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材料力學范文1
關鍵詞：材料 強度 塑性
金屬材料力學性能概述
金屬材料的力學性能指標表征金屬抵抗各種損傷作用的能力的大小。它是判定金屬力學性能的依據，是評定金屬材料質量的判據，同時也是設計選材和進行強度計算的主要依據。金屬材料的力學性能包括常溫下的強度、塑性、韌性，例如屈服點或屈服強度σs（σ0.2）、抗拉強度σb、伸長率δ、斷面收縮率φ、沖擊韌度ak、疲勞極限、斷裂力學性能等。
金屬力學性能試驗是測定金屬力學性能指標所進行的試驗。包括拉伸試驗、彎曲試驗、剪切試驗、沖擊試驗、硬度試驗、蠕變試驗、應力松弛試驗、疲勞試驗、斷裂韌度試驗、磨損試驗等。
一、金屬材料強度指標
1.屈服強度
材料在拉伸過程中，當載荷達到某一值時，載荷不變而試樣仍繼續伸長的現象，稱為屈服。材料開始發生屈服時所對應的應力，稱為屈服點、屈服強度或屈服極限，用σs表示。我國規定σs取鋼材的下屈服點值。
除退火或熱軋的低碳鋼和中碳鋼等有屈服現象外，多數工程材料的屈服點不明顯或沒有屈服點，此時規定以產生0.2%殘余伸長的應力作為屈服強度，用σ0.2表示。
2.抗拉強度
試樣拉伸時，在拉斷前所承受的最大載荷與試樣原始截面之比，稱為強度極限或抗拉強度，用σb表示。
零件設計選材時，一般應以σs或σ0.2為主要依據。但σb的測定比較方便精確，因此也有直接用σb作為設計依據的，從安全方面考慮，用σb作為設計依據采用較大的安全系數。由于脆性材料無屈服現象，則必須以σb作為設計依據。
3.持久極限
持久極限又稱為持久強度，是指材料在規定溫度下達到規定時間而不斷裂的最大應力。常用符號為σb帶有一個或兩個指數來表示。例如σ700b/1000，表示在試驗溫度為700℃時，持久時間為1000h的應力，即所謂高溫持久極限。
4.蠕變極限
蠕變極限又稱蠕變強度，是在規定溫度下，引起試樣在一定時間內蠕變總伸長率或恒定蠕變速率不超過規定值的最大應力。蠕變極限一般有兩種表示方法：一種是在給定溫度T下，使試樣承受規定蠕變速度的應力值，以符號σTε表示，其中ε為蠕變速度，%/h。例如，σ6001X10-5即表示在試驗溫度為600℃時，蠕變速度為1X10-5%/h的蠕變極限；另一種是在給定溫度（T，℃）下和規定試驗時間（t，h）內，使試樣產生一定蠕變變形量（δ，%）的應力值，以符號σTδ/t表示。
二、金屬材料塑性指標
1.延伸率δ5
金屬材料在拉伸試驗時，試樣拉斷后，其標距部分的總伸長ΔL與原標距長度L0之比的百分比，稱為伸長率，也稱延伸率，用δ表示。按試樣長度的不同，有長試樣與短試樣之分。其對應的斷后伸長率分別以δ10和δ5表示。在容器用鋼中，通常以δ5來表示材料的伸長率。
2.斷面收縮率φ
金屬試樣在拉斷后，其頸縮處橫截面面積的最大縮減量與原橫截面面積的百分比，稱為斷面收縮率，用φ表示。塑性材料的斷面收縮率較大，脆性材料的斷面收縮率較小。
3.冷彎性能
金屬材料在常溫下承受彎曲而不破裂的能力，稱為冷彎性能。冷彎試驗用以考核材料彎曲變形的能力并且能使存在的缺陷顯示出來，在一定程度上模擬了壓力容器制造時卷板機的工藝情況。冷彎性能是容器用鋼材與焊接接頭力學性能考核的重要指標。
出現裂紋前能承受的彎曲程度愈大，則材料的冷彎性能愈好。彎曲程度一般用彎曲角度或彎芯直徑d對材料厚度a的比值來表示。
