材料力学

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材料力学范文第1篇

关键词 材料力学 弹性力学 板壳力学 振动力学 工程应用

中图分类号：O31 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.kjdks.2017.02.024

Abstract Material mechanics is the basic discipline of mechanics and mechanical， civil engineering and other related major， its main task is to study the strength， stiffness and stability of the rod material. This paper focuses on the mechanics of materials in other disciplines including mechanics， elastic mechanics， applied science shell mechanics and vibration mechanics in. In addition， the application of material mechanics in engineering practice is introduced. This can not only clarify the significance of learning material mechanics course， but also through examples and engineering background to deepen the impression of students， improve teaching efficiency.

Keywords material mechanics； elastic mechanics； shell mechanics； mechanics of vibration； engineering application

0 引言

材料力学①是研究杆状材料的强度、刚度及稳定性的学科，也是力学、机械工程、土木工程等专业的必修课程。该学科的应用范围非常广，不仅能解决一些强度校核、稳定性验证问题，还与其他力学学科，例如弹性力学、②板壳力学③和振动力学④等的交叉非常普遍。此外，材料力学在工程实际和生活中的应用也非常多。本文就通过材料力学在力学学科及工程实际中的应用这两部分来进行说明。

1 材料力学在力学学科中的应用

1.1 材料力学在弹性力学中的应用

弹性力学是研究弹性体在外力作用、温度变化及支座沉陷等外部因素作用下产生的应力、应变、位移的一门学科。其研究对象、基本假设及研究方法与材料力学不同，且它的基本研究思路是基于平衡方程、物理方程和几何方程。其中，弹性力学中物理方程的推导与材料力学息息相关，如图1所示，根据广义胡克定律，容易得到

式（1）中，%l1，%l2和%l3分别是材料力学中的第一、第二及第三主应力，E和%e分别为弹性模量和泊松比。材料力学在弹性力学中的应用还有很多，例如平面应力问题和平面应变问题的区分、应力集中现象在弹性力学中的推广、圣维南原理、利用切应力来求解弹性力学问题等等，此处不再一一赘述。

1.2 材料力学在板壳力学中的应用

板壳力学是研究工程中的板壳结构在外力作用下的应力分布、变形规律和稳定性的学科。其主要研究内容为薄板弯曲理论以及经典解法、薄板稳定问题、薄壳一般理论。板壳问题的求解过程中，通常会用到材料力学挠曲线方程的微分关系，例如，1820 年，Navier 首先成功求解了均布荷载作用下的简支矩形板的挠度问题，如图2中，四边简支矩形板的边界条件为

其中，挠曲线的曲率等于0，即是利用了材料力学中简支端的弯矩M=0的概念。此外，该方法求解简支矩形板的挠度，还利用了材料力学中的力法及位移法建立方程，且最终得到板的最大挠度发生在矩形的中心位置，即=a，=b处，这也与材料力学中简支梁中心位置处挠度最大的概念相符。

1.3 材料力学在振动力学中的应用

振动力学是研究机械振动的运动学和动力学的一门学科。固有频率的计算，是振动研究重点关注的问题之一。而利用柔度法求解系统固有频率时，材料力学的应用可以让问题大为简化。如图3所示为一带有质量块的悬臂梁，为得到系统的固有频率，可以将梁等效为弹簧，列振动方程进行求解，然而该方法比较复杂。此处，可以根据材料力学中集中力作用下悬臂梁自由端的挠度公式得到梁的柔度，从而可以进一步得到系统的刚度和固有频率，让计算和推导过程简单化，基本计算过程如下：

类似地，还可以将材料力学中弯曲变形的概念应用于振动测试当中。如D4（a）、（b）表示用力锤法测试固支梁固有频率和阻尼比的振动测试实验及其原理图。其中，实验构件由四根两端固支梁和两块矩形钢板组成，用力锤敲击矩形板的侧面，测试出的系统固有频率即为四根固支梁的振动频率。将系统看成四根并联的弹簧，由材料力学知识，单根两端固支梁的刚度为： 其中，E为弹性模量，I为惯性矩，L为固支梁的长度，系统总刚度即为 = 48EI/L3，再根据 = ，即可求解出系统的理论固有频率，并将其与振动测试设备得到的固有频率相比较，便能验证该实验的精确性。

2 材料力学在工程实际中的应用

除了在弹性力学、振动力学等力学学科和专业课程以外，材料力学在工程实际和现实生活中的应用也非常广泛。例如，如图5利用有限元软件分析结构的强度，其中，材料的属性：包括弹性模量、泊松比等都需要参考材料力学的内容，且分析结果的正确性及其精度，也都可以通过材料力学的理论分析予以证明。在数控机床强度分析、大型自然通风冷却塔的优化设计中，通常会涉及材料力学的基本概念。

此外，如图6（a）所示，法国著名景点埃菲尔铁塔的形状，也可以利用材料力学中弯曲内力的概念予以解释。由于铁塔水平风向通常仅受到水平方向风力的作用，因此从单个方向上可以将其等效为悬臂梁受水平风载作用，其在均布载荷作用下的弯矩图如图6（b）所示。越靠近地面，弯矩越大，要保证结构的强度，对建筑物的尺寸要求就越高。再考虑塔身自重以及不同高度和不同季节情况下风速的差别等原因，才最终确定了埃菲尔铁塔的形状。巧妙利用了材料力学中弯矩的概念对建筑结构进行优化设计，这也是它与其他塔型建筑物的最显著区别。

最后，在日常生活中接触到的包装袋会有锯齿形状或者小孔裂缝，方便与人们撕开，这就用到了材料力学中小孔或者缝隙处会发生应力集中的现象。此外，在汽车、船舶等交通运输工具中，通常会有材料拼接，拼接处由于材料不同，刚度出现急剧变化，此时也会发生应力集中现象，因此，一味增加此处材料厚度往往会适得其反。这些也都是材料力学在工程实际或现实生活中的应用。

3 结束语

随着工业4.0概念的普及，高校教育越来越偏重于信息化、智能化，对学生的要求是理论联系实际、知识用于实践。本文通过介绍材料力学在力学学科及工程实际中的应用，既可以激发学生对材料力学的兴趣、提高课程的教学效率，又能让学生真正了解材料力学的工程背景和实用价值。

注释

① 刘鸿文.材料力学（第三版）[M].北京：高等教育出版社，1992.

