基于Inspire的“拉壓桿件變形”項目教學(xué)研究

孫濤

（泰山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東泰安271000）

基于Inspire的“拉壓桿件變形”項目教學(xué)研究

孫濤

（泰山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東泰安271000）

為了提高高職院校機電專業(yè)《材料力學(xué)》課程的教學(xué)效果，提高學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)能力，文章結(jié)合“拉壓桿件變形”這一實例進行講解，運用計算機Inspire軟件技術(shù)，直觀生動地展現(xiàn)構(gòu)件受力結(jié)果，并進行有效地數(shù)據(jù)分析，使傳統(tǒng)教學(xué)模式與計算機輔助教學(xué)模式有機結(jié)合起來，極大地提高了學(xué)生的理解能力與掌握程度，同時也提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，最終提高了學(xué)生的專業(yè)知識和技能，改善了課程的教學(xué)效果。

力學(xué)；Inspire軟件技術(shù)；位移分析

《材料力學(xué)》課程是高職高專機電專業(yè)的選修課。該課程對學(xué)生的數(shù)理認(rèn)知有一定的要求，而高職生本身在高中階段數(shù)理知識掌握就不牢固，自控能力差，學(xué)習(xí)水平參差不齊。另從高職院校的人才培養(yǎng)目標(biāo)出發(fā)，學(xué)校也不會配置大量的力學(xué)實驗設(shè)備，學(xué)生也很難做足夠的力學(xué)實驗，從而導(dǎo)致了學(xué)生學(xué)習(xí)該課程興趣非常低，課堂氣氛不活躍，教學(xué)效果不佳，也影響到了后續(xù)其他科目的教學(xué)。在部分該課程的教學(xué)創(chuàng)新文獻中，提出了用CAE計算機有限元分析軟件替代力學(xué)實驗的做法。如通過計算機模擬試件的受力，并計算試件的應(yīng)力與變形，繪制應(yīng)力圖及變形曲線，將試件變形情況形象直觀地表達出來，確定最小安全系數(shù)，并可對試件進行優(yōu)化拓?fù)?。通過計算機軟件直觀地模擬，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增加了學(xué)生對理論知識的把控能力。

但當(dāng)下主流CAE軟件項目龐大繁瑣，設(shè)置參數(shù)復(fù)雜，步驟較多，針對高職學(xué)生操作有一定的難度。但這款I(lǐng)nspire軟件界面簡潔，操作方面，能夠?qū)崿F(xiàn)構(gòu)件結(jié)構(gòu)仿真，運動分析，優(yōu)化拓?fù)涞裙δ?。針對高職生的學(xué)習(xí)能力而言，容易上手，從入門到熟練時間短。從“拉壓桿件變形”項目這一實例來介紹Inspire軟件在課堂教學(xué)中的應(yīng)用。例：一木柱受力如圖1所示。柱的橫截面為邊長200mm的正方形，材料可認(rèn)為服從胡克定律，其彈性模量E=10GPa。如不計木柱的自重，試求木柱頂端A截面的位移。

圖1 木柱受力示意圖

1 分析A截面的位移量的構(gòu)成

木柱下端固定，故頂端A截面的位移就等于全桿的總變形量。由于AB段和BC段的內(nèi)力不同，但每段桿內(nèi)各截面的內(nèi)力相同，因此可利用別計算各段桿的變形，然后求其代數(shù)和，即為全桿的總變形。

2 用Inspire軟件進行模擬分析

（1）BC段木柱的位移分析。①新建文件，用“矩形”指令創(chuàng)建邊長為0.2m的正方形，并用“推/拉”指令形成木柱的高度1.5m，這樣就完成了BC段木柱的基本建模。②用“載荷”指令對BC段木柱底面施加固定約束，對上表面施加260kN的力。如圖2所示。并指定木柱的材料，軟件系統(tǒng)中不存在“彈性模量E=10GPa”的材料參數(shù)，需用戶自行創(chuàng)建。③用“分析”指令，進行位移分析，并顯示受力變形圖，同時還具有動畫模擬顯示功能。如圖3所示，BC段木柱的最大位移是0.972mm。

圖2 Inspire BC段木柱受力及分析情況

圖3 BC段木柱的分析結(jié)果

（2）AB段木柱的位移分析。同理，在BC段木柱之上，建立AB段木柱。并將BC段木柱隱藏。指定AB段木柱的材料，并將下端面施加固定約束，上端面施加100kN的力。通過進行位移分析，如圖4所示，BC段木柱的位移是0.3737mm。

圖4 AB段木柱的分析結(jié)果

圖5 木柱整體位移分析結(jié)果

（3）木柱整體分析。將AB段木柱底面的固定約束刪除，對木柱BC段施加力改為160kN，然后對木柱整體進行位移分析。如圖5所示，通過分析可得，木柱的最大位移量在A面，位移量為1.346mm，為兩段木柱位移量之和。此分析圖還能顯示安全系數(shù)、屈服百分比、最大切應(yīng)力等指標(biāo)。

3 通過胡克定律來計算AB段與BC段的位移量

全桿的總變形為：

公式計算結(jié)果與Inspire計算結(jié)果是相符的。

綜上所述，通過Inspire的教學(xué)輔助驗證，通過直觀地演示，不但提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還培養(yǎng)了學(xué)生靈活應(yīng)用計算機解決力學(xué)問題的能力，提高了教學(xué)質(zhì)量，實現(xiàn)了傳統(tǒng)教學(xué)模式和計算機輔助教學(xué)模式的完美統(tǒng)一。

［1］李曉靚，劉強.淺談如何提高材料力學(xué)實驗教學(xué)質(zhì)量［J］.教育教學(xué)論壇，2013，（5）.

［2］趙巍.材料力學(xué)教學(xué)幾點體會［J］.科技視界，2014，（33）.

［3］劉靜，汪中厚.淺談提高材料力學(xué)教學(xué)質(zhì)量的幾點體會［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2014，（28）.

［4］孔七一.高職工程力學(xué)課程建設(shè)與教學(xué)改革探索［J］.高等建筑教育，2007，（16）.

［5］張春艷.材料工程基礎(chǔ)課程建設(shè)探討與實踐［J］.重慶科技學(xué)院學(xué)報，2007，（6）.

Teaching Research on the Project of“Tension and Compression Bar Deformation”Based on Inspire

SUN Tao
（Taishan Vocational and Technical College，Taian，Shandong 271000，China）

In order to improve the teaching effect of the“material mechanics”course of mechanical and electrical major in higher vocational colleges and improve the professional basic ability of the students，the paper explains the example of“deformation of the bar and the bar”，and uses the computer Inspire software technology to show the results of component force，and effectively analyzes data，so that the traditional teaching model and computer-aided teaching model are organically combined to greatly improve the ability of students to understand and master the knowldge，which finally improves the students'interest and enthusiasm，and students'professional knowledge and skills as well as the teaching effect of the course.

mechanics；Inspire software technology；displacement analysis

TH-39

A

2095-980X（2017）03-0194-02

2017-02-14

孫濤（1976-），男，大學(xué)本科，講師，主要研究方向：數(shù)控機械加工，UG、inspire軟件應(yīng)用研究及機電數(shù)控專業(yè)課程的教學(xué)工作。