三、屬材料韌性指標
1.沖擊韌度
金屬材料在使用過程中除要求有足夠的強度和塑性外，還要求有足夠的韌性。材料的韌性與加載速率、應力狀態及溫度等有很大關系。試樣在沖擊試驗力一次作用下折斷時所吸收的功稱為沖擊吸收功。沖擊試樣缺口底部單位橫截面面積上的沖擊吸收功稱為沖擊韌度。沖擊韌度是評定金屬材料在動載荷下承受沖擊抗力的機械性能指標，用ak表示，單位為J/cm2。
我國壓力容器材料及焊接接頭沖擊試樣規定采用夏比V型缺口，沖擊試驗有許多種，例如常溫沖擊試驗、低溫沖擊試驗、高溫沖擊試驗、應變時效沖擊試驗等。采用標準試樣進行試驗得到的沖擊吸收功來檢驗材料化學成分、金相組織、和加工工藝對其韌性的影響，沖擊值為Akv（J）。
ak是早先工程技術上習慣用來作為材料韌脆程度度量及材料承受沖擊載荷的抗力指標，后來發現這是不適宜的。因為ak是單位面積的沖擊吸收功，與試樣形狀、截面尺寸、缺口形狀和尺寸無關。而實際上由試樣截面尺寸和缺口形狀及其尺寸的改變所引起的沖擊吸收功ak的變化，與缺口處凈截面積并不成線性關系。所以截面尺寸不同，所得ak也不同。另一方面，試樣斷裂時伴隨著試樣部分體積的嚴重塑性變形，也就是說，沖擊吸收功消耗于產生兩個新的自由表面和一部分體積的塑性變形上，因此，定義ak為單位面積的沖擊吸收功，并沒有反映出沖擊吸收功的實質。
目前，國際上通用以沖擊功吸收Ak為沖斷試樣消耗的總功，只要試樣符合標準，就不會出錯，應用也方便。但是進一步研究發現，用Ak表示也存在問題，因為Ak值也不能完全代表試樣斷裂前所吸收的總功。沖斷試樣消耗的總功可分為兩部分，其一消耗于試樣的變形和斷裂；其二消耗于試樣擲出及機座本身振動。因此，所吸收的總功Ak為：Ak=試樣斷裂吸收的能量+試樣擲出功+機座振動+…。由于一般情況下，后幾項功很小，因此Ak作為試樣斷裂所吸收的能量誤差很小，有足夠精度。但對很脆的材料必須注意，不能用大能量擺錘進行試驗，因為此時第一項較小，而后幾項相對較大，因此會引起較大測量誤差。
2.斷裂韌度
斷裂韌度是反映材料抵抗裂紋臨界擴展的一種能力，它是材料固有的力學性能參數。大量的試驗表明，它一方面取決于材料的成分、組織和結構等內在因素，另一方面又受到加載速率、溫度和試樣厚度（即應力狀態）等外在條件的影響。
相對材料的其他力學性能來說，材料的斷裂韌度是一個比較敏感的力學性能指標，它對于材料研究、應用、制造工藝的選擇以及零部件的失效分析有重要的意義。
評價材料斷裂韌度最常用的指標是臨界應力強度因子K1c和裂紋張開位移COD。
1.臨界應力強度因子K1c。按照應力強度因子的一般表達式，應力強度因子K1與裂紋尺寸的平方根及垂直于裂紋的應力成正比。當裂紋尺寸或應力增加時，K1隨之增加。當K1達到某一臨界值K1c時，裂紋處于臨界狀態，若K1再增加，裂紋將會失穩擴展。因此，裂紋失穩擴展的臨界條件為：K1=K1c
式中K1c表示材料對裂紋擴展的抵抗能力，稱為I型受力時的臨界應力強度因子，又稱為平面應變斷裂韌度。K1c是在裂紋尖端平面應變條件下的裂紋擴展阻力。
在傳統的強度計算中，強度指標σs和σb與塑性指標δ和φ之間是相互分割的，且塑性指標在強度計算中并不定量反映。而K1c既反映了材料的強度性能，又反映了材料的塑性性能。