② 徐芝纶.弹性力学上册（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2006.

材料力学范文第2篇

【关键词】材料力学实验；实验教学；教学改革；改革措施

材料力学是工科机械类、土木类专业的一门专业基础课，对学好后序专业课程至关重要。而材料力学的实验对于学生掌握材料力学理论知识起着很重要的作用，它实际上是材料力学教学的重要组成部分，对学生进行科学实验训练，加深理解所学理论知识，提高学生动手能力，科学创新思维能力起着积极和重要的作用。近几年来，随着教学改革的不断深入，材料力学实验教学从实验内容、实验方法到实验手段等方面均发生了很大的变化，基本实验质量得到了全面提升，一批新开发的综合型、设计型实验逐渐走向成熟，并取得了阶段性成果。但是，在改革过程中，还暴露出一些问题，值得教育者们进行深入思考和探讨。

1 实验教学的现状

1.1 学生的学习积极性不高

目前材料力学的主要教学模式是验证性实验，实验教学始终处于从属地位。学生首先接受理论方面的知识，然后再通过实验验证所学知识的正确性，因此学生不能充分认识到材料力学实验的重要性。由于实验之前已经了解了理论知识从而知道实验结果，所以学生对实验普遍失去兴趣，缺乏应有的积极性和主动性。并且，在材料力学课程的最后成绩中要么不考虑实验，要么只作为一种参考，这一现象进一步导致学生对实验课的重视不够。

1.2 实验条件不足

随着社会经济的快速发展，大部分院校招生规模扩大，学生人数日益增多，而材料力学实验教学的实验场地、实验设备、实验人员却难以大幅度增加，这对实验教学的质量带来很大的问题。并且，部分高校采用多处校区的发展格局，使得原本不足的实验资源进一步分散，使得材料力学实验的教学质量受到很大的限制和影响。由于实验条件的限制，学生上实验课时往往很多人围着一台设备，使得多数人是在“看”实验，很少有机会能动手“做”实验，这样很难达到实验的目的，更谈不上提高教学质量了，失去了实验教学在培养学生动手能力、创造能力、分析问题和解决实际问题能力方面的优势。

1.3 考核制度单一

由于学生对实验缺少兴趣并且对实验的重要性认识不够，有些学生不来做实验，或者只是来应付一下，在实验中不注意观察实验现象，实验结束后不认真分析实验数据和误差原因，不总结实验结果及其规律，对实验数据任意修改。由于实验报告作为考核的唯一标准，这样很难避免学员在做实验报告时，相互抄袭，使得材料力学实验从根本上失去了实际意义，无法提高学生的综合分析能力和科学实验研究能力。

2 实验教学改革的主要措施

2.1 改革教学内容和模式

由于验证性实验使学生对实验失去兴趣，所以应该尽量改变理论教学和实验教学的顺序，在讲授理论知识之前要求学生先完成实验任务，使学生带着问题进行理论学习，或在理论学习之前先有了一定的感性认识。例如在教学低碳钢和铸铁的拉伸性能之前，可以先让学生完成该实验，让学生在实验中自己观察实验现象和应力应变曲线特点，然后带着问题来进行理论知识学习。对于某些简单实验，教师可以在课堂上进行，例如在讲授弹性、塑性和脆性变形及其有关的材料力学性能之前，可以准备橡皮（弹性材料）、铁丝（塑性材料）和玻璃（脆性材料）进行简单变形的课堂演示，虽然这些材料的变形及其力学性能非常简单，变形现象学生也十分熟悉，但是课堂上的演示使学生印象更加深刻，知道所学知识原来和实际生活如此接近，达到很好的教学效果。除此之外，根据教学要求，运用多媒体教学动画以及计算机仿真实验等教学手段，以达到增加学生学习兴趣的目的。

为提高学生的学习兴趣，教学内容要紧紧围绕教学目标，紧跟工程实践要求，改变传统教学内容，添加更具时代特色的创新实验内容，并运用新的国家标准充实教学内容，要保持理论教学和实验教学的协调和沟通。学生首先要掌握先进的科学知识，在实验室才能够施展他的才华，从而推动实验教学进程不断向纵深发展。为此，可开设一些综合性、设计性、前瞻性的实验项目。内容分为三个层次：第一层次为基本力学性能实验，第二层次为电测实验，第三层次为综合设计性实验，此外还可以设计一些与工程实践紧密联系且有一定难度的综合创新性实验，让学生独立进行实验设计，组织实验方案的实施，完成实验任务。在实验过程中，学生既有学习新知识的驱动力，也提高了分析问题解决问题的能力。

2.2 改善实验条件

实验条件是实验教学的物质基础，应该转变观念，充分认识实验室建设的重要性，不断改进实验室条件，积极更新实验设备，合理利用资源，提高仪器的利用率。对传统老式液压式万能材料试验机进行改造，购买冲击试验机、扭转试验机、纯弯曲实验装置、弯扭组合实验装置、压杆稳定装置、等强度梁实验装置、BDCL材料力学多功能实验台。这些电测实验都要使用静态应变仪，那么我们整合资源充分考虑到这些特点，在满足正常实验要求下，使得应变仪资源共享，极大地提高仪器的利用率。新的实验设备不仅满足正常的实验教学要求，同时也满足实验教员进行教学研究的要求。实验教员还利用现有资源自主研发一些新的实验仪器或者对实验仪器进行相应的技术改进，提高科研学术水平。

2.3 完善考核制度

材料力学实验是工科学生必修的一门学科的基础实验课程，实验成绩考核是实验教学的关键环节，只有建立科学的实验成绩考核制度，完善实验课程考核方法，才能真正发挥单独设置实验课程教学的重要作用，使学生实验成绩做到真实反映学生的实验水平。

