與需要掌握的知識點。

材料力學教材緒論部分所包含的知識點之間聯系相對松散，不存在能夠串起全部知識點的較長邏輯鏈，因而在講課方面留給教師自由發揮的余地較大；但也正是由于無定式可循，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。為了使緒論課發揮其應有的作用，組織課程內容時不妨考慮以下幾點：

1. 以現實生活中常見實例作為開頭，以設問的形式引出材料力學的研究內容，即強度、剛度與穩定性的概念。如，由建筑地基不均勻沉降導致的墻體裂縫多與地面呈45°的現象，以及2012年8月24日發生的哈爾濱陽明灘大橋垮塌事故，引出強度的概念與重要性；由客機起飛時通過舷窗所觀察到的機翼彎曲現象，以及1998年6月17日發生的因Ka-50直升機上下兩副反向旋轉的旋翼槳葉碰撞而導致的墜機事故為例，引出剛度的概念及重要性。

2. 以材料力學的發展史為主線，重點介紹做出過突出貢獻的著名科學家及其工作，如伽利略、胡克、歐拉、拉格朗日、納維等人，使學生在深入學習具體理論之前即對課程內容的背景及歷史沿革有所了解，對課程產生更加立體的第一印象。與此同時，還應適當增加與中國古代材料力學成就相關的部分內容，如東漢末年經學家鄭玄對于胡克定律的等價描述0，建于公元600年前后、世界現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、世界現存最高大的古代木構建筑――山西應縣佛宮寺釋迦塔等等。

3. 在講解材料力學基本假設時，不但需強調其在理論推導方面的意義，同時還應從正反兩個方面舉例說明其適用范圍，使學生對真實世界的復雜性與理論的局限性產生一定的感性認識，為將來進一步學習更高層次的課程做一鋪墊。如，對于連續性假設，可指出只有物體所占據的空間內均充滿物質不存在空隙，且物體變形后不發生重疊或開裂現象時，物體的變形及內力才能表示為物體內部每一個物質點的坐標的連續函數，便于利用數學分析的方法進行研究。盡管此假設在原子尺度上、甚至對于某些多孔材料在微米尺度上不再成立，但只要作為研究內容的材料的力學行為所發生的尺度遠大于上述范圍，則仍然可以應用此假設。如果物體的確包含宏觀裂紋或類似缺陷，那么采用斷裂力學的分析方法則更為適合。對于均勻性假設，可指出此假設意味著物體內部各物質點處均有相同的力學性能，所以材料屬性可以是獨立于物質點坐標的常數。盡管此假設對于金屬材料在晶粒尺度上、對于某些包含顆粒或纖維組分的復合材料甚至在10 μm的尺度上不再成立，但在宏觀尺度上仍可應用均勻性假設。對于各向同性假設，可指出其適用于大多數金屬與高分子聚合物工程材料，但同時也存在大量不滿足此假設的常見材料，典型如竹子、木材、連續纖維增強型復合材料單層板等。另外，還可舉例說明宏觀尺度上各向同性的材料在細觀或介觀尺度上并非各項同性。最后，應特別強調各向同性只是針對材料的彈性行為而言，并不包括強度，避免學生混淆概念。

二、優化課堂內容

現階段我國高校中材料力學的教學進程大多沿著“直桿軸向拉壓圓截面軸扭轉直梁對稱彎曲應力狀態與強度理論組合變形”的主線展開，再附加壓桿穩定與能量法有關內容；對于桿件的三種基本變形（拉壓、扭轉、彎曲），又多沿著“變形假設幾何關系本構關系平衡條件應力公式變形公式”的順序進行演繹推導。國內外多種教材的內容也基本按照上述思路編排或略加調整0-0。這種整體進程安排符合由淺入深、從易到難、循序漸進的一般教育原則，同時通過講解桿件的三種基本變形問題，可加深學生對于材料力學中普遍采用的分析方法的理解與記憶。但是另一方面，這種傳統安排的不足之處表現為教學內容重復性較大，且各部分之間的邏輯聯系不夠緊密，不利于學生在較短時間內掌握材料力學的核心內容0， 0，影響學習效率與積極性的提高。面對傳統的教學進程安排、有限的課時（根據學生專業不同通常為64或48）與不斷增長的對實際傳授知識量的需求三者之間的矛盾，優化課堂內容顯得十分必要。

1. 由于生活在信息時代、習慣于在若干目標間快速轉移注意力的學生難以被包含較長邏輯鏈的數學推導過程長時間吸引，所以需要將傳統的“連續式”教學過程變為“脈動式”教學過程，將每堂課所應覆蓋的內容歸納劃分為若干個知識點，每個知識點都包括設問形式的開頭、具體內容講解、為下一個知識點鋪墊的結尾所構成。考慮到學生一般可持續集中注意力的最長時間約為10 分鐘左右，每個知識點所需講授時間在10～15 分鐘左右為宜，這樣一節時長45分鐘的課程中即可安排3～4個知識點。

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

3.形形色色的有限元分析軟件已經在工業界得到了大規模應用，而材料力學的知識又是掌握有限元軟件使用方法的必要前提。為了培養學生的工程實踐能力，同時加深對于材料力學所學內容的理解，可以在課程中增加有限元軟件的簡單介紹與實際操作模塊，使學生具備利用ANSYS或者Abaqus解決簡單材料力學問題的能力。

三、合理運用現代化教學手段

目前，以微軟公司的PowerPoint（簡稱PPT）為代表的電子演示文稿已經成為各高校必不可少的多媒體教學手段。傳統的以板書為主的教學模式中，授課教師需花費大量時間在黑板上寫字繪圖，期間背對學生，無法觀察學生的反應，與學生的互動時間也會相應減少。而且板書的表現力有限，難以用生動的形式解釋某些較難理解的概念。同時，以板書為主的教學模式要求授課教師對于在課堂上所要呈現的全部內容都爛熟于心，否則一旦記憶不牢，就有可能在面對空白的黑板時無從下手，致使教學效果大打折扣，而這也正是許多初上講臺的青年教師所要面對的問題。板書的弱項卻是PPT的長項，若以PPT為主要教學手段，由于不用花費時間在黑板上寫字繪圖，授課教師可一直面對學生，便于師生互動，提高教學效率。另外，因為大部分講授內容均已預先記錄在PPT上，教師不用為偶爾忘記內容擔心，實際上減輕了教師的負擔。不過另一方面，PPT在展示數學推導過程方面也有自身的局限性，由于所有內容均為事先制作，缺乏根據需求臨場改變的自由度，不便于教師根據學生的反饋而從多個角度解釋部分推導過程。此外，較快的顯示速度也不利于學生對于推導邏輯的理解消化，而高度集中的注意力也容易造成學生的疲勞。在這方面，板書的點顯而易見，理論推導過程明晰，節奏適中，便于學生理解。因此，青年教師應合理結合傳統板書與以PPT為代表的現代教學手段，利用自身熟悉多媒體素材與手段的優勢，用大量可視化的內容解釋材料力學中理論性較強、相對晦澀的概念；而在進行理論推導時，則依靠板書，詳細講解思路與每一步的依據，并結合學生的反饋，重復重點步驟，這樣才能取得更好的教學效果。

智能手機是另一個可以利用的教學手段。盡管目前智能手機的濫用已經成為一個普遍存在的影響課堂教學效果的因素，但不可否認的是智能手機與互聯網的結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，與其禁止學生在課堂上使用手機，不如引導其適度“正面”地使用手機或其他移動通信終端，使手機為提高課堂教學效果服務。

材料力學作為工學學科多個專業的一門重要的專業基礎課，隨著“卓越工程師教育培養計劃”的實施與工程教育專業認證的推進，對這門經典力學課程的教學效果提出了更高的要求。作為從事材料力學教學工作的青年教師，在不改變現行教學體系的前提下，可充分發揮主觀能動性與熟悉新興教學方法與傳播手段的優勢，從講好緒論課、優化課堂內容、合理運用現代化教學手段三個方面著手，精心打磨材料力學，使其在新形勢下煥發生機，為培養適應時展要求的創新型工程技術人才作出自身的貢獻。

材料力學論文:材料力學虛擬實驗系統設計與實現

摘要：本論文Y合我校實驗教學的實際情況，同時借助于材料力學理論知識，自主設計并開發了材料力學虛擬實驗系統。材料力學模擬實驗系統是一個基于web平臺開發，采用B/S模式三層架構，通過J2EE、SQL等技術開發而來的一款網站系統，通過網頁接入服務器方式，在客戶端網頁進行虛擬的材料力學模擬實驗，從而替代或補充在現實世界進行的真實材料力學實驗教學活動。該論文將詳細分析材料力學虛擬系統的各種需求和特性，以及所需的各類技術支持，剖析材料力學模擬實驗系統內部的邏輯實現。

關鍵詞：虛擬實驗系統 web 材料力學

1 引言

隨著計算機的發展，計算機已經在日常各類教學活動中扮演著無可替代的角色，計算機的高效和智能解決了教學生活中許多重大或者難以解決的問題。計算機網絡也繼承了這些特性，同時，計算機網絡比起計算機軟件又擁有著許多特有的優點，比如計算機網絡可以做到實時更新與維護，而且比計算機軟件占用更少的資源，開發難度也大大降低。

虛擬實驗是以計算機技術為基礎的虛擬技術。早起僅在模擬電路中被提出。比如著名的電路模擬軟件Labview便是虛擬實驗系統的典型案例。在結構和力學領域，國內外采用有限元軟件、結構設計軟件、以及部分建造軟件進行實驗，但是，這一類軟件主要是以分析和設計為主，但是在功能上，操作的流程和實驗的現象展示往往很難滿足實驗教學的需要。

力學實驗教學一直是力學教學中一個必不可少的組成部分，但是隨著力學科學的發展，以及力學學科內部劃分的紛繁復雜，力學實驗器材種類特別繁多復雜，而且作為教學器材，數目巨大，且頻繁使用增加了器材的損耗，這無疑大量增加了教學費用的開支。

本課題利用計算機網絡所具有的特性，通過計算機web的開發，利用計算機網絡技術，制作了一款解決現實世界材料力學實驗教學所面臨的各類問題的虛擬實驗系統，通過網頁接入的方式，非常方便快捷高效的將現實世界材料力學實驗教學移植于網絡平臺。將所有教學活動網絡化，將使材料力學實驗教學變得非常低廉、高效和可持續。