斷裂韌度K1c的測試方法可按照ASTM E399《金屬材料平面應變斷裂韌度標準試驗方法》、GB/T4161《金屬材料 平面應變斷裂韌度K1c試驗方法》方法和GB/T7732《金屬板材表面裂紋斷裂韌度K1c試驗方法》進行。
2.裂紋張開位移COD。當裂紋尖端超過小范圍屈服而進入大范圍屈服時，以應力場的強弱來描述受力的大小已沒有實際意義，因此斷裂失穩擴展臨界條件K1=K1c也失效了。在彈性斷裂力學中，以裂紋張開位移法即COD法應用最廣。研究表明，不同厚度試樣在破壞時的臨界張開位移基本相同。因此可用裂紋張開位移作為斷裂判斷依據參量。
采用裂紋張開位移法即COD法的斷裂判據為：δ≤δc
式中：δ—外力所產生的裂紋張開位移，mmδc—裂紋張開位移臨界值，與線彈性斷裂力學中的斷裂韌度K1c相似，它反映材料對裂紋開裂的抗力，mm。
四、結語
壓力容器設計是一門知識量要求涵蓋各個學科的復雜工種，任何知識的缺失都會對設計產品的質量產生影響從而對國家人品生活造成影響。以上簡單對壓力容器中材料最基本的力學性能及其指標進行了介紹。
參考文獻
[1] 王從曾，材料性能學，北京：北京工業大學出版社，2001.
[2] 匡震邦等，材料的力學行為，北京：高等教育出版社，1998.
材料力學范文2
（一）以“軸向拉伸和壓縮變形”教學內容開展案例教學
改變傳統的對力學計算模型進行受力和變形分析的方法，而是以教室中的投影儀設備安裝為例，讓學生代表校方安裝負責人的身份進入角色。如：學校要在原有建筑的教室中安裝投影儀設備需要考慮哪些問題？若在新增投影儀設備自重作用時，原有教室承重結構仍能保障安全的前提下，該考慮什么問題？在投影儀設備型號、自重等已知條件下如何選擇投影儀吊桿？選擇投影儀吊桿要考慮哪些因素，選擇什么材料？吊桿截面形式和截面尺寸如何確定？帶著這些讓學生感覺無從下手又必須解決的現實問題，開始進行吊桿的受力分析和變形分析，然后在學生已學的圖學基礎上，再進行立面投影，從而抽象出教材上的力學模型；然后借助多媒體現代化教學手段，引申出工程實際中的吊車繩索、斜拉橋的斜拉桿、千斤頂、活塞桿等工程實際問題中具有同樣受力特點和變形特點的這一類變形，統稱為軸向拉伸和壓縮變形。這樣不僅讓學生理解了軸向拉伸和壓縮變形的基本概念，而且還培養了學生對具體工程問題如何進行受力分析和變形分析的力學思維，樹立了學生工程意識和解決工程問題的能力。在受力分析和變形分析基礎上，再就如何選擇吊桿材料屬性等引出軸向拉伸和壓縮試驗的必要性和具體試驗方法等。在確定了吊桿選材后，再就如何確定截面形狀和截面尺寸及橫截面面積大小和桿長短的影響引出研究內力、應力和應變等概念及其強度、剛度條件公式推導等。然后在學生自己應用強度、剛度條件選取材料和確定截面形狀和截面尺寸后，由學生總結發生軸向拉伸和壓縮變形這類工程問題的研究方法和考慮的影響因素等。這不僅理論聯系實際，增加了學生學習材料力學的興趣，也使學生的學習能力和解決工程問題的能力得到了顯著的提升，而且這種從學生到工程負責人角色的轉變，使其責任感和使命感得到了升華，真正實現了材料力學教學的目的。
（二）以“剪切和擠壓變形”教學內容開展案例教學