在考核过程中，坚持让学生完成预习，是我们强调的重点环节之一，这样做可以督促学生在实验前做到心中有数，为实验顺利进行提供必要保证。每次实验中，尽可能为学生提供更多的独立操作机会，对每名学生的实际操作情况、实验态度、实验结果质量等均予记分。对做实验不认真者，除及时批评外，也进行相应扣分。书写实验报告是学生对自己所学知识进行归纳总结的重要方式，也是培养和锻炼学生科学思维、逻辑推理和文字表达能力的有效手段。实验报告书写不合格者退回重写，并予以相应扣分。

3 结语

总之材料力学实验真正的目的是在完成教学计划的前提下，重点培养学生的动手能力和创新思想，在兴趣中学习，举一反三，使学到的东西真正应用到实践中去。材料力学实验教学改革是一项复杂的系统工作，它不仅需要校领导的大力支持，还需要教师、实验室管理人员和学生的共同努力，不断探索、不断总结、不断完善、不断改进教学方法和手段来提高实验教学质量，只有这样才能把学生培养成理论基础扎实、动手能力强的创新型人才。

参考文献：

[1]杨茹萍, 冯平鸽, 杨民献等. 改革材料力学实验教学培养学生创新能力[J]. 实验室科学, 2007年第1期.

材料力学范文第3篇

【关键词】教学方法 教学手段 实践能力 创新能力

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）10-0218-01

一、概述

《材料力学》是许多工科专业的专业基础课，我校的土木工程、道路桥梁与渡河工程、机械设计与制造、材料成型等专业均开设这门课程。它主要培养学生具备对简单杆件在外载荷下的强度、刚度和稳定性问题进行分析和设计的能力。对于土木工程专业而言，它还是一门承上启下的课程：《高等数学》和《理论力学》是它的先修课，而它又是《结构力学》、《钢结构设计》、《混凝土结构设计》、《弹性力学》和《组合结构设计原理》等课程的先修课。因此掌握好该门课程的基本概念和知识十分重要。但是该课程内容多、概念多并且相对抽象，同时还缺少足够的实践动手机会，因此一些学生反映该课程理论抽象、内容乏味，甚至少部分学生产生畏学现象[1]。所以，需要进行多方面的教学改革，以期达到预定的学习效果。近年来，在实际教学中进行了一些教学方法的改革和实践，取得了一定效果。

二、激发学习兴趣

好奇心和兴趣对于学生学习效果有决定性的作用，培养学生的实际工程应用能力和创新能力需要培养学生对科学的兴趣[2]。因此在实际教学过程中需要不断激发学生的好奇心和兴趣。主要采取的措施是适当引入前沿知识和身边的力学知识和案例。如在绪论课中介绍近年来我国和其他国家的典型的建筑物和道路桥梁等。同时从其他专业相关的国际权威期刊上检索相关文献，通过多媒体介绍其他相关专业中材料力学知识的一些应用，如展示Journal of Biomechanics杂志上检索到的膝关节置换术中需要解决的生物材料力学性能测试的问题；展示Journal of Biomechanics和Journal of Mechanical Science and Technology中检索到的关于鞋子设计中的材料选择和鞋底外形设计的问题；展示International Journal of Mechanical Engineering检索到的齿轮齿形设计和优化的材料强度问题；展示Ocean Engineering中关于海洋石油钻井平台的强度和刚度设计问题；展示Engineering Failure Analysis中关于大型矿用自卸车车轴断裂的分析。同时，结合时事介绍材料力学所研究的一些问题，如天宫二号发射时，介绍卫星发射塔及周边建筑物在面临强动载和高温时所面临的强度和刚度问题，介绍空间站在太空中所面临的恶劣环境及遭受空间碎片超高速撞击时的强度问题。这些内容的适当增加一方面可极大激发同学的好奇心和学习兴趣；另一方面也能拓展同学的眼界，这些知识也将告诉学生将来读研究生时也可选择其他相关专业。

三、合理使用传统板书和多媒体授课

过去的课堂教学手段主要是板书，这种授课方式对《材料力学》这种概念多和理论公式推导多的课程比较有效。其优点是学生和教师共同思考同一个问题，学生能紧紧跟随教师的思路和节奏[3]，教师边板书、边讲解、边推导、边启发和边提问，而学生则眼、耳、口和脑并用，这样可形成多维印象和刺激，就有利于学生掌握相关知识。但传统的板书也面临一些挑战：（1）展示复杂的变形形式时耗时较多，如实心圆柱在扭转载荷作用下的变形以及任意位置切应变的计算和推导需要画出较复杂的图形。（2）该课程的工程实践性较强，板书时无法有效传递实际工程的相关信息。而这两个缺点恰恰可以通过多媒体教学进行弥补。这种教学方式的展现能力强，信息传递量大，可以创造生动和逼真的教学氛围，激发学习兴趣。因此，涉及复杂图形特别是变形图的绘制以及变形过程的展示时可以借助多媒体技术进行授课，同时需要结合工程背景时也可通过多媒体展示。

四、有效利用虚拟仿真技术

《材料力学》是一门与工程实践密切联系的学科，因此安排有试验课程。但为使学生达到预期的学习效果，试验课通常安排在理论课讲授相关内容之后进行。但这样带来的一个问题是理论课堂上部分学生对相关知识理解不到位。比如讲授低碳钢在单向拉伸载荷下的力学性能时需要讲解径缩并计算应变值，应变值通过引伸计测得的伸长量除以原始标距段长度得到。但这种单向拉伸试验应变值的计算是建立在均匀变形的基础上的，而径缩后材料的变形在标距段内已不再均匀，因此径缩后按原公式计算得到的值理论上已不能再叫作应变。仅凭讲课和图片展示有时不足以让学生理解透彻，这时可以利用有限元计算提前完成单向拉伸试验的仿真，并展示其变形过程及变形过程中应变的分布，这样就能直观地讲解径缩，并清晰地展示径缩前后应变的分布情况。

