论文部分内容阅读
摘 要:本文首先介绍了学生在学习材料力学的过程中所遇到的问题,以此为基础提出了截面法。接着对截面法进行了全面的概括和分析,最后提出了在使用截面法时应该注意的问题,并给出了实例。
关键词:截面法;材料力学;教育教学方法
一、前言
工程上的机械设备结构是由构件组成的,构件在工作时要承受载荷。构件的种类一般为板件、壳件、杆件等,在材料力学中主要以对杆件的研究为主。本文将杆件作为主要研究对象来分析。在载荷的作用下正常工作时,杆件不能被破坏,也不能发生过度的变形,同时要保持原有的平衡状态,不能丧失稳定性。这就要求杆件具有一定的安全性指标,也就是我们常说的强度、刚度和稳定性。材料力学就是研究构件的强度、刚度和稳定性的问题,并为人们在既经济又安全的条件下合理选择和使用材料、确定合理的截面形状和尺寸,提供必要的理论依据、计算方法和实验数据。
二、截面法在工程中的应用
在学习材料力学的过程中,学生会接触大量的公式,理解起来难度较大,由于无法充分掌握公式的应用方法和核心含义,很多学生容易丧失对材料力学的兴趣。那么怎样激发学生对材料力学的学习兴趣,是教师需要解决的重要问题。在材料力学的公式中,无论是轴向拉伸压缩变形、剪切挤压变形、圆周扭转变形,还是梁的弯曲变形,都会涉及内力、应力、刚度、形变等的计算。而其中最为基础的就是内力的计算,它是求解应力、刚度、形变等指标的基础。因此,在教学安排上,教师通常会把内力的计算方法,也就是截面法作为重点来进行详细剖析和解释,以便为学生掌握后续内容打好基础。
对于内力的计算方法,无论哪种变形,统一采用的是截面法。这种方法主要体现在四个步骤上:
1. 截。将变形体从两个外力之间假象截开。本步骤需要注意的是截面可以有多个,只要是两个不同外力之间就可以划分,但是在研究具体截面时其他截面是不能同时存在的,也就是说每次只能分析一个截面,不能同时将假象截面截开。这是学生在分析时最常犯的错误。
2. 取。将构件用假象截面一截为二后,取其中一段作为研究对象,另一段去掉,不再考虑。
3. 代。取其中一段,将此段所有外力画到图上,截面上的内力与外力组成平衡力系,利用此原理列平衡方程式。
4. 平。代入平衡方程式后求解,将未知内力由平衡方程式求出。
下面以一道轴向拉伸压缩变形的内力求解题为例,使用以上方法求证。
已知:F1=10kN;F2=20kN; F3=35kN;F4=25kN,试画出图示杆件的轴力图。
解:(1)利用截面法画出相应截面图。
(2)计算轴力后并绘制轴力图。
这种方法针对四种基础变形的内力都是适用的。学生只要掌握该方法,将四种基本变形的内力快速求出,其余相关问题就会迎刃而解。此外,关于截面法的内力计算完毕后,为了方便学生对整个杆件上内力的直观理解,教師通常会将内力图同时附上。这样,对于在不同杆件的位置上作用了多大的内力值及内力的正负,学生都可以一目了然地在内力图中找到。从抽象的想象到具体的平面图形中,对于不同杆件的危险程度也可以有预先的判断。这样在杆件安全性指标上也得到了结论。
三、结论
教师在教学过程中要让学生懂得如何找到解决工程中抽象问题的具体方法,再用结论性意见指导实践,这样就为材料力学的学习打下了良好的基础。
关键词:截面法;材料力学;教育教学方法
一、前言
工程上的机械设备结构是由构件组成的,构件在工作时要承受载荷。构件的种类一般为板件、壳件、杆件等,在材料力学中主要以对杆件的研究为主。本文将杆件作为主要研究对象来分析。在载荷的作用下正常工作时,杆件不能被破坏,也不能发生过度的变形,同时要保持原有的平衡状态,不能丧失稳定性。这就要求杆件具有一定的安全性指标,也就是我们常说的强度、刚度和稳定性。材料力学就是研究构件的强度、刚度和稳定性的问题,并为人们在既经济又安全的条件下合理选择和使用材料、确定合理的截面形状和尺寸,提供必要的理论依据、计算方法和实验数据。
二、截面法在工程中的应用
在学习材料力学的过程中,学生会接触大量的公式,理解起来难度较大,由于无法充分掌握公式的应用方法和核心含义,很多学生容易丧失对材料力学的兴趣。那么怎样激发学生对材料力学的学习兴趣,是教师需要解决的重要问题。在材料力学的公式中,无论是轴向拉伸压缩变形、剪切挤压变形、圆周扭转变形,还是梁的弯曲变形,都会涉及内力、应力、刚度、形变等的计算。而其中最为基础的就是内力的计算,它是求解应力、刚度、形变等指标的基础。因此,在教学安排上,教师通常会把内力的计算方法,也就是截面法作为重点来进行详细剖析和解释,以便为学生掌握后续内容打好基础。
对于内力的计算方法,无论哪种变形,统一采用的是截面法。这种方法主要体现在四个步骤上:
1. 截。将变形体从两个外力之间假象截开。本步骤需要注意的是截面可以有多个,只要是两个不同外力之间就可以划分,但是在研究具体截面时其他截面是不能同时存在的,也就是说每次只能分析一个截面,不能同时将假象截面截开。这是学生在分析时最常犯的错误。
2. 取。将构件用假象截面一截为二后,取其中一段作为研究对象,另一段去掉,不再考虑。
3. 代。取其中一段,将此段所有外力画到图上,截面上的内力与外力组成平衡力系,利用此原理列平衡方程式。
4. 平。代入平衡方程式后求解,将未知内力由平衡方程式求出。
下面以一道轴向拉伸压缩变形的内力求解题为例,使用以上方法求证。
已知:F1=10kN;F2=20kN; F3=35kN;F4=25kN,试画出图示杆件的轴力图。
解:(1)利用截面法画出相应截面图。
(2)计算轴力后并绘制轴力图。
这种方法针对四种基础变形的内力都是适用的。学生只要掌握该方法,将四种基本变形的内力快速求出,其余相关问题就会迎刃而解。此外,关于截面法的内力计算完毕后,为了方便学生对整个杆件上内力的直观理解,教師通常会将内力图同时附上。这样,对于在不同杆件的位置上作用了多大的内力值及内力的正负,学生都可以一目了然地在内力图中找到。从抽象的想象到具体的平面图形中,对于不同杆件的危险程度也可以有预先的判断。这样在杆件安全性指标上也得到了结论。
三、结论
教师在教学过程中要让学生懂得如何找到解决工程中抽象问题的具体方法,再用结论性意见指导实践,这样就为材料力学的学习打下了良好的基础。