提前預留作業，請學生分組討論課桌與地面之間連接件螺栓主要的受力特點和變形特點，并討論：螺栓必須滿足什么條件，才能保障課桌的正常使用？舉例說明具有這類受力特點和變形特點的連接件還有哪些？這些連接件通常用在哪些地方？課堂上先由各組學生選出代表發表自己組的觀點和考慮的因素等，然后由老師來總結并分析課桌與地面之間連接件螺栓受力特點和變形特點，及為什么考慮主要變形是剪切擠壓因素而忽略了彎曲變形等次要因素；再借助多媒體現代化教學手段舉出小到生活上用的剪刀，大到工程上用的截筋機、剪板機、汽車輪軸的鏈接以及土木施工腳手架、機械零件的連接，“泰坦尼克號”等船舶、車輛，航空航天的飛機、宇宙飛船等都離不開小小的螺栓、鉚釘和鍵等連接件。在明確了連接件螺栓主要的受力特點和變形特點基礎上，用類比法建立與軸向拉伸和壓縮強度條件相似的剪切擠壓強度條件，再由每個學生自己假設自己推桌子的用力大小具體來選取課桌地腳螺栓的直徑，最后由學生一起來確定工程上選擇的螺栓直徑應該取所有同學計算螺栓直徑中的最大值。這樣的就地取材的案例式教學不僅僅是學習了剪切擠壓的實用計算強度條件，更讓學生逐步感覺自己儼然是參與到設計團隊中，增強了學生學習和未來工作的信心，開拓了學生的思路和見識，對以后分析問題時如何抓住主要因素和如何設計等起到了促進作用。同理，以學生擰瓶裝礦泉水瓶蓋、洗衣服時擰衣服等體驗和教室內的梁，學生的書、本、筆，講臺的粉筆盒、黑板擦等為案例素材，對扭轉變形和彎曲變形進行案例教學，對學生們理解基本概念，掌握其實質內容及熟練應用所學解決具體工程問題，都奠定了堅實的基礎。
二、案例教學實施的策略與評價
案例教學這種教學模式在激發學生學習興趣，增強學生自主學習，促進學生溝通交流合作，樹立學生工程意識和分析解決問題能力等方面的作用不言而喻。但在案例教學過程中還應注重以下幾方面。
（一）案例選擇遵循的原則
在課堂教學過程中，案例的選擇要適應教學目標的需要，適應學生現有的發展水平。因此，選擇案例時應遵循案例選材的真實典型性、科學完整性、積極教育性、信息適量性等基本原則，這也是成功案例教學的前提要求。[3]
（二）案例教學實施步驟
在案例教學實施過程中，應事先做好充分的課前準備工作，加強案例教學實施過程的課堂管理，注重案例講評與總結。其具體實施開展案例教學主要包括：1.教師課前選取合理適用的案例，設計分組討論方案，預留預習教材相關內容和案例分析的課前作業；2.學生課前預習教材相關內容和分組討論分析案例，在認真閱讀案例，充分理解案例所描述的事實和細節及反復思考討論的基礎上，以報告的形式形成自己的見解和解決問題的方案；3.課上，在精心設計基礎上，教師緊緊圍繞教學內容和教學目標展開具有啟發性和目的性的案例討論分析，使學生在積極參與討論和思考過程中，都能成為自主學習的主體；4.通過引導學生進行歸納概括，使學生分析問題的思維得到進一步升華的同時，增強自己解決問題的信心；5.為了充分調動學生參與的積極性和提高案例教學的教學效果，還應注重過程管理，在引導學生積極參與的狀況下，還應對具有獨到新穎見解的學生給予平時成績加分等獎勵。
三、結語
材料力學范文3
關鍵詞：材料力學；教學方法；改革探究
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1674-120X（2016）14-0071-02
材料力學是力學、機械、土木工程等工科類專業的必修課，也是一門重要的專業基礎課程，是學習后續專業課程的重要基礎。該課程理論性強，且與工程實際結合緊密。隨著技術的快速進步，傳統的材料力學教學已難以滿足需要，加之高職教育以工學結合為主，注重實踐動手能力，并需要掌握夠用的理論知識，為適應新形勢，提高高職材料力學課程教學質量，作者從課程內容、教學方法、實驗教學、考核方式等方面，進行了一系列探索與改革[1][2]。