另外，部分变形形式较复杂和抽象，部分学生无法深刻理解和掌握。如扭转载荷作用下实心圆柱的切应变分布，部分同学不能理解切应变随半径的线性变化。这时可以建立实习圆柱扭转的三维有限元模型，施加扭角，然后在后处理时显示标距段内3/4横截面的应变分布，这样便可以清楚展示应变的分布情况，易于学生深刻理解和掌握该知识点。

五、引入科技竞赛活动

《材料力学》是一门理论课程，但它来源于工程又服务于工程，在培养学生逐步建立工程概念和逐渐形成解决实际工程问题能力方面有着十分重要的作用。但对于一般和新建本科院校而言，通常缺少充足的实践锻炼机会和试验设备。近年来，科技竞赛活动渐多，如省级结构建模大赛、中南地区结构建模大赛等。在这些竞赛活动中需要设计和制作出屋盖、塔式建筑、桥梁、输电塔、广告牌支撑结构等。通过这些竞赛，学生需要确定具体的分析对象，通过检索文献资料和力学分析确定初步结构形式，完成制作，进行加载和多轮优化等，这对于巩固理论知识，培养实践能力和创新意识具有重要意义。为让更多同学参与这种活动，在学校层面设计了“挑战杯”竞赛活动，并将这种竞赛活动纳入《材料力学》课堂教学，在成绩评定中计入该项成绩。

六、结语

《材料力学》是一门重要的专业基础课，又能直接服务工程实际，但内容相对多且枯燥。因此在教学过程中，要注重激发学生的学习兴趣；合理使用传统板书和多媒体技术进行授课；在相关知识的讲授时可以采用虚拟仿真技术增加直观性，以便于学生理解和掌握；同时，还要重视科技竞赛活动对于巩固理论知识、培养学生实践能力和创新意识方面的作用。

参考文献：

[1]刘静，汪中厚， 张丽芳. 材料力学教学中应用研讨课教学方法的探讨[J]. 科技视界， 2016（24）：76，149.

[2]权赫， 春方光. 材料力学课程中培养学生创新思维方法探讨[J].山西建筑， 2016，42（13）：235-236.

[3]黄超，刘德华，武建华，余茜.提高材料力学课堂教学质量体会[J].高等建筑教育，2011，20（5）：88-91.

材料力学范文第4篇

[关键词]材料力学 课堂教学 启发 类比

[中图分类号] G642.4 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2013）24-0058-02

材料力学是研究构件强度、刚度、稳定性等承载能力的学科，主要任务是为受力构件选用适当的材料，确定合理的形状和尺寸，以达到既经济又安全的目的。因此，它作为一门专业基础课，在航空航天、土木工程、机械设计等领域都有着重要的理论指导意义，对于工科专业的大学生来说，其重要性就不言而喻了。如何使学生们在课堂上更好地掌握这门课的内容，提高教学质量，有一套合理的教学方法是力学教师必须要探讨的。

一、坚持“实践-理论-实践”的原则，激发学生的学习兴趣

兴趣是最好的老师，是学习新知识的关键，也是接受新事物的基础。所以教师的首要任务就是要让同学们对材料力学产生兴趣。建议课堂教学可以从工程实例出发，引出要讲的知识点，然后再将理论应用于生产实践，使整个讲解都围绕实际工程进行。这样可以最大程度地激发学生的学习兴趣，而且可以提高他们理论联系实际、解决实际问题的能力。如：在讲弯曲变形这一章时，可以将吊车梁引入进来，吊车梁常见的影响正常工作的现象是使吊车在行驶过程中发生较大的振动，另一方面使得吊车出现下坡和爬坡现象，究其原因就是吊车梁发生了弯曲变形，因此在设计时要提高它的弯曲刚度。还有就是为什么出现越来越多的斜拉桥，用大量的拉索代替桥墩，减少桥墩的数量，这样做的目的就是从构件的稳定性考虑的，使受压构件变为受拉构件，不会出现压杆失稳。通过这些工程实例的分析，不仅可以让学生们清晰认识到材料力学的重要性，也可以提高他们学习的积极性，产生更浓厚的学习兴趣。

二、坚持传统与现代相结合的教学手段，提高学生的学习效率

传统教学以板书为主，其优点在于授课速度慢，教师思维连贯，便于学生理解和接受。同时，教师可以根据学生的表现，及时调整授课进度及课堂教学内容。这种教学方法对于教师本身也是历练，有助于提高力学水平和职业素养。客观地讲，传统教学也有明显的缺点存在，如：容易造成枯燥无味、课堂知识量少、内容空洞等。

随着计算机技术的发展，多媒体这种现代教学手段越来越普遍，其优点是使课堂信息量增加，丰富了教学内容的表现形式，使抽象的问题具体生动了，板书无法表现的内容，通过计算机很容易就演示给学生了，而且大大节省了教师的时间和备课负担。随着这种教学方法的使用，它的缺点也慢慢显露出来，如：学生感觉授课速度快、知识容量大、内容不易接受，这势必影响教学质量和学习效果。

两种教学手段均有利有弊，因此根据材料力学的特点应将两者有机地结合起来，发挥各自的优点，为提高教学质量服务。比如，材料力学中公式的推导和例题的讲解需要保持思维的连贯，而且要让学生跟上老师的思路，理解推导和解题的进程，那就可以利用板书，真正做到让学生参与进来。而一些图表、工程实例则可充分发挥多媒体的优势，直观形象地放映给学生，这样不仅节省时间，而且可以使课堂气氛更加活跃。