2 系統結構概述

材料力學虛擬實驗系統開發分為以下幾個階段完成。第一個階段由材料力學教研室完成典型的實驗項目和內容，為進一步開發提供理論保障；第二階段由學習材料力學的學生提實驗操作的實際要求，操作的簡易程度；第三階段由開發人員根據教師和學生提出的實驗要求進行開發和推廣。材料力學虛擬實驗教學系統的總體設計目標為：（1）對已有的教學實驗內容和項目進行有效分析、整理和完善。特別對影像照片、力學圖紙、力學使用說明和操作流程等技術資料進行歸檔，為后期開發提供素材；（2）利用計算機虛擬技術，在線模擬實驗的全過程，再現不同測試方法和實驗現象，將該技術應用于本科實驗教學的各個環節；（3）利用大型虛擬設備，并借助于虛擬現實技術再現實驗外的典型應用和操作流程，用于本科生入學，其他專業學生和實驗人員開展相關活動。

本系統主體是web網站，采用了B/S模式下的三層架構的實現模式和 JavaEE及相關技術進行界面開發，采用SQL數據庫管理技術對信息進行高效安全管理。系統主要由三大功能模塊組成：學生界面模塊：主題是在線模擬實驗模塊，同時包含在線交流答疑、公告廣播接收等輔助功能。教師界面模塊：主要提供模擬實驗的更新、公告廣播的、學生檔案管理等功能。數據庫模塊：主要是對各類信息數據的管理。

3 系統的需求分析

在力學虛擬實驗系統中，系統需求分析主要分為三塊，一塊是學生端實現，一塊是教師端實現，另一塊為數據庫實現。

3.1 學生端

學生端主要為虛擬實驗的實現。系統的虛擬實驗模塊，雖然包含多個物理實驗模型，但其基本技術原理相同，受文章篇幅的限制，本文將以拉伸實驗為例介紹虛擬實驗模塊的原理。

3.2 學生端登陸

學生若要使用本系統，必須擁有已注冊于服務器的賬號，如若沒有則需通過注冊向服務器錄入學生個人信息。注冊將會對注冊信息進行必要的合法性檢查，其利用本地的JavaScript，通過后才會將個人信息錄入服務器數據庫中。登陸完成后即可進入學生端界面。

3.3 虛擬實驗

虛擬實驗界面中包含“實驗大綱”、“實驗指導”、“儀器試件”、“虛擬實驗”、“實驗報告”、“留言答疑”以及“我的信息”等板塊。“實驗大綱”、“實驗指導”界面為收錄的本次實驗的原理教學和實驗流程，“儀器試件”則通過圖片形式展示本次實驗所用到的各類儀器。學生用戶可以通過瀏覽這些分類板塊了解本次實驗的原理、流程、目的以及實驗要求等信息，達到實驗前的教學目的。當學生充分理解實驗后，就可以正式開始“虛擬實驗”環節，這也是本系統核心功能模塊。

“虛擬實驗”環節開始后，系統會通過前提JS，一些復雜的實驗則通過后臺servlet和 javaBean，依據具體實驗隨機生成一定合理范圍內的實驗數據，并通過request或session對象傳遞給jsp頁面。當完成以上實驗步驟后，學生用戶即可將虛擬實驗所得數據代入具體公式計算得出實驗結果，至此整個“虛擬實驗”環節結束。

3.4 報告提交

當學生完成整體虛擬實驗后，即可將整個實驗流程和所得數據結果整理成報告，并通過網絡上傳提交與服務器數據庫中，以備教師調閱或者學生自己查閱。同時系統也提供在線答疑功能，學生可將實驗步驟中難以理解的環節通過郵件形式發予任課教師進行咨詢，回復也以郵件形式發回學生郵箱中。

3.5 教師端

教師使用此系統也需要進行賬號注冊以及信息的驗證，驗證過程同學生模塊，注冊完成后將信息收錄數據庫中。教師模塊的權限要高于學生模塊，教師模塊擁有整個系統的控制權限，教師可以通過教師端界面管理整個系統的數據庫。

3.5.1 報告管理

當學生將實驗報告提交于服務器數據庫之后，教師即可通過“報告管理”模塊查詢到所需要調閱的報告。查詢功能采用模糊搜索方式，可以根據 “名稱”、“起始時間”、“結束時間”等條件對數據庫中的報告進行檢索。教師擁有對報告數據庫表的更新管理權限，可以隨時刪減數據庫中的報告文件，并且教師可以上傳報告模版文件，供學生下載使用。

3.5.2 成績管理

通過“成績管理”模塊，教師可以在線打開學生提交于報告數據庫中的文件。在打開后的報告界面會出現“評分”選項，教師可以通過審閱學生提交的報告對學生虛擬實驗的完成情況進行等級評定工作。當評定完成之后，評定的結果信息會被儲存于服務器數據庫中，對不及格的報告，教師可在“報告管理”模塊將其刪除。學生可在收到評定結果為“不合格”的消息后再次進行模擬實驗并重新提交報告，直至評定結果為“合格”為止。教師也可在評定結果后再次進行修改，更改評定的結果。

同時，教師也可在此模塊中進行檢索，搜索出所有“合格”或“不合格”的學生信息及報告，并通過相應模塊做后續的管理操作。

4 結語

本文通過詳細的介紹，描述了材料力學虛擬系統的組成結構及工作流程，闡述了材料力學虛擬系統的優越性，以及對現實物理實驗所面臨的問題的解決策略，材料力學模擬系統極大減少了現實物理實驗的人力財力支出，是對現實物理實驗的強大補充和替代。

材料力學論文:材料力學在力學學科及工程實際中的應用

摘 要 材料力學是力學及機械、土木等相關專業的基礎學科，其主要任務是研究桿狀材料的強度、剛度和穩定性。本文重點探討材料力學在其他力學學科，包括彈性力學、板殼力學及振動力學等學科中的應用。此外，還介紹了材料力學在工程實際中的應用。這不僅能深刻闡明學習材料力學課程的意義，還通過實例及工程背景來加深學生的印象，提高教學效率。

關鍵詞 材料力學 彈性力學 板殼力學 振動力學 工程應用

0 引言

材料力學①是研究桿狀材料的強度、剛度及穩定性的學科，也是力學、機械工程、土木工程等專業的必修課程。該學科的應用范圍非常廣，不僅能解決一些強度校核、穩定性驗證問題，還與其他力學學科，例如彈性力學、②板殼力學③和振動力學④等的交叉非常普遍。此外，材料力學在工程實際和生活中的應用也非常多。本文就通過材料力學在力學學科及工程實際中的應用這兩部分來進行說明。

1 材料力學在力學學科中的應用

1.1 材料力學在彈性力學中的應用

彈性力學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生的應力、應變、位移的一門學科。其研究對象、基本假設及研究方法與材料力學不同，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，彈性力學中物理方程的推導與材料力學息息相關，如圖1所示，根據廣義胡克定律，容易得到

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

1.2 材料力學在板殼力學中的應用

板殼力學是研究工程中的板殼結構在外力作用下的應力分布、變形規律和穩定性的學科。其主要研究內容為薄板彎曲理論以及經典解法、薄板穩定問題、薄殼一般理論。板殼問題的求解過程中，通常會用到材料力學撓曲線方程的微分關系，例如，1820 年，Navier 首先成功求解了均布荷載作用下的簡支矩形板的撓度問題，如圖2中，四邊簡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中簡支端的彎矩M=0的概念。此外，該方法求解簡支矩形板的撓度，還利用了材料力學中的力法及位移法建立方程，且最終得到板的最大撓度發生在矩形的中心位置，即=a，=b處，這也與材料力學中簡支梁中心位置處撓度最大的概念相符。

1.3 材料力學在振動力學中的應用

振動力學是研究機械振動的運動學和動力學的一門學科。固有頻率的計算，是振動研究重點關注的問題之一。而利用柔度法求解系統固有頻率時，材料力學的應用可以讓問題大為簡化。如圖3所示為一帶有質量塊的懸臂梁，為得到系統的固有頻率，可以將梁等效為彈簧，列振動方程進行求解，然而該方法比較復雜。此處，可以根據材料力學中集中力作用下懸臂梁自由端的撓度公式得到梁的柔度，從而可以進一步得到系統的剛度和固有頻率，讓計算和推導過程簡單化，基本計算過程如下：

類似地，還可以將材料力學中彎曲變形的概念應用于振動測試當中。如D4（a）、（b）表示用力錘法測試固支梁固有頻率和阻尼比的振動測試實驗及其原理圖。其中，實驗構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面，測試出的系統固有頻率即為四根固支梁的振動頻率。將系統看成四根并聯的彈簧，由材料力學知識，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為固支梁的長度，系統總剛度即為 = 48EI/L3，再根據 = ，即可求解出系統的理論固有頻率，并將其與振動測試設備得到的固有頻率相比較，便能驗證該實驗的精確性。

2 材料力學在工程實際中的應用

除了在彈性力學、振動力學等力學學科和專業課程以外，材料力學在工程實際和現實生活中的應用也非常廣泛。例如，如圖5利用有限元軟件分析結構的強度，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的內容，且分析結果的正確性及其精度，也都可以通過材料力學的理論分析予以證明。在數控機床強度分析、大型自然通風冷卻塔的優化設計中，通常會涉及材料力學的基本概念。

此外，如圖6（a）所示，法國著名景點埃菲爾鐵塔的形狀，也可以利用材料力學中彎曲內力的概念予以解釋。由于鐵塔水平風向通常僅受到水平方向風力的作用，因此從單個方向上可以將其等效為懸臂梁受水平風載作用，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，要保證結構的強度，對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情況下風速的差別等原因，才最終確定了埃菲爾鐵塔的形狀。巧妙利用了材料力學中彎矩的概念對建筑結構進行優化設計，這也是它與其他塔型建筑物的最顯著區別。

最后，在日常生活中接觸到的包裝袋會有鋸齒形狀或者小孔裂縫，方便與人們撕開，這就用到了材料力學中小孔或者縫隙處會發生應力集中的現象。此外，在汽車、船舶等交通運輸工具中，通常會有材料拼接，拼接處由于材料不同，剛度出現急劇變化，此時也會發生應力集中現象，因此，一味增加此處材料厚度往往會適得其反。這些也都是材料力學在工程實際或現實生活中的應用。

3 結束語

隨著工業4.0概念的普及，高校教育越來越偏重于信息化、智能化，對學生的要求是理論聯系實際、知識用于實踐。本文通過介紹材料力學在力學學科及工程實際中的應用，既可以激發學生對材料力學的興趣、提高課程的教學效率，又能讓學生真正了解材料力學的工程背景和實用價值。

材料力學論文:材料力學教改思考

摘 要 材料力學是工科類專業的一門重要技術基礎課。本文從培養目標、教學內容、教學手段三方面出發對材料力學課程的教學改革進行了初步的探討和思考，以期能夠在今后的教學實踐中培養出適合國家需要的多層次、多類別專業人才。