一、調整課程結構，精簡教學內容
材料力學是一門密切聯系工程實際的學科，它的一些基本概念、基本理論和基本方法，不僅是學習后續課的基礎，而且也可以用來解決工程中的實際問題。通過材料力學的學習，要求學生對構件的強度、剛度和穩定性等問題具有明確的基本概念，掌握必要的基礎知識、比較熟練的計算能力、初步的實驗能力和解決工程實際問題的能力，為學習后續課程和進一步提高分析問題和解決問題的能力奠定必要的力學基礎。傳統的教學體系雖便于學生掌握基本概念和基本方法，但太過于強調知識的系統性與結構的完整性，內容多，花費時間大，沒有給學生足夠的思維時間，在一定程度上抑制了學生的創造力和想象力，沒有激發學生的學習積極性。加之高職學生的社會定位要求學生掌握實用知識，并能將理論與實踐結合。因此，在組織教學內容時，要跳出既有的結構框架，對教學內容結構作出調整。采用項目教學的方法可以在較少的學時內完成教學任務并達到理想的教學效果。“項目教學法”將課程解構為“零件基本變形”“零件組合變形”“零件應力狀態分析”“零件強度理論”“壓桿穩定”“能量法”等幾個項目[3]，引導學生用具體生動的實例去解決和分析剪切、扭轉和彎曲等問題。這樣，可以促進學生理解與掌握關于材料力學的學習和解決問題的方法，使所學知識真正融會貫通。
二、優化教學模式，多途徑并舉
（1）通過教師講授向學生傳授基礎理論知識和方法?？陬^講授靈活性大、適應性強，無論課內教學或課外教學，也無論是感性知識或理性知識，口頭講授都可運用；注意語言要準確清晰、簡練生動、淺顯易懂，突出重點、難點和關鍵；切忌“滿堂灌”，導致課堂教學中的機械學習；在教學過程中教師應充分發揮主導作用，根據學生的反應，適當、及時地調整教學內容和方法手段。
（2）教師課前向學生提出問題，并通過問答的形式來引導學生獲取或鞏固知識，增加師生互動，激發學生的思維，調動學習的積極性，使學生獲得知識、發展智力。向學生提問的問題要多種多樣、難度適宜；教師對學生的回答一定要做出一定的總結、評價和指導；師生在互動過程中，教師可根據學生的反饋信息調整和改善教與學的活動。
（3）演示教學。通過把實物或直觀教具展示給學生，獲得感性知識，幫助學生理解掌握相關知識，提升學生的注意力，引起學生興趣，有助于鞏固記憶，提升學生觀察能力、思維能力和想象能力，使課堂不再那么沉悶、枯燥，使學生的主體地位得到充分體現；注意演示內容一定要貼近生活，這樣，教師的演示才能引起學生的共鳴。如果有必要的話，可以進行多次演示，演示過程中，教師可提出問題，讓學生圍繞演示主題作進一步思考，也可以讓學生自己動手操作，能夠使演示教學的效果得到進一步強化。
（4）充分合理地利用多媒體進行教學，最大限度地發揮多媒體優勢。多媒體教學具有靈活多樣的表現形式，可以做到聲形并茂、圖文兼顧、動靜結合，容量大、直觀性強，易被學生接受。制作實用性課件，使抽象難懂的內容變得直觀易懂；多媒體課件的設計要注意細節，如圖文搭配要合理，字號要協調，整體色調要和諧、聲像的使用要慎重；多媒體電子板書要與黑板板書相結合，黑板板書是教師配合講授和練習的需要；用多媒體教學要注意節奏，避免播放畫面如走馬觀花，課件始終應服務于教學而不是教學圍繞著課件；盡量讓學生參與課件的制作和操作過程，提高學生的參與意識，加深對所學知識的印象；始終注意多媒體是教學的一種輔助手段，是為教學服務的，制作多媒體課件時要把主要精力用在重點、難點的突破上，切忌喧賓奪主。
