《工程力學(xué)》中材料力學(xué)教學(xué)方法的探討

葛群++++張秋芬

摘要：中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社第五版的《工程力學(xué)》是全國中學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)校機(jī)械類通用教材，也是理工科類學(xué)生中須掌握的一門基礎(chǔ)課理論課，全書內(nèi)容分為兩篇。本人以第五章拉伸和壓縮為例探討材料力學(xué)的教學(xué)方法。

關(guān)鍵詞：工程力學(xué) 材料力學(xué) 變形 舉例

在材料力學(xué)的教學(xué)過程中主要研究構(gòu)件能在載荷下的變形以及破壞規(guī)律，構(gòu)件基本變形分為拉伸和壓縮，剪切和擠壓，扭轉(zhuǎn)，彎曲等四種。在這篇的教學(xué)過程中，以第五章最為重要，如果第五章的內(nèi)容講透徹，學(xué)生理解掌握的比較牢固后面三章的學(xué)習(xí)就相對輕松容易?，F(xiàn)以第五章為例，來談?wù)勎业慕虒W(xué)方法。

一、拉伸和壓縮的力學(xué)模型

在講解這節(jié)內(nèi)容的時(shí)候，首先要用實(shí)物演示（可以選用彈簧）讓學(xué)生觀察彈簧，教師分別演示在拉力和壓力的情況下的變形：教師引導(dǎo)提問： “ 1.彈簧伸長的時(shí)候，受到我的兩個(gè)手的力有什么特點(diǎn)？縮短的時(shí)候這兩個(gè)力又有什么特點(diǎn)？2.伸長、縮短的時(shí)候還有哪些變化” 在學(xué)生的回答下，教師補(bǔ)充答案，讓學(xué)生明白變形實(shí)在外力的作用下發(fā)生的，同時(shí)也讓學(xué)生掌握外力的特點(diǎn)以及變形的特點(diǎn)。

二、拉伸（壓縮）時(shí)橫截面的內(nèi)力——軸力

在概念教學(xué)中，學(xué)生已經(jīng)明白了構(gòu)件在外力的作用下會(huì)發(fā)生變形，在學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容之前，教師用透明塑料袋裝一把米，然后讓學(xué)生觀察并提問“在我用力捏袋子的同時(shí)，米粒與米粒之間有沒有力產(chǎn)生，有什么特點(diǎn)？”

通過學(xué)生的回答引入內(nèi)力的概念。在外力作用下，構(gòu)件內(nèi)部各部分之間因相對位置改變而引起的附加的相互作用力。特點(diǎn)是：a：連續(xù)分布于截面各處。b：隨外力的變化而變化，并與構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性等問題密切相關(guān)，在學(xué)生理解了內(nèi)力概念的基礎(chǔ)上講授內(nèi)力正負(fù)的判斷方法，讓學(xué)生明白正負(fù)僅代表方向。然后進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算方法的教學(xué)：截面法，講解這個(gè)方法的試試一定要舉例。以例題講清楚每一步。

此題為例：先讓學(xué)生分析外力，A點(diǎn)的外力應(yīng)該是多少？方向？解題的依據(jù)？

讓學(xué)生清楚外力依然滿足靜力學(xué)的平衡條件。然后讓學(xué)生知道內(nèi)力是隨外力變化的，因此每當(dāng)外力改變，內(nèi)力就需要重新計(jì)算，因此截面法解題的步驟分別是：

1.截開：將桿件在欲求內(nèi)力的截面處假想的切開，每兩個(gè)受力點(diǎn)上之間截一次，取其中一部分為研究對象，畫出該部分所受的外力

2.代替：用截面上的內(nèi)力來代替去掉部分對選取部分的作用，講解此處時(shí)可用食指、大拇指給粉筆施加壓力，然后把粉筆掰成兩斷，此時(shí)向?qū)W生講清楚只是假想的掰斷。讓學(xué)生分析：如果選擇了a，那b對a有沒有力的作用？這個(gè)作用力就是內(nèi)力。我們就要在截面上用內(nèi)力FN來表示b對a的作用力。一般假設(shè)為正值。

3.平衡：列出選取部分的靜力學(xué)平衡方程，確定未知內(nèi)力的大小和方向，截面法計(jì)算內(nèi)力非常重要，需要重點(diǎn)掌握，所以要多做幾個(gè)例題進(jìn)行練習(xí)鞏固。讓學(xué)生通過多練習(xí)多講解，熟練掌握。

三、拉伸（壓縮）時(shí)橫截面上的應(yīng)力與應(yīng)變應(yīng)力的概念

強(qiáng)調(diào)應(yīng)力是衡量構(gòu)件強(qiáng)度的指標(biāo)，應(yīng)力與內(nèi)力的區(qū)別：應(yīng)力是截面上一點(diǎn)處內(nèi)力的聚集程度，反映一點(diǎn)處內(nèi)力強(qiáng)弱程度的基本量一個(gè)構(gòu)件會(huì)不會(huì)被破壞，是通過應(yīng)力來衡量的。

應(yīng)力的計(jì)算公式： 單位要強(qiáng)調(diào)，特別是單位的換算關(guān)系一定要向?qū)W生講解清楚，因?yàn)槁殬I(yè)技工院校的學(xué)生大部分計(jì)算能力較差，看到計(jì)算的題目就望而生畏，講解清楚讓學(xué)生易于接觸。

四、拉伸和壓縮的強(qiáng)度條件及其應(yīng)用

1.向?qū)W生講清楚，工作應(yīng)力，極限應(yīng)力，許用應(yīng)力的概念，這個(gè)時(shí)候可以用工作的時(shí)間來舉例：實(shí)際的工作時(shí)間就是工作時(shí)間，危及生命的工作實(shí)際就是極限時(shí)間，為了保證人的生命安全，就要有允許的時(shí)間范圍，根據(jù)不同人的體質(zhì)制定不同的安全系數(shù)。

2.強(qiáng)度條件這四個(gè)字要向?qū)W生講清楚

最大工作應(yīng)力不得超過材料的許用應(yīng)力的條件

在滿足這個(gè)條件的前提條件夏，可以有三個(gè)方面的應(yīng)用

（1）強(qiáng)度校核：判斷構(gòu)件是否安全，問學(xué)生，怎樣進(jìn)行判斷，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)結(jié)論。

（2）選擇截面尺寸：A的取值如何確定？

（3）確定許可載荷：構(gòu)件能承受的載荷？

通過多個(gè)例題的練習(xí)講解讓學(xué)生能靈活運(yùn)用，在后三章的學(xué)習(xí)中，學(xué)生可以完全通過本次課的內(nèi)容自主學(xué)習(xí)，自主總結(jié)。

參考文獻(xiàn)：

[1]鐘少華.工程力學(xué)[M].形式：中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2011.

[2]王培興，李建.工程力學(xué)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

（作者單位：常州交通技師學(xué)院）endprint