三、坚持教学内容与时俱进的思想，培养适应新时展的力学人才

材料力学作为一门经典的基础力学课程，其理论体系发展比较完善和成熟，在一定程度上造成教学内容过于传统，教学重点比较单一，这样是不利于培养现代化的工程技术人才的。作为力学教师，应该时刻关注现代工程技术的发展，掌握工程前沿的第一手资料，了解它的发展趋势，以便及时调整教学内容及相关重点。比如随着科技的进步，出现了大量的离岸结构（如：海洋钻井平台），它们在工作中就会受到动载荷的作用，对这类构件进行设计或校核时，就应该使用材料力学中动载荷的内容，因此授课时这部分理论的重要性就要提升。

事实上，随着我国的高等教育由精英教育向大众教育转变[1]，学生的力学基础越来越差，力学的学时也在减少，这使得很多教师不敢轻易变动教学内容，始终以传统重点为主，以保证考试时能出成绩。这种思想已经不适应时代的发展了，我们决不能纸上谈兵，只注重卷面的分数，而是要真正培养出有动手能力、能解决问题的高素质人才。所以，坚持教学内容的与时俱进是势在必行的。

四、坚持理论与实验相融合的上课理念，增强学生的动手能力

材料力学中的理论和实验一直是相辅相成、互相融合的，实验是理论的来源，而理论又需要实验去验证。随着这门学科的发展，我们应该更加突出实验的重要性，在讲过一些重点理论知识后都应配备相关的实验，如：在拉伸、剪切、扭转、弯曲这四种基本变形中，都要让学生进实验室在实验老师的指导下完成一系列操作。实践表明，突出实验的重要性不仅可以使学生加深对理论的理解，巩固所学的知识，还可以增强学生的动手能力，培养他们发现问题、爱思考的学习习惯。

在具体安排中要注意实验一定要与理论课紧密配合，使理论成为实验的指导[2]，实验成为理论的验证和开拓，并锻炼学生对实验中出现的现象用理论知识做出合理的解释。比如，在轴向拉伸实验中，低碳钢试件在与轴线成45度方向出现滑移线是由切应力引起的，而铸铁试件受扭时沿轴线成45度方向断裂是由拉应力引起的，这与强度理论不谋而合，反过来，如果同学们掌握了强度理论的内容，对工程中一些构件会出现的破坏形式就会有事先的判断，更利于避免事故的发生。对于教学中出现的实验设备不足、器材短缺等情况，可以利用多媒体模拟实验过程，而不能因此放弃实验。总之，理论与实验如果在教学中配合好，一定会达到事半功倍的效果。

五、坚持启发类比记公式的方法，强化学生的记忆

在材料力学的理论体系中，公式的推导和记忆是最基本、最重要的一环，如何让学生深刻理解公式的理论，快速记住公式的内容是教师要思考的。材料力学中的公式，其推导过程是很复杂的，理解起来也有一定难度，所以教师在授课过程中，不要一味的灌输，一味的讲解，而是要采用启发式教育，循循善诱，让学生的思维跟着教师前行，这样不仅可以让他们有身临其境的感觉，更有助于公式的理解和记忆。

理解和记忆公式的另一大利器就是类比。所谓类比就是根据两类事物一些共同的属性来推测出可能另一些属性也相似[3]。这种方法可以使学生在原有知识的基础上快速掌握新的知识点，不仅巩固前面所学，而且节省记忆时间，达到举一反三的效果。比如，我们在推导扭转切应力时要先后考虑变形几何关系（得出应变的分布规律）、物理关系（推出应力的分布规律）、静力学关系（得到应力和内力的关系），那么在后续弯曲正应力的推导中，可以根据应力的性质，跟扭转切应力类比，用相似的方法得到结果。对于公式的记忆，类比的方法就更有效了，如材料力学中的几个重要公式：

Δl=■，φ=■，■=■

其本质有相同之处，等号左边分别为描述轴向变形、扭转变形、弯曲变形的变形程度的物理量，等号右边分子中包含横截面的内力（轴力、扭矩、弯矩），分母为相应的刚度（抗拉压刚度、抗扭刚度、抗弯刚度），这样就可以把这三个公式划为一组，用类比的方式记忆，同样可以事半功倍。

当然，材料力学的教学方法是需要力学教师在实践中不断探索和思考的，这也就对我们这些从事力学教学的工作者提出了更高的要求，一定要密切关注力学的发展，将前沿的知识渗透给学生，使他们取得更大的进步。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 李玉兰，张永祥，樊小龙.材料力学课程教学方法和模式改革探讨[J].高等建筑教育，2010，（6）.

材料力学范文第5篇

目前材料力学教材中对逐段刚化法讲解不够详细，并且仅应用于求解梁的变形，但逐段刚化法其实质是叠加法的一种，为材料力学的一种基本方法，可应用于多种问题的求解，尤其是较为复杂的材料力学问题。文章在分析逐段刚化法原理的基础上，结合教学体会，对其在超静定拉压杆、阶梯轴、变截面梁和平面刚架问题的应用作了阐述。

关键词：材料力学；课程教学；逐段刚化法；叠加法；变形

中图分类号：G6420 文献标志码：A 文章编号：

10052909（2013）04004404

在现行材料力学教材中，较少讲解逐段刚化法，只在用叠加法求解外伸梁变形时简单提及。逐段刚化法实质为材料力学常用方法——叠加法的一种特例，但在材料力学教材中，其原理及应用较少阐述，因此，对该问题进行深入研究，对于完善材料力学教学内容十分必要。

一、逐段刚化法的基本原理

构件在受到外力作用下处于平衡状态，假想用

将I、II段刚化得到图1（b）、图1（c）所示部分。

将这两部分叠加，则得到图1（d）所示构件。此时，构件相当于两个构件放在一起，载荷加倍。但由于两个构件中有一个为刚体，根据刚化原理：“如果变形体在某一力系作用下处于平衡，若将此变形体刚化为刚体，其平衡状态不变”，将原构件刚化后其平衡状态不变；再根据减平衡力系原理，减去作用在刚体上的一组平衡力，则变形体只受到一组平衡力作用，即得到初始变形体状态，如图1（a）所示。通过逐段刚化法后，所求的变形与原始状态一致，从而说明了逐段刚化法具有可行性，其实质是叠加法的一种特例。传统的叠加法是构件不变，载荷叠加；而逐段刚化法，是载荷不变，构件叠加。