關鍵詞 材料力學 教學內容 改革

材料力W是工科類專業的一門重要技術基礎課，對航空航天類、土建類、機械類各專業顯得尤其重要。材料力學課程的任務是為解決工程實際問題（強度、剛度、穩定性）提供必要的理論基礎。隨著材料制造工藝的飛速發展及計算機技術的日益普及，傳統的材料力學課程在教學方法和內容上需要改革調整。本文以下結合筆者所在高校的教學實踐活動，對今后材料力學課程的改革進行了初步的探討和思考，以期能夠在新的歷史時期下，培養出國家所需要的多層次、多類別的專業人才。

1 進一步明確培養人才的目標

目前，中國正處于快速發展階段，急需大量的各行業人才，而培養人才的重任便落在各種高校身上。中國有幾百所工科大學，但每所高校培養人才的方式不一樣，其中絕大多數高校是以培養應用型人才為主，少數高校是以培養研究性人才為主。以培養應用型人才為主要目標的高校，學生畢業后絕大多數都流入了生產型企業，他們主要從事相關產品的研發和設計工作，是產品生產過程中的中堅力量。而以培養研究型人才為主要目標的高校，學生畢業后有相當一部分會流入研究所和設計研究院，主要從事以技術創新為主的研究和深度研發工作，是產品研發階段的創新型人才。培養技術應用型人才的高校，應側重教會學生如何“用”的問題。而對于培養研究性人才的高校，更為重要的是告訴學生“為什么是這樣”的問題。所以，首先應該根據學校自身的定位，明確學生的培養目標，從而合理組織教學內容。其次，應根據不同的專業設置來明確教學內容。

材料力學是力學、航空、航天、機械、動力、土木、水利等專業的一門重要專業基礎科，而且是一門理論性很強的學科，其包含的公式，定理，思維方式，建模思路等對于各行業的產品研發，創新發展，優化問題等方面起到很大幫助作用。不同專業對材料力學課程所要求的深度、廣度和側重點有所不同。所以，必須根據不同的專業設置，來安排和組織教學。在但無論培養什么樣的學生和什么專業的學生，都應注重學生分析問題的能力和解決問題能力的培養，另外也應注重學生的創新能力的培養。

2 教材內容與時俱進

傳統的材料力學課程主要以宏觀尺度的一維桿件為研究對象，在教學內容上先安排講授桿件的四種基本變形形式及對應的強、剛度問題，在此之后講授組合變形并通過引入應力狀態的概念引出組合變形模式下的強度問題，最后安排講授壓桿的穩定性問題。以上講授內容，自上世紀八十年代中后期就已經成型，到30年后的今天仍然是材料力學的核心講授內容。這樣的教學方式和考查形式著重培養學生學習材料力學中的定理，理論和研究方法，然后解決一些傳統的問題，然而這并不利于培養學生的創新能力，與我國快速發展的現狀越來越不適應。因此，使教材內容適應國家發展是很重要的。

隨著科學技術的不斷發展，材料制造工藝水平的不斷提高及新材料的不斷涌現，對材料力學這門“成熟”的課程提出了全新的力學問題。如何在傳統的材料力學課程中適度、適時地反映這些全新的課題和進展是十分必要的。特別是近年來有限元思想的快速發展，這對材料力學的學習和教學有了很大影響，在研究工程變形和靜定結構的基本變形中，有限元思想更是突出了它的便利之處。另外，隨著新的交叉學科的不斷涌現，傳統材料力學中的一些結論和分析方法，也已在其他一些學科中得到了具體應用。但是，這種全新的應用并沒有在傳統的材料力學課程中得到體現。因此，在當前學科交叉日益密集的趨勢下，如何對傳統的材料力學內容進行安排和重組，以反映這種學科間的交叉和滲透也是十分必要的。

傳統的材料力學內容已不能滿足現代工程技術的發展，這并不是說要舍棄那些傳統內容，而是要保留核心內容，并加入一些新的思維方法，重組教學內容，優化課程體系，以達到完善教材，適應時展的效果。這不僅可以激發學生的學習積極性，還可以提高學生的創新能力，提高學生解決問題的能力，并有利于高校培養專業的人才，滿足國家的需求。因此，教學內容與時俱進勢在必行。

3 完善教學手段

目前，隨著計算機技術的飛速發展，利用計算機的計算能力來解決實際工程問題以成為當前的一種主流趨勢。計算機的普遍使用，也為材料力學課程教學方法提供了很大發展空間，老師應該利用學生對計算機的興趣，合理使用計算機輔助教學，不僅可以提高信息的輸送和表達，而且還能激發學生的學習熱情和創造性。另外，利用多媒體教學，還能加深學生對材料力學基本概念的理解，相應的提高了學生解決問題的能力，計算機教學方式是傳統教學手段的有力補充。還有一些大型的商業有限元軟件，尤其是ANSYS軟件早已被用來進行結構的強度計算。很多工科院校也已經將ANSYS作為本科生或研究生的一門必修課程，通常都安排在材料力學課程之后學習。但是，在講授材料力學的過程中，也應該充分利用ANSYS直觀形象的圖形顯示能力和強大的計算分析優勢，來演示材料力學課程中的一些重要結論和驗證一些主要假設的合理性問題。舉例來說，在學習梁的彎曲變形時，采取了平截面假設，也就是說當梁發生彎曲變形的時候，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這一假設的實質是忽略了剪應力對梁彎曲變形的影響，而且僅對長高比較大的梁（ >5）近似成立。

在教學過程中，一般僅是定性的告訴學生這一結論。利用ANSYS軟件，通過不同的單元選擇，比如可以利用Timoshenko梁單元，二維實體單元和三維實體單元，具體形象地展示不同單元的數值結果，從而定量的告訴學生這一假設合理性及適用性的問題。此外，另外一款數學軟件Matlab也因其強大的分析和仿真功能，被廣泛地應用于研究及教學領域。事實上，Matlab也早已被列為本科生的一門選修課。國內一些高校也開展了Matlab和材料力學課程相結合的一些有益探索和嘗試，比如利用Matlab計算超靜定機構的支反力及繪制撓曲線的形狀等。②在材料力學課程中的把ANSYS，Matlab等仿真類軟件引入到材料力學課程教學中來，不僅可以激發學生的學習興趣，還可以加深學生對材料力學基本概念的理解，并有助于提高學生實際分析能力和解決問題能力的提高，為其將來更好更快地解決實際工程問題打下基礎。因此，在今后的材料力學教學中，應該加大ANSYS，Matlab等軟件的介紹，在更深的層次上和教學過程相結合。

在利用計算機輔助教學的同時，也應該注重加強學生進行材料力學試驗，材料力學是一門理論性較強的學科。學生在學習基本概念和理論后，并不能完全理解，@就需要進行材料力學試驗來加深學生對理論的理解，使理論與實踐相結合。從簡單的力學現象引出復雜的問題，通過理論的學習進而解決力學問題揭示力學原理，激發學生的學習熱情，通過看得見、摸得著的實驗可以加深學生對抽象概念的理解，提高學生的自主學習能力和創新能力。

最后，要完善教學課堂，老師在完成規定的教學內容后，應該不斷鼓勵學生樂于提出問題，并在課堂上解決，這不僅能激發學生的思考和發散思維，還能起到現學現用的作用，更能加深學生對基本概念的理解，提高學生解決問題的能力和創新能力。對于學有余力的學生，應該給他們一些力學問題，讓他們合作解決，最后在課堂教學之余舉行一個小競賽，促使學生獨立思考和鉆研。這種教學方式不僅增強了學生自己查閱文獻和書籍的能力，還提高他們的學習積極性，培養他們接受新知識、新思想的能力，在使學生獨立思考的同時，也讓學生意識到團隊合作的重要性，加強了學生發現問題、解決問題的能力。總之，材料力學這門課程雖然是理論性學科，但是從課程理論學習、教學方式、課堂實驗的創新等各個環節入手，并在各個過程中大膽創新，努力實踐，最終可以提高教學質量，促進學生學習，提高學生創新能力，使學校培養出高素質，復合型人才，滿足國家對工程性技術人才的需求。

4 結語

材料力學是工科類專業一門重要的技術基礎課程，筆者作為工科類材料力學課程的一線授課教師，對材料力學課程今后的教學改革方向提出了以上幾點思考和建議。為了培養出國家所需要的多層次、多類別的專業人才，在今后的教學工作中，只有明確了培養目標，不斷改進教學方法、與時俱進地更新教學內容，才能使學校培養出的學生肩負起時代所賦予的責任。

材料力學論文:以學生為主體的啟發式材料力學實驗課程改革

[摘 要]材料力學是工科高等院校十分重要的專業基礎課，涉及機械工程、土木工程、石油工程等許多專業。針對工科高等院校材料力學實驗課程，提出以學生為主體的啟發式課程組織方法以及相應的保障措施，打破傳統的材料力學實驗教學模式，能使學生真正形成從“被動”向“主動”，再由“主動”到“創新”的轉變。

[關鍵詞]材料力學；學生主體；啟發式；方法與措施

材料力學是工科高等院校十分重要的專業基礎課，涉及機械工程、土木工程、石油工程等許多專業。該課程的本質是探尋不同類型材料對于各種外力的承受能力以及內部變化，從而進一步分析各種材料的強度、剛度和穩定性。因此，在課堂理論教學的基礎上，它非常強調與之對應的各種材料力學性能實驗。良好的實驗教學過程，不僅能夠提高學生對基本理論知識的掌握，而且能夠激發學生的學習興趣，培養其分析和創新能力。

一、材料力學實驗課程現狀分析

當前的材料力學實驗教學效果不盡如人意，總體而言存在以下幾個方面的問題。1.教學模式單一。目前，材料力學實驗教學均采用傳統的教學模式，即教師講解實驗原理及實驗過程，之后學生分組進行實驗，最后填寫統一的實驗報告，獲取實驗成績。2.學生參與度和積極性不高。由于缺乏對材料力學實驗教學的認識，學生普遍存在不重視實驗的問題。由于材料力學實驗均為分組實驗，每組成員2～8人不等，因此部分學生在實驗過程中完全依賴同組其他同學，有些對于實驗原理都不甚了解。3.缺乏質疑能力和創新意識。當前，高校學生的學習具有很強的惰性，一味地接受書本和教師傳授的知識。在實驗過程中，學生不會對實驗的原理或者方法展開自己獨立的思考或者提出疑問，更不會在現有實驗的基礎上進行更深層次的研究和創新。