（5）教師指導學生充分利用網絡、圖書館等資源，通過查閱及閱讀材料力學相關文獻，掌握研究前沿方向，讓學生獲取最新的知識，培養學生的自學能力。
（6）在教師的指導下，針對教材中的基礎理論和實踐或主要疑難問題，進行分組討論、辯論。這不僅能夠調動學生學習的積極主動性，鞏固所學知識，還能鍛煉學生的邏輯思維能力、口頭表達能力和溝通能力。
三、加強實驗教學，培養能工巧匠
在教學中，教師要對學生的創新意識和創新能力起到一種引領作用。為了培養學生的創新能力，培養學生發現問題、分析問題和解決問題的能力，我們舉辦系部學生創新設計大賽；以教師為指導、學生為主體參加省級相關競賽以及大學生工業設計大賽，使學生能夠將力學知識應用到機械工程中去，從而在實踐中提升學生的創新、創造能力，培養學生精益求精的工匠精神，打造技師型專業大學畢業生。
在實踐教學過程中應用輔助分析軟件（如有限元分析等），對軸向拉力和壓力、軸套類扭矩轉矩、梁變形問題進行ansys分析，得到扭矩圖、彎矩圖及應力分布狀況。大部分學生對使用軟件解決問題表現出濃厚的興趣，提高了教學效果。[4]
四、健全評價考核機制
采取綜合成績評定方式，包括平時表現、施行項目過程性考核、期末大作業綜合考核。平時表現：如考勤、上課表現及作業情況。項目過程考核：①零件基本變形；②零件組合變形；③零件應力狀態分析；④零件強度理論；⑤壓桿穩定；⑥能量法等幾個項目進行分項考核[5]。每完成一個項目考核一次，考核的具體方式為筆試及答辯的形式，既可以考核學生對理論知識的理解和掌握程度，又可以檢驗學生實際操作能力。期末大作業綜合考核：將本學期所學的理論與實踐知識進行結合，獨立完成由老師設定的綜合項目，最終以論文的形式進行考核。
本文對材料力學教學的一些問題進行了改革探索。當前的材料力學課程教學中還存在著諸多問題，通過不斷的總結和探索，并逐漸地融入課堂，為材料力學新的教學改革貢獻力量。根據所在專業人才培養的目標，針對現階段出現的主要問題，對材料力學課程課程內容、教學方法、實驗教學、考核方式等方面進行改革與創新。
參考文獻：
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[2]徐廣民.材料力學實驗[M].成都： 西南交通大學出版社，2013.
[3]許晨光.材料力學教學改革初探[J].山西建筑，2013，39（26）.
材料力學范文4
【Abstract】Some applications of ANSYS on teaching of mechanics of materials were introduced by the characteristic and teaching process in mechanics of materials. When the CAE was applied in mechanics of materials teaching, it can make the course more vivid. This means gains good teaching effect to inspiring study interest, improving quality of teaching.