在应用逐段刚化法时要注意4点：（1）构件的变形为小变形，须满足虎克定律；（2）刚化部分的外力对变形体段的作用必须合成到变形段末端；（3）变形量为广义变形，可以为轴向变形、扭转角或梁弯曲时的转角和挠度；（4）由刚化所引起的刚体变形需考虑总变形，比如梁变形段末端转角会引起“刚化段”的刚移。

二、逐段刚化法应用

逐段刚化法在材料力学中应用广泛，尤其是用来求解材料力学中较为复杂的问题比较简便，下面列举其应用。

（一）逐段刚化法在轴向拉压中的应用

三、结语

对于材料力学中变截面梁问题和平面刚架等问题，一般叠加法难以求解，因为常用的叠加法都是载荷的叠加，不涉及变截面的问题。而通过上面的讨论可以看出，应用逐段刚化法求解超静定拉压杆、变截面梁、轴和平面刚架问题，其原理明了，易于理解，计算简单，是一种简单有效的方法。

参考文献：

[1] 刘鸿文.材料力学[M].5版.北京：高等教育出版社，2010.

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[3] 洪彩霞.逐步刚化法的实质[J].电力学刊，1991，6（2）： 41-43.

Application of piecewise rigidization method in mechanics of materials

CAI Lujun， MO Jiyun， HAN Fang

（Science College， Wuhan University of Science and Technology， Wuhan 430065， P. R. China）

Abstract：

材料力学范文第6篇

u表示泊松比，材料的弹性常数；ε 表示线应变。二者乘积uε表示横向应变的绝对值。

横向应变的现象为相对于金属内部晶格之间的作用力，横向方向上就会产生收缩。

同样外形参数的试棒中，一般塑性材料的泊松比绝对值大，而脆性材料的泊松比绝对值小。

（来源：文章屋网 ）

材料力学范文第7篇

伸强度。通过方差分析，得到了稻壳添加 量、硅烷添加量以及玻璃纤 维添加量对稻 壳/聚乙烯复合材料力学性能的影响。研究结果表明，稻壳添加量对力学性能有显著性影响；硅烷添加量对冲击强度和弯曲强度有显著性影响；玻璃纤维添加量只对弯曲 强度有显著性影响。

引言：

长期以来，国内外学者对稻壳的综合利用技术进行了广泛的研究，探索了许多有效的利用途径。近年来发展的利用稻壳与塑料挤压成型制造木材替代材料（木塑材料）是比较好的又一个途径。木塑复合材料具有比 单独的木质 材料或塑料产品更优异的性能，与木质材料相比，具有干湿状强度高、尺寸稳定性好、材质均匀、耐水性能好、强重比高等优点，且易制成各种形状的制品；与塑料、金属等材料相比，具有热稳定性好、低毒、不容易锈蚀、成本低等优点。目前，利用稻壳制造复合材料已成为木塑复合材料行业的热点。本文初步探讨了用稻壳和聚乙烯为主要原料，应用植物 纤维改性以及改善界面相容性等技 术手段，将稻壳、塑料与助剂一起熔融、混炼再加工成型制成复合材料，并通过方差分析得出配料中各组分对复合材料力学 性能的影响是否显著。

1、试验部分

1.1原料

稻壳粉： 20 ～80 目，自制。高密度聚乙烯（HDPE）：DMDY 1158，齐鲁石化。偶联剂：硅烷，工业级，市售。加强剂：玻璃纤维，市售。其它：硬脂酸钙、石蜡等，工业级，市售。

1.2仪器设备

设备名称 型号 备注

锥形双螺杆挤出机 SJS Z45/ 90B

高速混合机 自制

组合式高速粉碎机 SF-25 0 上海中药机械厂

电热恒温鼓风干燥箱 DHG -962 3A 上海精宏实验设备公司

万能试验机 WDW102 0 长春科新公司

冲击实验机 XJJ-5承德试验机有限公司

万能制样机 ZHY-W承德试验机有限公司

1.3试验方法

1.3.1配方设计

根据塑料和植物纤维的特点以及木塑复合材料的使用要求及其成型加工工艺要求，设计配方时主要考 虑：

1) 加入适量的植物纤维，提高复合材料的刚度，并使之有木质感；

2) 加入适量的加强剂，提高复合材料的强度；

3) 加入适量的偶联剂，提高植物纤维和基体塑料之间的界面结合力；

4) 加入适量的稳定剂和抗氧化剂，减缓塑料和植物纤维在加工过程中的降解和烧焦 ；

5) 加入适量的剂，提高体系的分散性和物料的流动性；

6) 其它的实用配方中各组份的具体品种和用量根据复合材料的使用要求以及生产工艺决定，同

时要考虑生产成本 。

1.3.2试验方案

试验选用三因素三水平完全试验：三因素是稻壳、玻璃纤维和硅烷偶联剂，水平是三水平。试验指标是冲击强度、弯曲强度、拉伸强度。

1.3.3工艺过程

1) 植物纤维的预处理。

为了增加植物纤维与塑料结合的表面积，提高成品的力学性能，必须对稻壳等纤维进行分选去杂、粉碎烘干、改性等预处理。用组合式高速粉碎机把稻壳粉碎，粒度一般要求在20～80 目之间[6 ，7]，要求无霉变、无结块、无杂物。稻壳粉的吸水性很强，在试验前必须经过干燥处理，以排除水分和低分子挥发物 。

2) 混合。

混合过程仅增加各组分微小粒子空间分布的无规则程度，而不减少粒子本身尺寸。在混炼前用混 合的方法使得原辅材料先有一定均 匀性，以缩短混炼时间。由于原料不均匀，混炼除需较长时间外，聚合物也易 降解，从而影响制品质量。因此，在混炼前将物料预先混合就显得很重要。配方的组份很多，加料顺序是严格的。所选择的加料顺序应有利于助剂作用的发挥，避免助剂的不良协同效应，还要提高分散速度。