二、材料力學實驗課程的改革方法

針對以上問題，本文就材料力學實驗課程提出以下改革思路。

（一）從被動“填鴨”式向學生主體式轉變

當前，課程教學改革大力倡導以學生為中心，培養學生的學習能力、質疑能力以及創新能力。同樣，對于材料實驗課程，也需要從傳統的以教師為主的教學模式，向以學生為主體的教學模式轉變。具體實施辦法為：充分發揮學生在材料力學實驗課程中的主體作用，由學生自行分析材料力學實驗原理、參照大綱制定實驗方案、分配實驗任務、操作儀器設備、獲取試驗結果、撰寫實驗報告等。在這一系列過程中，教師的身份要由從前的“講師”轉變為“導師”，即在學生遇到問題時以參與者的身份負責答疑解惑。同時，為督促和提高每一位學生對實驗的參與度和積極性，在實驗完成后，教師針對每一小組各隨機選取一名成員作為匯報人，對實驗原理、方法和結果等以前完全由教師講授的內容進行講解，該名成員匯報的得分，將成為本小組最終的實驗成績。這樣不僅能夠有效地促進小組成員之間的溝通和學習，而且能夠很好地避免部分學生的惰性和依賴性。

（二）從表格式的實驗報告向小論文的轉變

傳統的材料力學實驗報告形式單一，學生在完成實驗后，只需將實驗結果逐一填入設計好的表格中即可。這樣的實驗報告不僅會在很大程度上限制學生的分析思考能力，而且非常容易出現相互抄襲的現象。為此，若能將格式固定的表格式實驗報告轉變為小論文的形式，將會從根本上解決這一問題。在材料力學實驗小論文中，學生需要簡述該實驗的實驗原理、制定實驗方案的依據、人員組織、具體實施情況、實驗結果以及本次實驗所存在問題等。教師對小論文的評分也應從單純地重視實驗結果，變成對以上各方面內容的綜合評判。對于實驗結果不理想的學生，若能在小論文中正確地分析其原因，并且找出切實可行的解決方法，同樣能夠獲得較好的實驗成績。

（三）基礎實驗與開放實驗相結合

在當前高等院校大力倡導提高學生創新意識的大環境下，材料力學實驗教學應進一步向基礎實驗與開放實驗相結合的方向發展，為學生提供一個良好的實踐平臺，從而提高學生的思考、創新以及實際工程應用能力。開放實驗的題目，可通過三種渠道獲取。1.學生自擬。通常由3～5名學生形成實驗小組，根據材料力學課堂理論教學和基礎實驗內容，結合自己的學習興趣，擬定相應的開放實驗題目。實驗教師為學生提供所需的實驗條件和相關理論指導，使其實驗內容能夠順利實施。2.教師提供。以學生未來的職業和專業為導向，教師為學生提供2～3個開放實驗題目供學生進行選擇。例如，材料力學中的直梁彎曲正應力實驗，其原理是直梁彎曲時，其表面粘貼的應變片產生電阻變化，由應變儀將信號放大并顯示其應變情況。雖然學生在實驗儀器準備充分的情況下，大都能夠順利地完成實驗，但是很少有學生能夠親自動手粘貼應變片或者搭接電橋線路。因此，教師可以在此實驗的基礎上，提供相應的開放實驗題目，給學生提供深入學習和實踐的機會。3.研究生科研項目帶動。工科高校研究生在完成科研項目時，通常需要進行相關的實驗。例如，研究生利用力學實驗室材料試驗機進行PDC復合片壓縮實驗。在其實驗過程中，可帶領1～2名本科生開展相關實驗工作。這樣，不僅能夠提高本科生的學習興趣，培養其應用及創新的能力，而且能夠為他們今后的學習或者研究工作奠定基礎。

三、材料力學實驗課程改革的保障措施

為了保證以上材料力學實驗課程改革的順利實施，需要做好相應的保障工作，具體而言包括以下方面。

（一）實驗教師能力的提升

新的材料力學實驗課程組織方法，突破了傳統的教學模式，必然會為實驗教師帶來更多的挑戰。實驗教師自身的能力和素質，很大程度上決定了材料力學課程改革的效果。傳統的材料力學實驗教師只需根實驗大綱和指導書按部就班地指導學生進行相應實驗。然而改革后，實驗教師更多的是扮演“導師”的角色，參與學生的實驗，為其提供指導和幫助。這樣，勢必要求實驗教師具有更深更廣的專業基礎知識，以及輔導各類型實驗的綜合能力。為此，對于現有材料力學實驗教師而言，應當不斷充實自己。對于學校來說，應當吸引更多有能力的優秀人才從事材料力學實驗教學工作，并且提供有利的條件，加強其與其他開設相關課程的高校之間的交流和學習，讓實驗教師“走出去”，把好的思路和想法“引進來”。

（二）實驗設備條件的保障

加強現有設備的維護和保養，并在此基礎上，增加新的儀器、設備的投入。目前一些學校的材料力學實驗設備，如靜態應變儀、扭轉試驗機的年代都相對比較久遠，已無法完全滿足新的材料力學實驗課程的需要。因此，對于有條件的學校，可購置一批先進的實驗設備，以保證課程改革的需求。同時，在新的材料力學課程組織模式下，應把基礎實驗與開放實驗相結合，各類型實驗設備和實驗室之間需要進一步加強協調與配合，制定相應的管理制度，這樣才能保證材料力學實驗課程改革的順利開展。

（三）給予學生創新實踐學分激勵

在材料力學實驗課程改革中，學生的主體地位，學生的積極性、主動性和創造性直接影響著新的實驗課程的實施程度。只有充分調動學生的學習熱情和積極性，才能從真正意義上打破傳統教學模式，提高材料力學的實驗教學水平。然而，當前大學生學習具有很強的惰性，只要與學分無關的事情就不愿意去做。作為學校，恰好可以利用學生的這一特點，采用創新實踐學分激勵的辦法，對于材料力學基礎實驗后，成功完成相應開放實驗的學生，給予額外的學分獎勵，由此推動材料力學實驗課程改革的順利進行。

四、結語

打破常規實驗教學模式，充分發揮學生的主體作用，提高學生的學習興趣、培養學生的創新能力，是以學生為主導的啟發式材料力學實驗課程改革的關鍵。同時，需要從實驗教師、實驗O備等方面為改革的實施提供保障。本文所提出的材料力學實驗課程改革方法，也能為其他相關實驗課程的改革提供參考和思路。

材料力學論文:材料力學與結構力學課程的相互滲透與融合

【摘 要】本文通過材料力學和結構力學兩門課程的對比，已完成教學上兩門課程的融會貫通。

【關鍵詞】材料力學；結構力學；融會貫通

0 前言

材料力學是許多工科專業的一門重要基礎課，是一門為設計工程實際構件提供必要理論基礎、理論與實驗相結合的課程，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件的強度、剛度以及穩定性的計算，而且還為結構力學、混凝土結構等課程奠定良好的基礎。

結構力學則是力學以及土木工程等專業的更為重要的專業基礎課程，是一門為設計實際工程結構提供理論依據和計算數據的課程。材料力學和結構力學這兩門課程在土木工程專業中占有非常重要的地位，同時又是該專業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體系內容，但又因研究的結構體系的復雜程度不同而有差異，若能將兩門課程深入研究，在講解結構力學課程的同時將兩門課程知識內容相互滲透與融合，完成課程間的銜接過渡、交叉與融合，完成在學習新的知識內容的同時又能進一步理解原有基礎知識的內容，實現兩門課程的融會貫通，從而可以取得良好地教學效果。

1 材料力學與結構力學課程的不同與相似之處

材料力學主要研究簡單構件的強度、剛度以及穩定性的計算原理和方法而結構力學則是研究復雜構件體系相同方面的計算，所以結構力學要研究結構的幾何組成分析。

材料力學是基礎課程，它為更多的不同工科專業奠定基礎，如機械設計與制造、材料成型、機械電子工程、土木工程、化工機械、軌道交通等眾多專業都以此課程為基礎，因此該課程內容涉及范圍廣泛，變形桿件的變形復雜，相應的不同變形下的內力以及位移計算復雜，甚至包括各種組合變形形式下的內力和位移計算，雖然構件體系簡單，但變形復雜多樣。因此不同變形形式下的內力、應力以及位移計算各有不同。

結構力學是工科專業的專業基礎課程，只有少數專業開設結構力學課程，如：土木工程、橋梁隧道、水工工程等專業，由于它更注重于大型復雜結構體系在彎曲、剪切、拉壓這三種變形形式下的強度、剛度以及穩定性的計算，相對于材料力學，涉及到的變形簡單，基本不涉及組合變形的計算，相應的計算彎曲、剪切、拉壓變形形勢下的內力以及位移的方法則更加具體靈活，相應的方法也更加簡單多樣，所以應用結構力學的方法來解決材料力學的某些彎曲及拉壓問題則顯得非常簡單，特別是材料力學中由于彎曲或拉壓引起的位移計算尤為簡單。

2 材料力學課程與結構力學課程的相互融通

材料力學課程是結構力學課程的基礎，盡管材料力學所提供的各種計算方法與結構力學的方法相比顯得較為麻煩，但如果沒有這些最基礎的方法的奠定，后面的方法在學習的過程中理解起來會有一定的難度。如在材料力學中所提供的計算位移的方法雖然很多：（1）變形位移比較法；（2）實功方程法；（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性，分析和計算都較為繁瑣，有些還有一定的局限性。而在結構力學課程中由變形體系虛功原理的虛功方程導出的計算位移的單位荷載法，則無論是任何因素引起的位移也無論變形體系的變形在什么變形范圍都可以解決。特別是應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荷載作用下的位移計算問題。不僅如此，各種廣義荷載因素如：溫度變化、基礎沉陷、材料收縮、制造誤差等眾多因素引起的位移計算都變得非常簡單。如果能夠掌握結構力學中桿系結構的內力計算，那么解決單個桿件的內力那也將易如反掌。所以學習好結構力W對更好的理解和掌握材料力學的教學內容起到很好的促進作用。只要老師在講解結構力學的同時，與材料力學的知識內容相互結合并比較，就可以完成兩門課程知識內容上的融會貫通，這樣不僅可以提高學生的學習興趣，還可以充分理解以往所學材料力學課程的知識內容，使得兩門課程的知識內容銜接自然流暢，完成材料力學和結構力學兩門課程的完美結合，知識內容的融會貫通。

材料力學論文:對比法在材料力學教學中的重要性及應用舉例

【摘 要】材料力學作為土木工程及機電工程系學生重要的專業基礎課程之一，其在基礎力學教學中有著非常重要的位置，這部分內容學習的特點是需要記憶的知識點比較多比較散，學生記憶掌握起來比較困難，很多學生往往是課程開始興趣十足，學到一半卻興趣盡失。那么如何在講課中避免這種現象發生呢？本文從對比法在材力研究的問題、方法、公式及有關規律等幾個方面的應用舉例出發，闡述了對比法在材料力學教學中的重要性。