【Key words】Mechanics of materials ANSYS Teaching method
隨著計算機應用的普遍深入，將計算機應用軟件應用到高等教育教學課堂中去，已被越來越多的教師和學生接受，通過實踐證明，該方法可以大大提高學生的學習興趣。《材料力學》課程是我國各高等院校機械類及相近專業普遍開設的一門重要的專業技術基礎課，該課程知識點較多，知識相對零散，學生學習起來易感到枯燥，為提高學生學習興趣，將大型計算機應用軟件ANSYS技術融入到課堂教學中去，既可以讓學生學習、了解計算機輔助工程，又可以增加材料力學課程的趣味性。
一、計算機應用軟件ANSYS的特點
計算機輔助工程的應用軟件較多，而進行力學方面分析的軟件ANSYS功能較為強大，該軟件是世界范圍內增長最快的CAE軟件，能夠進行包括結構、熱、聲、流體等方面的研究，具有強大的數值計算和仿真功能，能夠對材料力學的彈性變形體進行有效的計算。因此將ANSYS與材料力學教學有機結合，可以增強教學效果，提高教學質量，讓學生在復雜的計算后看到一些更直觀的圖像，有利于對理論計算過程的理解。
二、利用ANSYS圖像繪制功能展現彈性體變形情況
ANSYS軟件有強大的圖像繪制功能，可以將整個變形體的變形過程很好的繪制出來，讓學生對變形體的變形過程有更加直觀的理解，讓理論計算與形象思維有機結合起來。
例1，求某一工字鋼梁在彎曲時的某點的撓度。求解工字鋼在力P作用下A點的變形，已知：P=4000lb，L=72in，IZZ=833in4，E=29E6psi，H=12.71in，橫截面面積A=28.2in2。
用有限元分析軟件
ANSYS進行分析時可以
將工字鋼梁簡化為一條
直線，然后對其建模、
輸入參數、網格劃分、
施加約束并進行加載，
最后求解得出所要結果。
利用ANSYS圖形繪制功能得出梁變形后曲線及A點撓度。從圖2可以看出A點撓度為0.020601，與利EI用計算公式計算
的結果 ，與仿真結果相符合，從圖中我們可以
看出變形之后的曲線及撓曲線形狀。
例2，利用ANSYS動畫仿真功能模擬細長壓桿失穩。
框架結構的端部固定端約束，橫截面是邊長為150mm的正三角形構架，框架總長15m，分成15小結，每小節長1m，求該結構頂部三角頂點受相同集中載荷作用時的屈曲臨界載荷。已知所有桿件均為空心圓管，內半徑為4mm，外半徑為5mm，所有接頭均為完全焊接。材料彈性模量為E＝1.0×1011psi，泊松比μ＝0.35。
框架結構模型見圖3。通過對框架結構進行建模、加載，通過ANSYS有限元分析得出框架的十階模態，列表見圖4。
通過求解可以看出一二階相等，三四階相等依次類推，出現這種情況的原因是因為橫截面為正三角形，對X和Y的慣性矩相等。所以只展現奇數階屈曲模態圖。
一階屈曲模態見圖5；三階屈曲模態見圖6；五階屈曲模態見圖7；七階屈曲模態見圖8；九階屈曲模態見圖9。
利用ANSYS里面的動畫演示功能演示框架的屈曲變形，給學生以形象直觀的視覺效果。也可以使學生更好的理解臨界力的
表達式 中n取不同整數時不同臨界力的屈曲變形情況，
在教學中學生經常會不理解計算的歐拉公式是取的n=1時最小壓力，當n取其他值時會出現什么情況想象不出來，經過ANSYS的分析得出多階屈曲模態，使抽象的理論變為形象的動畫，使學生更容易理解細長桿受壓時的屈曲現象，有助于更好的理論學習。
這里僅舉出了一些簡單的例子進行說明ANSYS在材料力學中的應用，一些復雜的情況也可以在軟件中進行求解。
三、在課堂中滲入ANSYS應用
隨著計算機技術的普及，在專業基礎課程教學中滲入計算機應用技術已成為必然，計算機輔助工程（CAE）是計算機技術與現代工程方法的完美結合，ANSYS軟件以它強大的分析功能成為CAE軟件的應用主流。材料力學課程是機械工程等專業所必修課程之一，將CAE技術融入到課堂中去，使學生提前了解CAE技術，為今后計算機應用技術的學習打下良好的基礎，同時也增加了專業基礎課的學習興趣。
材料力學范文5
[關鍵詞]內力 截面法 軸力 扭矩 彎矩
一、背景