3) 混炼。

将混料进行热熔、混炼，使材料预塑化，排除挥发物，以便在挤出型材时，能够完全塑化。

4) 挤出成型。

在挤出成型的过程中，挤出温度、螺杆转速、挤出压力、冷却定型、牵引速度和加料速度等参数直接影响到制品的性能。温度是木塑复合材料挤出成型的一个重要的工艺条件，是影响塑化及材料质量的主要因素。各段的温度尽可能稳定，尤其是机头的温度控制必须保证在合适的范围内：高出合适的范围，挤出样品炭化，强度降低；低于合适的范围，出料不均匀，有塑料颗粒没有熔融。挤出过程中设定的温度。

1.4测试方法

1) 冲击强度：试样选用 I 类，缺口选用 A 型，

按照标准 GB/T1043-93 硬质塑料简支梁冲击试验方法在室温下进行测试。数据取两位有效数字，以10个有效数据的算术平均值表示试验结果 。

2) 弯曲强度：按照 GB/T9341-2000 塑料弯曲性能试验 方法在室温下进行 测试， 加载速度为2mm/min，弯曲到试样厚度的 1.5 倍时得到材料的弯曲强度。数据取两位有效数字，以 5 个有效数据的算术平均值表示试验结果。

3) 拉伸强度：试样选用 I 类，加载速度为2mm/min，按照GB/T1040-92 塑料拉伸性能试验方法在室温下进行测试。数据取两位有效数字，以 5 个有效数据的算术平均值表示试验结果。

2、结果与分析

2.1测试结果

2.2试验结果分析

把实验中的数据进行方差分析，讨论试验因素对试验指标影响是否显著，分重复试验和非重复试验两种情形。本试验在分析稻壳添加量、玻璃纤维添加量以及硅烷添加量三因素对冲击强度、弯曲强度、抗拉强度 3 个试验指标的影响时，进行的是非重复试验，试验重点是研究该试验的三元方差分析，不考虑各 因素的交 互作用。分别取显 著性水 平α=5%，1%，0.5%，查表得到 05.0F （2，20）=3.49，01.0F （2，20）=5.85， 005.0F （2，20）=6.99。 2.2.1冲击强度方差分析根据表4 的数据，得到冲击强度方差分析表（如表5 所示）。比较知 1xF ＞ 005.0F （2，20）， 2xF ＜ 05.0F（2，20）， 01.0F （2，20）＞ 3xF ＞ 005.0F （2，20）。故可以得出结论：稻壳添加量对复合材料的冲击强度有显著性影响玻璃纤维添加量对复合材料的冲击强度没有显著性影响，而硅烷添加量对冲击强度有比较明显的影响，但其影响小于稻壳 添加量。

2.2.2 弯曲强度方差分析

根据实验，得到弯曲强度方差分析表。比较知 1xF ＞ 005.0F （2，20）， 2xF ＞F0.05（2，20）， 3xF ＞005.0F （2，20）。故可以得出结论：稻壳添加量和硅烷添加量对复合材料的弯曲强度有显著性影响，而玻璃纤维添加量对复合材料的弯曲强度有明显的影响，但影响低于稻壳和硅烷。

2.2.3拉伸强度方差分析

根据实验，得到 拉伸强度方差分析表。比较知 1XF ＞ 005.0F （2，20）， 2XF ＞F0.05（2，20）， 3XF ＞005.0F （2，20）。故可以得出结论：稻壳添加量对复合材料的拉伸强度有显著性影响，而玻璃纤维添加量及硅烷添加量对复合材料的拉伸强度没有显著性影响。

3、结论 ：

通过方差分析可以得出：稻壳添加量对复合材料的力学性能有显著性影响，玻璃纤维添加量只对复合材料的弯曲强度有显著性影响，硅烷添加量对复合材料的冲击和 弯曲有显著性影响。

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材料力学范文第8篇

关键词：材料力学；研究型教学；创新能力

作者简介：魏永强（1980-），男，河南长葛人，郑州航空工业管理学院，讲师；冯锡兰（1965-），女，河南辉县人，郑州航空工业管理学院，教授。（河南 郑州 450015）

基金项目：本文系河南省教育厅科学技术研究重点项目（项目编号：13A430397）的研究成果。

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）03-0100-02

材料力学作为高等院校理工科专业的基础课程，具有很强的实践性，不但结合了学生在高中所学习的物理课程，还承接了高等数学微积分方面的课程内容，在培养大学生工程实践能力和知识创新能力方面具有很好的中间纽带作用。开展材料力学课程的教学研究，根据课程的教育教学目标和教学大纲的要求，引入多媒体展示材料变形过程，结合实例打开学生的开放性思维，使学生主动参与教学活动，对原有教学内容进行合理的取与舍。开展研究型教学模式，培养学生自主学习的能力，授之以鱼，不如授之以渔。[1]

一、传统教学模式特征

在传统的板书教学模式中，[2]由于学时的要求和板书教学表现方法的局限性，不能非常形象地把力学变形进行多方位展示，学生在知识的接收方面处于被动地位。再加上材料力学课程的基本概念、定理和公式繁多，在进行公式推导的过程当中，还要用到高等数学和微积分方面的内容，同时还有理论力学和高中物理方面的知识，学科的交叉性很强。学生在听课的过程中即使非常认真，也会因为某个知识点掌握不牢，导致对公式和理论由来与应用不能融会贯通，逐渐对材料力学课程的学习望而却步。为了改变这种教学方式的不利因素，使学生在课程学习的过程中发散思维，培养学生利用力学知识进行创新设计的能力，实现由传授知识为主要特征的教学（传统）型教学向以培养认知能力为主要特征的研究（创新）型教学转变。