【關鍵詞】材料力學；教學方法；對比法；應用舉例

材料力學作為土木工程及機電工程系學生重要的專業基礎課程之一，其在基礎力學教學中有著非常重要的位置，這部分內容學習的特點是需要記憶的知識點比較多比較散，學生記憶掌握起來比較困難，因此，這部分內容對學生而言學習起來感覺比較頭疼，往往是課程開始興趣十足，學到一半卻興趣盡失。那么如何在講課中避免這種現象發生呢？講課中多采用對比法不失為一種行之有效的方法。

1 從材料力學中研究的問題上對比

材料力學主要研究地是件在各種基本變形及組合變形情況下的強度、剛度及穩定性計算問題，而研究強度、剛度及穩定性問題都從外力入手，然后研究其構件內部受力及內力圖，進而進一步研究應力、變形及相應的強度剛度和穩定性條件，進行必要的強度、剛度和穩定性計算。從這些研究內容上看，每種變形研究地問題都是相同的，但是因為多數教材體系分章是以變形形式為主線進行的分章，從而使研究的問題相同這一特點變得不再明顯，也即人為造成學生第一知覺是材料力學的內容比較多，知識點比較散。如果教師在講完緒論后，講授具體問題之前，能把研究的問題做個比較說明，那么學生就會對所要學習的能容有個比較清晰的認識，就會在教學過程中始終讓學生感覺到材料力學的內容是形散神不散，從而達到學起來事半功倍的比較好的教學效果。

2 從研究方法上對比

首先，從大的方面看，強度計算和剛度計算方法是類似的，即強度計算和剛度計算都是從外力、內力計算、應力和變形計算入手，然后用工作應力和桿件變形量與各自許用值作比較建立一個不等式的強度和剛度條件，進而解決三種類似的問題，即強度和剛度校核問題，設計截面問題和確定許可載荷問題，所不同的只是強度條件與剛度條件中描述應力與描述變形的量所用的記號不同，計算公式不同，所以講課時如能對這兩部分的內容做個簡單的比較說明則同樣也可達到事半功倍的效果。

其次，從具體內力計算方法、正負規定、內力圖作法和應力公式推導方法上看，各種變形下的內力計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，在其基礎上又總結出規律法，如求指定截面上的軸力、剪力和彎矩的規律法，規律法的具體規律雖各不相同，但規律的基本骨架基本相同，而各種內力的正負規定內力圖的規定方法也都相同，即正負都是從微段變形情況出發規定各種內力正負，內力圖都是平行桿軸的坐標表示界面位置，垂直桿軸的坐標表示內力，正的內力在位置坐標上負的在下（土木工程的彎矩正負規定除外）。除此以外，各種變形的應力公式推導方法也是相同的，即都是從觀察試驗入手，然后提出假設，再綜合其變形幾何關系、物力關系和靜力學關系推導出具體公式，而且這種方法不僅僅是推導應力的專屬，在求解超靜定問題時同樣是結合這三個方面進行的推導計算，所以由此可見，在材力教學中采用對方法的重要性。

3 公式和規律方面的對比

材力中除了研究問題和研究方法有相同之外，各種基本變形的應力公式、各種基本變形的變形公式及變形能公式及強度條件和剛度條件也都有著相似性，除此以外求各種內力的規律也是相似的，如果在講課中能加以比較，使學生在比較中去記憶勢必使記憶變的容易，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到事半功倍的教學效果。

綜上所述，在材料力學教學中應用對比法不僅可以使研究問題和相關知識點變的清晰，讓學生感覺到其形散神不散，也能讓大量的公式和規律記憶起來不易混淆，使學習變的更容易，從而避免學生因內容繁雜、枯燥、難記而喪失濃厚的學習興趣，激發學生自主學習熱情，進而收到事半功倍的教學效果。

材料力學論文:探討材料力學在水利水電工程中的應用

摘 要：伴隨著近些年大型水利工程建設各種失敗案例的發生，人們越來越清楚的認識到材料力學和水利水電工程中的重要作用，無論是水平水電工程強度的合格與否，或者是怎樣選擇更合適的材料，材料力學都提供了有效解決措施。本文從材料力學的應用原理入手，詳細探討了材料力學在水電工程中的實際應用情況，通過本文的研究，更好的表明了材料力學在水利水電工程中發揮的重要作用。

關鍵詞：材料力學；水利水電工程；應用

在科學技術日漸發展的時代背景下，人們越來越重視管理的進步和科學技術的創新，在水利水電工程中也是如此。材料力學主要探索的是材料在外力條件下發生應變、應力、強度的變化以及對材料造成的破壞極限等，其被廣泛的應用于生活的方方面面。無論是機械中的結構，還是生活中的食品包裝，所有的物件都必須要滿足其應有的強度、剛度以及穩定性，才能夠真正的做到安全，可見材料力學的重要作用。那么，現將材料力學應用于水利水電工程中，能夠有效的將水工建筑安全性和穩定性問題解決。

1 材料力學的應用原理

從力學材料變形的原理看，其結構為：R-S≥0，其中，S代表的是結構作用的效應量，R代表的是抗力。在具體應用中，除了要對一系列在和工況以及不利載荷組合條件下的變形進行計算之外，還需要構建變形和強度以及穩定性之間的函數式子。通過材料力學法，能夠把不同載荷情形下的各個截面的壓應力以及截面中心點的變形等等計算出來[1]。值得注意的是，由于在水利水電工程中，抗力R是有特別規定的，所以，在計算效應量S之后，便能夠知道設計的合理與否。

2 材料力學在水利水電工程中的應用

2.1 材料力學在混凝土變形中得應用

首先，混凝土在絕對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系的。膨脹性的自身體積變形，在混凝土結構降溫時，對拉應力會產生補償作用。從宏觀層面看，自身提及的變形應該是比較均勻的，因而，它對由于室內外存在夭疃造成的溫度應力是沒有補償作用的。

其次，混凝土的干濕變形。混凝土如果沒有了水分的保證，便會產生收縮作用，而一旦吸入水分，則又會產生膨脹，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的干濕變形，混凝土的內部溫度狀態會對環境的溫度和導濕性等造成巨大的影響[2]。

再者，混凝土的溫度變形，如果沒有任何的約束，直接在溫度變化作用下產生變形，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，它會對溫度應力的數值產生直接的影響，所以，它是一個關鍵性的參數，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，它的應力以及應變之間會遵循這樣的規律：，其中，E代表的是彈性模量。按照這樣的規律，可以知道，如果應力不變，應變也隨之不發生改變，但在現實情況中，卻并不是這樣。相關的研究也證明了應力不變的情況下，混凝土的應變會隨著時間的增加而不斷增加，這種現象我們稱之為混凝土的徐變。

2.2 材料力學在混凝土實際應力計算中的應用

假設θ規定從x軸到外法線n上的逆時針轉向的方位角θ是正向。那么，通過公示，我們可以得到：

從而，可以得出最大主應力以及最小主應力，其公式為：

那么，最大剪應力的公式為：

2.3 材料力學在建筑材料選擇中的應用

2.3.1 預應力混凝土

預應力混凝土的結構主要指在結構承受到負荷之前，事先對它加壓，使其在外荷作用的這一過程中，受到拉區混凝土內，從而形成壓應力，以壓應力將外載荷出現的拉應力抵消，當然，這一過程，必須要保證結構在使用的過程中，沒有裂縫產生。

2.3.2 水利水電工程的構造設計

水利水電工程工件的構造設計中，材料力學主要是把固體作為研究對象，研究的內容則是構建受到拉力、剪力以及彎曲力等作用時，材料力學的性能。當然，對于不同的材料，其在這些外力作用下的材料力學性能也是各不相同的，所以，按照不同的力學性能，進行構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，構件的材料選擇需要對構件內不由于拉壓存在而造成的反向應力進行充分的考慮。鋼材以其良好的抗拉壓能力而成為了比較好的建筑材料。實際上，很多單一的材料或多或少都會體現出抗拉壓的特點，如果將一系列具有不同性能的材料，通過復合作用混合在一起，從而使其變成力學性能好、物理化學性能優的復合材料。

其次，剪力以及彎曲變形力。當構建在彎曲變形力之下，會產生拉壓應力，在扭曲變形和剪切作用之下，構件的橫截面會產生剪應力，但是，兩者之間是存在著巨大不同的。在剪力作用之下，構件的斷面是不會有相對錯動產生的，同時構件的表現局部會有應壓力，因而在工作狀態下，建筑的構建會發生扭轉變形，這樣一來，無論是構件的強度，還是剛度，都會被大大削弱，所以，在設計階段，就應該盡量減少扭曲變形的出現，如果有可能，應該完全避免扭曲變形的產生。

綜上所述，水利水電工程項目是一項重要的工程，它和我國的民生息息相關，是一項利國利民的特殊工程，所以，必須要對其引起足夠的重視。而在科技日益進步的時代背景下，對材料力學的研究也將日漸深入，在今后的探索實踐中，必然會涉及出安全性、可靠性更好，性能更好的水利工程，帶動我國經濟的更進一步發展。

材料力學論文:結構案例法在材料力學教學環節中的應用

摘要：建筑專業材料力學是重要的專業基礎課程，是解決工程實際問題的前提，可是傳統的教學模式及方法不能夠很好地調動學生的積極性和創造性。針對這一突出問題，本文借助已有力學實驗設備，利用各類不同構件讓學生自由組合成不同結構案例來測定其在荷載組合作用下各桿件的力學性能，這樣不僅能夠讓學生掌握材料力學的特性及實驗方法，而且還能更好地培養學生的技能和創新意識與能力，以適應新時期大學生培養的要求和目的。

關鍵詞：建筑力學；教學模式；結構案例；力學特性

一、前言

目前，大多數高校在進行材料力學課程教學環節中所采取的主要方式還是“教師在講臺講授、學生在下面聽課”的模式，有條件的高校還會以實驗教學環節作為必要的補充，二者是相輔相成互為補充的。但這種教學方式和方法缺乏科學性，難以調動學生求知的積極性和創造性。特別是有時在實驗過程中，有的實驗項目學生往往不能人人親自動手，甚至有的人只能演示實驗后記下實驗報告中所要求記錄的數據。這樣一來容易使得學生產生依賴性，對在實驗過程中出現的其他實驗現象和數據不記錄分析，更不會總結和提問。這樣就嚴重束縛了學生的自主性，阻礙了學生大膽探索和勇于創新的能力。