本人講授材料力學及工程力學等工科類專業基礎課程多年，通過教學經驗的累積以及深入的思考，對截面法求解內力做了總結，提出了各種基本變形情況下求解相應內力的一種統一方法。無論是軸向拉壓的軸力、扭轉產生的扭矩或是彎曲產生的剪力以及彎矩都可以采用該方法。應用在教學環節中收到了比較好的效果，使得學生在求內力這個環節上，能夠做到快速準確，不會出現正負號上的錯誤，為畫內力圖以及列剪力彎矩方程都帶來了很大的方便。
目前材料力學教材有多個版本，多數普通高校使用的是由孫訓方、方孝淑等編著的《材料力學》（普通高等教育“十一五”國家級規劃教材）第五版。無論哪個版本有關內力求解均采用截面法，即保留一段，去掉另一段，去掉的對保留下來的作用用內力來替代。然后列平衡方程，所有外力及待求內力之代數和為零；但方程中待求內力的方向沒有明確交代，帶有任意性，只是根據得到的結果再來確定內力的方向。最后才對內力的正負號做出規定。從內容順序看上有點混亂，經常令學生感到困惑。因此進行內力求解的時候，學生容易把內力方向搞錯，看似簡單的知識點卻給學生的學習帶來一定的困惑。這就直接影響到后續問題的學習。
二、內力求解步驟
對截面法求內力所做的改進，具體分為以下幾個步驟：
1）在所求內力的地方將桿件假想截開。保留其中的一段，截面上暴露的內力是去掉的部分對保留部分的作用但暫不標示。
2）明確內力正號方向。遵從書中的內力正負號方向的約定，并在截面上按正號方向將未知的內力標示出來。
3）內力求解。在平衡方程中只有內力一個未知數，這樣可以將內力直接列在等式的左邊同時將保留段上的所有的外力和已經求出來的支座約束反力列在等式的右邊并求代數和。且外力與所設內力方向相同則為負號，若方向相反則為正號。
三、實例分析
（一）軸力計算
例1，如圖1a所示，求截面1-1上的軸力。
解：在截面1-1處將桿件假想截開，保留右段，目的是避開求固定端的約束力。依據軸力正負號的規定，即拉為正，壓為負，在截面處以正號方向標示出未知軸力 ，如圖1b所示。
則軸力為，
FN=-P-2P=-3P （1）
軸力符號為負號，表明實際軸力為壓力，方向指向截面。
（二）扭矩計算
例2，如圖2a所示，求截面1-1上的扭矩。
解：在截面1-1處將桿件假想截開，保留其左段，依據扭矩正負號右手螺旋法則的約定，扭矩矢量方向背離截面為正，指向截面為負。在截面處以正號方向標示出待求扭矩 ，如圖2b所示。則扭矩為，
T=0.6+0.8=1.4Me （2）
扭矩為所設的方向。
（三）剪力及彎矩計算
首先明確剪力及彎矩正負號的約定，即使微段梁兩橫截面間發生左上右下錯動的剪力為正，反之為負；使得微段梁發生下凸上凹的彎矩為正，反之為負，如圖3所示。
例3，如圖4a所示，求截面1-1處的剪力及彎矩。
解：1）梁的內力求解首先要進行支座約束反力的計算。梁處于靜力平衡狀態，有
（3）
得， ，方向向上，由
FA+FB-q×2a=0 （4）
得， ，方向向上。
2）在截面1-1處將梁截開，取左右段均可，這里取右段，依據剪力及彎矩正負號的約定，在截面處標示出未知剪力及彎矩的正號方向，如圖4b所示。
剪力 等于所有豎向荷載的代數和，將其直接列在等式右端，則，
表明剪力為所設方向，即向上。
彎矩 等于所有外荷載對截面形心取矩的代數和，將其列在等式右邊，則，
方向為順時針。
四、小結
上述算例均采用所提出的改進截面法。通過觀察可以發現，該方法的優點在于：不用列平衡方程，計算顯得非常簡潔，計算結果直接得出，并且同時表明了內力方向。在幾年的教學實踐中收到了很好的效果，利用該方法學生較為容易掌握內力求解這一教學大綱所要求的基本知識點。也為后續相關內容的學習打下了良好的基礎。
目前，由于普通高校不斷的擴招，學生學習素質相對下降，因此我們應盡量使得教材編排更加簡明，內容的敘述上更加有條理性。這樣會便于學生接受和掌握，以適應當前的狀況要求。
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材料力學范文6
【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。
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