二、研究型教学的实施思想

在研究型教学的实施过程中，通过教学与研究、实践的结合，引导学生创造性地运用基础知识，自主地发现、研究和解决问题，在研讨中积累知识、培养能力和锻炼思维。[3-5]通过教师和学生的角色转变，学生从传统的被动接受变成主动认知，教师从知识的传输变成指导，实现了素质教育和知识教育的紧密结合。再采用精心设计的教学方案，增强教与学之间的互动性，[6，7]将知识点在教学过程中进行合理的“取”与“舍”，调动学生的积极性和创新思维。通过实际的工程问题，来实现在教师指导下学生应用课本知识解答问题的研究型教学模式转变。

1.研究型教学中的“取”

绪论和引言：如何讲好学生注意力最集中的第一课是课程成功的关键，所以绪论和每一章节引言部分是课堂内容的重中之重。[8]通过对课程内容和章节重点的介绍，从相关的工程实例中“取”出一些非常典型的相关案例，再结合力学涉及的相关历史人物事迹，[9]使学生在接受新知识的同时发散思维，自己去想一些相关的例子。明确了课程和章节内容的难点与学习技巧，使教师的教学工作能够顺利开展。

实验教学：采用开放式的实验教学[10-13]模式，依据研究型教学改革和当前素质教育的需求，具体结合高校实验室的实际情况，通过实验老师的指导，让学生根据对课本内容的理解，分组来设计实验，观察各个小组的实验完成情况，对实验中出现的现象和问题进行分析，让学生从最终的实验结果中把书本中的相关知识点“取”出来，转化为学生的实践能力和创新能力。同时适当引入当前材料科学领域的热点研究，比如高分子、陶瓷和复合材料等，引导学生建立材料结构与性能之间的联系，增加对材料力学基础知识的广度和深度，使材料力学实验教学研究满足新材料的发展需求。

公式推导：在材料力学扭转和弯曲章节，[14]许多公式都是要借助高等数学和微积分的知识进行推导，同时还有理论力学的相关内容，所以要找好切入点，把几门课程的共同点“取”出来，建立力、变形、曲线和微积分的关系。在独立推导的基础上，利用静力学平衡方程、胡克定律和曲线微分变形关系把涉及的最终公式推导出来，让学生认识到学科交叉的重要性，也为前期所学知识的应用找到了新发现。

课外实践：在课堂之外，任课教师结合自己的科研需要，设计一些与科研实践相关的任务，让学生组成研究型的学习小组，[15]来提高学生对科研和材料力学课程的兴趣，实现教师和学生的实践互动，各有所“取”。比如从利用计算机入手，[16]让学生利用相关的Ansys、Matlab等科学软件，[17]对材料受到载荷作用下所表现的变形和内力图进行表达，提高学生的自信心和学有所成的满足感。

多媒体教学：将多媒体教学[18，19]应用于课堂教学中，可以非常形象地展示一些相关的工程实例，比如桥梁断裂、建筑物倒塌等。让学生看到一些工程事故的图片和构件变形的过程，来加深学生的印象，更加明确学习本门课程的重要性，也为后期如何利用材料力学的知识进行构件设计打下了一定的基础。

2.研究型教学中的“舍”

力学分析：由于部分学生还保留着高中的分析方法，在接受材料力学知识的时候，一定要提醒学生“舍”掉高中的学习思路，接受并容纳材料力学的分析方法。从画基本受力图到解决相关实际工程问题时的简化图，都要依据相关的力学模型。所列的力学方程都是从受力图中获得的，对相关的力也有一定的命名规则，形成严密的逻辑思维能力。

正方向判定：在材料力学课堂讲解的过程中，尤其是拉伸变形、扭转变形和弯曲变形内力分析时，都有一个正负方向的判定。如果依据传统教学模式，对所有内容都进行讲解，学生在理解和应用的时候，就会出现“张冠李戴”的错误。因此，在讲解这些内容的时候，把课程内容中所谓的负方向“舍”去，只给学生强调内力正方向的判定，避免学生在进行应用的时候出现记忆和理解上的混淆，从而可以准确解决相关问题。

三向应力状态：在进行应力状态章节学习的过程中，学生对于平面应力状态通过完成的逻辑分析，最终获得求解极值正应力，即主应力的方程式，但是对于三向应力状态，会突然之间觉得束手无策。若是严格按照教材中的内容进行课堂讲解，相关的推理略显繁琐，所以可以对这部分理论内容进行“舍”。而采用针对例题分析的方法，利用主应力的定义，直接判定出来一个方向的主应力，再根据平面应力状态下主应力的求解方法，获得另外两个方向的主应力。既加深了对平面应力状态求解方法的掌握，还减去了三向应力状态理论讲解的困难，同时也解决了三向应力状态下的主应力问题，这样事半功倍，增强了学生学习的兴趣和对课堂知识学以致用的能力。

考核方式：研究型新教学模式“舍”去了传统教学模式的试卷答题考核方式，通过课外学习、学生小论文等多项考核制度[20]来刺激学生对问题进行发散性思维，提高学生动手解决问题的能力；鼓励学生参加一些创新大赛，将所学的材料力学知识进行应用，而不再只关注学生对知识的记忆，考核方式以应用为主。

教材的使用：随着知识系统的更新，课程体系也进行了相应的改革，材料力学的学时量减少，原有的教材内容过多和陈旧，不能适应现有教学的需求，所以要对一些旧版本的教材进行“舍”弃。结合专业教学和研究型教学模式的需要，采用一些新的教材，来满足应用型教学目的的需要。

三、结论

利用研究型教学模式，可以极大地促进学生积极参与课堂互动，而任课教师通过合理的“取舍”，把相关的知识点融会贯通，主次分明，即引起学生对材料力学课程的兴趣，还减轻了任课教师课堂讲解内容的工作。通过合理的“取”，可以充分调动学生学习材料力学的积极性，针对实际的工程问题利用所学知识进行分析和解决，提升学生的知识运用能力和创新能力；再利用有条件的“舍”，减少学生在学习和解决工程问题过程中容易出现的错误和知识上的混淆，增强学生对材料力学知识掌握的准确性和深入学习的自信心。

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