二、建筑力學結構案例法

所謂案例（case）也被稱作實例，是來源于生產實踐的。案例教學法是將生產實踐中的實際工程實例為基礎，將之應用在課堂教學中的一種教學方法。案例本質上就是提出一種決策的兩難情境，沒有特定的解決之道。在教學中，教師扮演著設計者和激勵者的角色，鼓勵學生積極參與討論，而不是像傳統教學模式傳授教學法那樣，教師扮演著傳授知識者的角色，這樣才能使教學變得更加生動和有趣[1，2]。而所謂材料力學結構案例法，其實質就是通過學生自己動手、自由組裝來確定合理的結構模型形式，并且要求該結構模型必須要涵蓋所要實現的實驗教學內容和環節，從而使學生能夠應用所學過的力學課程知識，達到自己設計結構形式、實驗內容，已改以往被動接受學習的模式為主動求學的模式，這是傳統力學教學模式改革的一種嘗試。

培養創造型人才，大學生的創新能力是當下高等教育的首要任務，而創新型人才的健康成長則需要實實在在的創新實踐。特別是對于建筑專業的學生而言，學生的創新靈感和智慧不會從書本和教師那里直接學到，教師通過對有工程意義和背景的實際案例來積累和探索實踐過程，從點滴收獲中逐漸領悟和感悟出來[3]。通過甄選適合本專業學生特點和教育要求的案例，展現創新實踐的魅力，就能讓學生們在探索實踐中體驗到研究的快樂，激發出無限創新的欲望[4]。因此，將材料結構案例教學法應用于建筑專業的材料力學教學環境中，可以改變傳統的教學模式，激發學生的求知欲，提高材料力學課程的教學質量，從而最大限度地發揮學生的創造潛能，培養學生的創新能力和想象空間。通過自主學習、獨立思考、創新思維、營造崇尚真知、追求真理的氛圍，使學生能夠綜合應用所學的力學理論和知識，提高分析問題和解決問題的能力。加強理論與實踐相結合，對提高學生的材料力學整體教學效果具有深遠意義。材料力學結構案例教學法則是培養學生創新精神和實踐能力的一個有效途徑。

三、建筑結構案例分析

建筑專業材料力學課程是重要的專業基礎課程是解決工程實際問題的前提，還涉及到與實踐教學環節相互配合、相互補充。因其主干課程地位，實驗教學的任務就不只是鞏固理論知識，了解掌握力學檢測技術和手段的問題，還應在力學理論的深化、運用、工程問題的認識等方面有所要求。而加強實踐教學，提高創新能力，是高校人才培養模式改革的重點和難點。材料力學實驗教學是涉及面較大的理工科專業的重要基礎實踐教學環節，加強和改進這一環節對鞏固力學概念、加深理論認識、了解力學檢測方法與檢測技術、增強力學分析意識、提高力學分析能力具有重要意義。

1.傳統材料力學實驗教學。按照現行材料力學及其實驗教學大綱中的要求，其主要包括金屬材料的拉伸實驗、彈性模量實驗及電測試驗等。傳統的授課方式是在教師講述完實驗原理及方法后，讓學生以小組為單位按照所講述的實驗步驟重復模仿進行實驗，所得的實驗結果基本相近，實驗所寫報告形式統一。這樣講授的好處在于學生只要按照固定的實驗步驟進行操作就不會出現問題，結果不會有太大偏差；而不好之處在于學生無需認真動腦去思考，只要按照教師的要求去做就可以，對結果不會去追究其“怎么得到的”、“為什么會得到”。學生完全是一種“填鴨式”的被動受學模式，從而磨滅了學生的求知欲、探索精神和主觀能動性，何談學生的創新精神和創造性，因此有必要對這種教學方法進行改革。

2.材料力學案例分析。減少驗證性、演示性實驗，增加綜合性、設計性實驗是實驗教學改革的重要方向。同樣是上述的實驗項目，如果能夠選取一系列合理的建筑結構模型案例形式，使其涵蓋所要求的實驗內容。這樣，學生通過自己設計、思考來組合不同的結構模型，而后通過不同的加載方式、不同的加載點和不同級別的載荷可以得到無窮的實驗結果，這樣極大地調動了學生的熱情和積極性、造性和求知欲，改變其被動學習為主動學習。這種模式的好處還在于即使是同一種結構、同一種加載方法，其所得的結果也是不一樣的，從而可以避免和杜絕學生的抄襲現象，使理論和實踐得到統一。具體表現在：（1）能夠組合搭接出多種結構構型，具有真正的設計功能；（2）各種構型具有實際的工程意義；（3）組合構件盡可能簡單，組合搭接與拆解方便；（4）加載與測量方便，投入成本低。

本研究以秦皇島協力科技有限公司研制的新型XL3418T系列材料力學多功能實驗臺為基礎來進行研究。上課時將之稍加變動，即可進行教學大綱規定內容的多項實驗，在保留了原有的基礎實驗上增加了由多根桿件搭接的桁架結構，橫向壓桿和組合梁組合的框架結構，桁架可任意組合拆卸。學生可以利用學過的理論力學和材料力學知識，根據自己的認識實踐自行設計喜歡的結構類型，并根據不同階段的實驗教學目的設置加載方式，以實現拉伸、彈性模量、應變片的粘貼、彎曲正應力的測定等一系列實驗。這樣可以充分調動學生的積極性和創造性，實現變被動學習為主動學習，“從學未知”到“求未知”的轉變。

學生根據事先設計好的桁架模型在實驗臺上進行組合，同時配上靜態電阻應變儀、數據采集系統等實驗設備便可實現對加載的整個過程實時采集和處理。這種實驗裝置和教學模式不適用于進行破壞性實驗項目的研究及教學工作。

四、結論

培養創新能力既是培養適應社會需求的高質量人才的必然要求，也是一種全新的教育思想和理念，應該從那種單純書院式的課堂教學方式中走出來，更多地和實踐與工程相結合，讓學生在“干”中“學”、在“學”中“干”。理論課教師沒有必要講得很系統、很完備，可以留下一些空間讓學生自己去體驗，適當地拿出部分學時給實驗課無損理論課教學。

案例教學為學生提供了一個近乎真實的場景，縮短了教學與實踐之間的距離。其成功之處在于教學內容針對性強、接近實踐，縮小了學校培養目標與社會職業素質需求的距離，抓住了職業素質中最本質的因素。案例教學著眼于學生創造能力和分析問題、解決問題能力的發展。以教師為主導、以學生為主體的案例教學在不斷循環中完成知識的更新或創新。加強案例教學的研究，對于創新人才的培養將具有重要的作用。

材料力學論文:ANSYS軟件在材料力學教學中的應用研究

摘 要：ANSYS軟件是材料力學中常用的基礎性軟件，同時也是世界上應用最為廣泛的應用程序。在教學中應用ANSYS軟件，可以憑借其自身強大的分析功能，將圖形形象的顯示出來，讓學生對相關知識原理及現象有直觀的了解，加深學生對知識的理解程度。本文就ANSYS軟件在材料力學中的應用作簡要闡述。

關鍵詞：ANSYS軟件；材料力學；應用研究

作為一款有源分析軟件，ANSYS將多學科知識融于一體，包含了結構，電磁，流體，聲學以及熱等領域。在應用方面則涉及到了造船、生物、輕工、水利、能源等科學研究領域。通過軟件應用方面可以看出，在相關領域知識學習具有一定的難度，如果單純依靠教師用傳統方式進行教授，在教學效果方面一定是差強人意。ANSYS軟件應用其中，則可以起到一定的輔助作用，教學工作可以達到事半功倍的效果，學生學習質量也有了一定的保證。

1 材料力學教學現狀及內容

（一）教學現狀

材料力學科目自身的特點在于具有一定的抽象性，導致理論知識理解方面存在一定難度。教學工作安排不合理，教學時間沒有從學生的理解能力以及應用能力方面考慮，學生沒有充足的學習時間，教師在教學過程中為了在有效時間內完成相應的教學任務，在教學的方法上存在一定的不合理性，沒有有效的調動學生參與學習的興趣與熱情。

（二）教學內容

材料力學中有幾部分關鍵的知識難度較大，學生在理解的時候存在一定的問題。比如應力集中。所謂應力集中是指構件在受力的情況下，形狀及外形發生了突變從而導致的局部范圍內的應力顯著增大。教材通常只給出了應力集中的影響因素，但對于在相關因素的影響下具體的系數卻沒有給出確定值，學生對于這一點知識未能深入理解。

2 ANSYS軟件及有限元

ANSYS軟件是由美國一名博士在1971年推出的，最早的版本僅僅提供了熱分析及線性結構分析，其不足之處是只能在大型計算機運行，并且只是批處理程序。在上世紀70年代初期及后期有一定的發展，隨著技術不斷的進步，ANSYS軟件的功能也越來越強大，為用戶對某些問題進行深入的研究提供了幫助。有限元的發展有三個階段，探索時期，獨立發展時期，專家應用與其它軟件相互補充，共同發展時期，并且呈現出了相應的趨勢特征。

3 ANSYS軟件特點

（一）處理能力強大

處理能力強大主要體現在四個方面，其一是建模，其二是網格劃分，其三是參數設置，其四是與CAD無縫集成。網格劃分主要有兩種方式，自由與映射網格劃分，對于不同的幾何體而言，則有拖拉網格，層網格，局部細化。無縫集成方面，能夠與多款件進行數據交換。

（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體上，可以是數值，也可以是相關的函數。

（三）后期處理

對于利用ANSYS軟件獲得的數據，可以采用不同的方式進行輸出，比如，圖表，動畫，此外還可以進行載荷疊加分析。

（四）開放性

開放性主要體現在與其它軟件的有效對接，用戶在開放的環境下可以根據自己的需要對軟件進行相應擴充，對于邊界條件，材料結構等可以由用戶自定義。在不同類型的需求方面還可以進行二次開發。

ANSYS軟件將自身技術與相關軟件有效的結合在一起，自帶的語言可以進行二次開發。比如用戶可以在CAD中建模，然后通過接口將數據導入到ANSYS軟件中進行相關計算。也可以用程序自帶語言建模，計算，此時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方面。首先是模型創建，包含讀入或創建模型，定義屬性，以及網格劃分。其次是施加載荷及選項，條件設定并求解。最后一步是結果的分析及驗證。

5 ANSYS軟件在材料力學教學工作中的優勢

（一）教學效果提升

材料力學首先是一門專業基礎課，其次是將多專業知識集中于一體，主要研究內容是構件在力的作用下產生的變形，損壞，以及失效等存在的規律。教學內容涉及到公式多，邏輯性強，計算過程難度大，計算量大，如涉及到微積分等知識，學生對于知識的掌握及理解存在問題，對于教師而言，如何進行有效的教學是不得不思考的問題。

ANSYS軟件針對問題進行建模，將數據轉化為圖象，從對人體大腦的刺激來看，視覺上的刺激更為有效，大腦對于信息的理解量更大，層次也更深。將抽象的知識變為具體，有效降低了學習難度。并且ANSYS軟件教學是動畫過程，學生對于知識以及相關原理的變化有清楚的認識，表現形式更加生動有趣，能夠在一定程度上調動學生學習的熱情和積極性，實現教學質量的提升。

（二）應用能力培養

材料力學理論知識的學習是為了更好的在實際工作中應用，單純的理論教學不足以培養學生的實踐應用能力。學生對于學習存在畏難情緒。ANSYS軟件應用通過建模對實際情景進行模擬，學生在一種高度真實的環境下學習，無論是理解能力方面還是在實踐能力的培養方面都有很大好處。

（三）增強探究性學習能力

ANSYS軟件在生活中的應用非常廣泛，學生有必要了解熟悉并掌握。學生動手的過程是為今后積累一定的經驗，培養并提升其解決問題的能力，同時也為走向社會奠定基礎。

6 實例探究

在對ANSYS軟件有了基本的了解之后，可以結合具體的例子加深認識。比如ANSYS軟件研究不同載荷下的懸臂梁。現假設有一懸臂梁，長、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發生橫力與純彎曲。

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

圖3為載荷下的米塞斯應力圖，左為集中載荷，右為集中力偶。結果與實際情況完全相符合。

7 結束語

本文對ANSYS軟件相關方面進行了說明，立足于教學實際，從軟件在教學工作中的優勢以及目前材料力學教學現狀作闡述。教師在教學工作中將軟件教學作為教學工作的一個重點來抓，讓學生通過自身動手實踐，對書中知識及原理有自身的領悟，同時培養學生的專項技能。無論是從教師教學還是學生學習的角度來看，ANSYS軟件應用都具有無可比擬的優勢，是針對教學存在問題的有效解決途徑。教師要重視，學生也要重視，學校更應該重視，從多方面為教學工作提供相應的保障。

材料力學論文:基于ANSYS軟件在材料力學實驗課程中的應用

摘 要：材料力學課程概念較多，知識比較抽象，學習起來難于理解，而ANSYS軟件模擬分析能力很強，能夠使相關知識變得更直觀、形象，因此，可以實現兩者的有效融合。文中運用ANSYS重點分析了拉伸實驗中拉伸應力、應變及彎曲實驗中梁的彎曲應力應變情況，展示了ANSYS與材料力學相關實驗相結合的可操作性。

關鍵詞：ANSYS 材料力學 拉伸 彎曲

1 材料力W課程實驗特點

材料力學[1]對于機械專業而言是一門必修課，目前，“材料力學”課程中一些重要的內容，如拉壓、扭轉和彎曲變形，除課堂上多媒體教學外，通常依靠現有的實驗條件進行驗證性實驗教學，而有時存在實驗條件不具備的情況，這樣就無法對相關知識進行實驗驗證，此時如果在實驗教學中采用直觀的圖形顯示，也可以將抽象的概念形象化，同時增強學生對結構的感性認識，培養較強的結構分析能力，因此，可以嘗試引入ANSYS軟件進行簡單的建模計算，并將計算結果形象地展示給學生。

2 ANSYS軟件應用特點

ANSYS軟件[2]中分析計算模塊包括結構分析，可進行線性分析、非線性分析和高度非線性分析，能形象、直觀地顯示結構的變形、位移及應力分布情況，同時還能以動畫的形式展示結構從最初加載到最終變形的整個過程。

3 ANSYS在材料力學實驗中應用實例

（1）拉伸實驗。材料力學中的低碳鋼拉伸試驗[3]通常在實際中通過拉力機拉伸，宏觀上可以觀察到試樣縮頸現象，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程，其中a圖為變形初始，b圖為變形后期。

通過加載求解后，得出試樣拉伸變形應力變化和應變變化如圖2和圖3所示。

（2）彎曲實驗。材料力學中的彎曲實驗[4]通常采用簡支梁、懸臂梁等結構進行實驗分析，該文采用簡支梁進行分析，給梁沿長度方向施加均勻載荷10 kN，梁的橫截面積1.5 mm2，轉動慣量IZZ=0.28125，IYY=0.125。力的加載如圖4所示。

通過ANSYS模擬，繪制出的剪力圖、彎矩圖分別如圖5、圖6所示，這樣得出的結論和實際計算結果相一致。

4 結語

通過ANSYS對拉伸實驗和彎曲實驗的模擬，將其與材料力學課程教學有機結合起來，既發揮了計算機的數值計算功能，又與直觀的圖形顯示功能相結合，使得學生更易于理解和掌握所授課程的抽象力學概念，培養了學生的興趣，提升了學生的形象思維能力，拓寬了學生的視野，提高了教學質量和效率，同時也培養了學生的計算機應用能力，有助于學生運用軟件進行實際工程實例分析，在一定程度上可以使學生理論聯系實際，為以后的工作打下堅實的基礎。

材料力學論文:6005鋁合金材料力學性能研究

摘 要：采用萬能材料試驗機，對典型車用的6005鋁合金材料進行準靜態拉伸試驗。輸出載荷-變形量關系，獲得應力-應變曲線，進而分析材料的彈性模量、極限強度、極限應變、屈服強度和延展率等力學性能。

關鍵詞：6005鋁材；準靜態拉伸；應力-應變曲線；力學性能

1 概述

車輛用6005鋁合金屬于Al-Mg-Si系中等強度鋁合金。由于其優良的擠壓成形性、耐腐蝕性和良好的焊接性，在國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用結構型材。在我國，鋁合金大型材已研制成功并投入生產，隨著我國交通運輸業的發展，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用必將越來越多[1-3]。

6005具有較高的工藝性能。萬普華等人對6005鋁合金試樣進行了水淬和水淬并深冷處理，來觀察金相組織、抗拉強度等對6005鋁合金力學性能的影響[4]。張健等人利用熱塑性試驗研究了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鋁合金材料的力學性能性能通過萬能材料試驗機開展了系統的實驗研究。測定試件在準靜態拉伸時，材料的應力應變曲線；提取加載曲線中的屈服點、強度極限；同時，測量實驗前后試件實驗段（即試件的標距段）的長度變化，算斷裂伸長率和斷面收縮率。

2 準靜態拉伸試驗

2.1 試件及儀器

運用Instron 5969標準電子萬能拉伸試驗機對6005鋁材進行了準靜態拉伸試驗。試件參照GB/T228.1-2010《金屬材料拉伸試驗第一部分：室溫試驗方法》[7]制作。板狀試件的尺寸示意圖如圖1所示。本試驗采用比例試件，形狀為板狀，其厚度為4mm，平行長度為55mm，總長度128 mm。

2.2 試驗結果

將試驗試件在室溫（10～35℃）環境下，試驗試件及試驗用夾頭安裝在試驗機上，試件軸線應與力的作用線重合，將引伸計連接在試件上。試驗機勻速進行拉伸，加載速率為10mm/min，測試試件在拉伸過程中的載荷-變形量的關系。針對橫向切取和縱向切取材料，分別進行五次試驗。試驗過程如圖2所示。

將試驗結果繪制曲線，得到如圖3所示的位移-載荷曲線。

名義應力可定義為？滓=F/A0，即載荷F除以原始截面積A0，而對應的名義應變可由？著=？駐L/L0計算得到，即伸長量？駐L除以原始標距L0。將結果繪制曲線，得到如圖4所示的名義應力-名義應變曲線。

名義應力應變曲線并未真實地反映出材料隨應變變化的關系，因而實際過程中的應力應變要進行相應的修正，需將實驗所沒測的名義應力與應變曲線轉化為真應力真應變曲線。試驗中采用引伸計，可直接測得拉伸過程中的應力和應變數據，繪制得到如圖5所示的真實應力-真實應變曲線。

各次試驗的結果如表1所示。

3 結束語

由準靜態拉伸的位移-載荷曲線、名義應力-應變曲線、真實應力-應變曲線，得到以下幾點結論：（1）相同應變情況下，真實應力略大于名義應力。分析可知，此現象符合實際。因為拉伸試驗過程中，橫截面發生收縮，小于初始橫截面積，導致真實應力大于名義應力。（2）6005鋁合金樣件所能承受的最大拉伸力在2500-2750N范圍內。（3）6005-T5的抗拉強度可達到260MPa，屈服強度約為230MPa，五次重復試驗測得試件的延展率均為12.08%。

材料力學論文:創新材料力學實驗的幾點想法

摘要： 提出了目前材料力學實驗教學中存在的幾個問題，結合實際情況提出了幾點創新，提出要更新傳統材料力學實驗教學模式，重視基礎實驗的延伸，按專業類單獨設課，實行開放性實驗和網上選課等創新方法。

關鍵詞： 材料力學實驗 創新

0引言

在《材料力學》科學發展史中，實驗促進了材料力學理論的發展，同時由于材料力學的理論是建立在將真實材料理想化、實際構件典型化、公式推導假設化基礎上的，他的結論是否正確以及能否在工程中應用，都只有通過實驗驗證才能確定。

1材料力學實驗教學現狀

1.1 材料力學實驗教學水平落后實驗教學一直處于理論教學的從屬地位，試驗方法單一，只注重拉伸、壓縮、電測等幾個基礎實驗教學。教學設備、內容方法陳舊，測試技術和手段落后，學生所學材料力學知識與工程實際不能同步，學習興趣不大。材料力學實驗大部分為基礎實驗。以材料拉伸壓縮試驗為例，課上只是對典型的塑性材料低碳鋼和脆性材料鑄鐵做測試，一般只提供標準試件，能夠測試出低碳鋼彈性模量E、屈服強度?滓s、抗拉強度?滓b、延伸率?啄和斷后伸縮率?鬃以及鑄鐵的抗拉壓強度即可，測試要求比較簡單，學生只是被動接受，很難有興趣。

1.2 現有的材料力學實驗教學指導書不能與新進的實驗設備同步材料力學實驗設備――特別是電測設備更新是比較快的，這樣就要求實驗教材必須與設備的更新同步。

1.3 學生對實驗課的認識存在誤區由于材料力學實驗是非獨立實驗，實驗成績所占該門課程的總成績比例較小，對期末成績影響不大，形成了重理論、輕實驗的思想。

材料力學實驗大部分為分組驗證試驗，許多同學認為只要會做實驗就可以了，甚至有些學生認為實驗課上不上無所謂，實驗報告的處理也是拿別人的數據照抄應付。

1.4 各學校的實驗教學水平參差不齊一些學校由于投入等原因，可能連基本實驗還難以保證。一些學校則開發了設計性、綜合性、開放性的實驗，以及相應的實驗裝置等。有些學校還開發了新的實驗設備，并獲得了具有自主知識產權的實驗設備專利。這些都是近年來我國高等學校教育教學改革所取得的成果。

2實驗教學的幾點創新

2.1 授課中穿插力學史，激發學生興趣比如在講述電測實驗時，可介紹電阻應變計測試技術起源于19世紀。1856年，W?湯姆遜（W?Thomson）對金屬絲進行了拉伸試驗，發現金屬絲的應變與電阻的變化有一定的函數關系；惠斯登電橋可用來精確地測量這些電阻的變化。1938年，E?西門斯（E?Simmons）和A?魯奇（A?Ruge）制出了第一批實用的紙基絲繞式電阻應變計。

2.2 重視基礎實驗的延伸以材料力學性能測試為例，可以使測試材料多樣化，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。要求學生分別測試不同材料的性能指標，通過比較，自己得出結論。同種材料不同截面（圓截面、矩形截面等）、不同尺寸，讓學生結合理論課知識自己測算標距，求出所有參數。通過這種脫離只提供標準試件的模式，使簡單、枯燥的材料性能試驗多樣化，活潑化，可以讓更多的學生動起手來，從而提高學生的實驗興趣。

彈性模量E和泊松比?滋分別在材料的拉伸試驗和電測實驗中測得。這兩個參數的測試方法很簡單，學生一般在老師講授完后很容易就能測定出來，由于操作簡單，學生做完實驗后很容易忘記他們是如何測得的，也很少有學生去研究實驗原理。在學完了電測實驗后，可鼓勵學生自己動手粘貼應變計，研究如何接橋，利用電阻應變儀把彈性模量E和泊松比?滋在拉伸試驗機上測試出來。

2.3 更新傳統材料力學實驗教學模式，探索新的高效直觀的教育方法實行傳統教學與多媒體教學相結合的教育模式。該校工程力學實驗中心從2007年開始在幾位老師的精心努力下，開發了一套直觀、形象的材料力學實驗多媒體教學課件，在實驗課板書教學中通過穿插多媒體課件，大大激發了學生對材料力學實驗的興趣。為了改變以往材料力學實驗設備陳舊和測試手段落后的現狀，從2002年開始在原有液壓萬能試驗機的基礎上，陸續引進了新型的電子萬能試驗機若干臺；陸續淘汰了舊的、低效的電阻應變儀和配套組合裝置，開始使用操作簡單、自動化程度高、數據處理方便的電測儀器。

2.4 實行開放性實驗和網上選課系統給學生充足的時間和空間，突破材料力學實驗教學的傳統方式，實現全面開放實驗室，建立相對獨立的實驗教學體系，打破班級授課制，開發網上選課系統，讓學生自己在網上選課，按分散式教學模式組織實驗教學。全面開放實驗室，調動學生的主觀能動性，使每個學生都有動手操作機器的機會，提高儀器設備的使用率。同時實驗室開放能最大限度地利用實驗室資源，實驗室開放后，學生自己選擇實驗項目，實驗的頻率和實驗循環的節奏由學生自己調節，這使得實驗室的容量大幅度提高，實驗用房得到充分的利用。

2.5 加強實驗室建設要更新觀念、提高效率，拋棄固有、陳舊的管理模式，選拔一批愛崗敬業，有高度責任心和事業心的優秀青年來充實實驗室隊伍。重視實驗教師的培訓，多與國內外知名高校交流，提高實驗教師的業務素質。

3總結

材料力學實驗實驗課是一門技術基礎課，在工科院校中占有相當重要的位置。但是，受多種因素的影響，力學實驗教學設備陳舊，內容枯燥乏味，學生難有興趣。傳統的材料力學實驗內容遠遠達不到培養學生實驗技能的目的，也跟不上科技發展的步伐。因此，對實驗內容必須進行大膽的改革和創新。

材料力學論文:材料力學課程教學方法的實踐

【摘要】本科階段《材料力學》課程主要培養學生對簡單桿件結構進行強度、剛度和穩定性進行分析的能力，是土木工程和道路橋梁與渡河工程等專業的一門重要專業基礎課。針對實際課程教學中存在的問題，提出了一些改進措施。如適當引入前沿知識，激發學生求知欲和學習興趣；恰當使用傳統板書和多媒體授課方式；有效利用虛擬仿真技術；引入科技競賽活動，培養學生的實踐和創新能力等。實踐證明上述措施有助于學生掌握相關知識。

【關鍵詞】教學方法 教學手段 實踐能力 創新能力

一、概述

《材料力學》是許多工科專業的專業基礎課，我校的土木工程、道路橋梁與渡河工程、機械設計與制造、材料成型等專業均開設這門課程。它主要培養學生具備對簡單桿件在外載荷下的強度、剛度和穩定性問題進行分析和設計的能力。對于土木工程專業而言，它還是一門承上啟下的課程：《高等數學》和《理論力學》是它的先修課，而它又是《結構力學》、《鋼結構設計》、《混凝土結構設計》、《彈性力學》和《組合結構設計原理》等課程的先修課。因此掌握好該門課程的基本概念和知識十分重要。但是該課程內容多、概念多并且相對抽象，同時還缺少足夠的實踐動手機會，因此一些學生反映該課程理論抽象、內容乏味，甚至少部分學生產生畏學現象[1]。所以，需要進行多方面的教學改革，以期達到預定的學習效果。近年來，在實際教學中進行了一些教學方法的改革和實踐，取得了一定效果。

二、激發學習興趣

好奇心和興趣對于學生學習效果有決定性的作用，培養學生的實際工程應用能力和創新能力需要培養學生對科學的興趣[2]。因此在實際教學過程中需要不斷激發學生的好奇心和興趣。主要采取的措施是適當引入前沿知識和身邊的力學知識和案例。如在緒論課中介紹近年來我國和其他國家的典型的建筑物和道路橋梁等。同時從其他專業相關的國際權威期刊上檢索相關文獻，通過多媒體介紹其他相關專業中材料力學知識的一些應用，如展示Journal of Biomechanics雜志上檢索到的膝關節置換術中需要解決的生物材料力學性能測試的問題；展示Journal of Biomechanics和Journal of Mechanical Science and Technology中檢索到的關于鞋子設計中的材料選擇和鞋底外形設計的問題；展示International Journal of Mechanical Engineering檢索到的齒輪齒形設計和優化的材料強度問題；展示Ocean Engineering中關于海洋石油鉆井平臺的強度和剛度設計問題；展示Engineering Failure Analysis中關于大型礦用自卸車車軸斷裂的分析。同時，結合時事介紹材料力學所研究的一些問題，如天宮二號發射時，介紹衛星發射塔及周邊建筑物在面臨強動載和高溫時所面臨的強度和剛度問題，介紹空間站在太空中所面臨的惡劣環境及遭受空間碎片超高速撞擊時的強度問題。這些內容的適當增加一方面可極大激發同學的好奇心和學習興趣；另一方面也能拓展同學的眼界，這些知識也將告訴學生將來讀研究生時也可選擇其他相關專業。

三、合理使用傳統板書和多媒體授課

過去的課堂教學手段主要是板書，這種授課方式對《材料力學》這種概念多和理論公式推導多的課程比較有效。其優點是學生和教師共同思考同一個問題，學生能緊緊跟隨教師的思路和節奏[3]，教師邊板書、邊講解、邊推導、邊啟發和邊提問，而學生則眼、耳、口和腦并用，這樣可形成多維印象和刺激，就有利于學生掌握相關知識。但傳統的板書也面臨一些挑戰：（1）展示復雜的變形形式時耗時較多，如實心圓柱在扭轉載荷作用下的變形以及任意位置切應變的計算和推導需要畫出較復雜的圖形。（2）該課程的工程實踐性較強，板書時無法有效傳遞實際工程的相關信息。而這兩個缺點恰恰可以通過多媒體教學進行彌補。這種教學方式的展現能力強，信息傳遞量大，可以創造生動和逼真的教學氛圍，激發學習興趣。因此，涉及復雜圖形特別是變形圖的繪制以及變形過程的展示時可以借助多媒體技術進行授課，同時需要結合工程背景時也可通過多媒體展示。

四、有效利用虛擬仿真技術

《材料力學》是一門與工程實踐密切聯系的學科，因此安排有試驗課程。但為使學生達到預期的學習效果，試驗課通常安排在理論課講授相關內容之后進行。但這樣帶來的一個問題是理論課堂上部分學生對相關知識理解不到位。比如講授低碳鋼在單向拉伸載荷下的力學性能時需要講解徑縮并計算應變值，應變值通過引伸計測得的伸長量除以原始標距段長度得到。但這種單向拉伸試驗應變值的計算是建立在均勻變形的基礎上的，而徑縮后材料的變形在標距段內已不再均勻，因此徑縮后按原公式計算得到的值理論上已不能再叫作應變。僅憑講課和圖片展示有時不足以讓學生理解透徹，這時可以利用有限元計算提前完成單向拉伸試驗的仿真，并展示其變形過程及變形過程中應變的分布，這樣就能直觀地講解徑縮，并清晰地展示徑縮前后應變的分布情況。

另外，部分變形形式較復雜和抽象，部分學生無法深刻理解和掌握。如扭轉載荷作用下實心圓柱的切應變分布，部分同學不能理解切應變隨半徑的線性變化。這時可以建立實習圓柱扭轉的三維有限元模型，施加扭角，然后在后處理時顯示標距段內3/4橫截面的應變分布，這樣便可以清楚展示應變的分布情況，易于學生深刻理解和掌握該知識點。

五、引入科技競賽活動

《材料力學》是一門理論課程，但它來源于工程又服務于工程，在培養學生逐步建立工程概念和逐漸形成解決實際工程問題能力方面有著十分重要的作用。但對于一般和新建本科院校而言，通常缺少充足的實踐鍛煉機會和試驗設備。近年來，科技競賽活動漸多，如省級結構建模大賽、中南地區結構建模大賽等。在這些競賽活動中需要設計和制作出屋蓋、塔式建筑、橋梁、輸電塔、廣告牌支撐結構等。通過這些競賽，學生需要確定具體的分析對象，通過檢索文獻資料和力學分析確定初步結構形式，完成制作，進行加載和多輪優化等，這對于鞏固理論知識，培養實踐能力和創新意識具有重要意義。為讓更多同學參與這種活動，在學校層面設計了“挑戰杯”競賽活動，并將這種競賽活動納入《材料力學》課堂教學，在成績評定中計入該項成績。

六、結語

《材料力學》是一門重要的專業基礎課，又能直接服務工程實際，但內容相對多且枯燥。因此在教學過程中，要注重激發學生的學習興趣；合理使用傳統板書和多媒體技術進行授課；在相關知識的講授時可以采用虛擬仿真技術增加直觀性，以便于學生理解和掌握；同時，還要重視科技競賽活動對于鞏固理論知識、培養學生實踐能力和創新意識方面的作用。