材料力学范文

材料力学范文第1篇

关键词 材料力学 教学内容 改革

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.kjdks.2017.02.051

Abstract Material mechanics is an important technical basic course for engineering majors. This paper from the training objectives， teaching contents and teaching methods in three aspects of material mechanics course teaching reform is discussed and thinking， with a view to teaching practice in the future development for the country needs multi-level， multi class professionals.

Keywords materials mechanics； teaching content； reform

材料力W是工科类专业的一门重要技术基础课，对航空航天类、土建类、机械类各专业显得尤其重要。材料力学课程的任务是为解决工程实际问题（强度、刚度、稳定性）提供必要的理论基础。随着材料制造工艺的飞速发展及计算机技术的日益普及，传统的材料力学课程在教学方法和内容上需要改革调整。本文以下结合笔者所在高校的教学实践活动，对今后材料力学课程的改革进行了初步的探讨和思考，以期能够在新的历史时期下，培养出国家所需要的多层次、多类别的专业人才。

1 进一步明确培养人才的目标

目前，中国正处于快速发展阶段，急需大量的各行业人才，而培养人才的重任便落在各种高校身上。中国有几百所工科大学，但每所高校培养人才的方式不一样，其中绝大多数高校是以培养应用型人才为主，少数高校是以培养研究性人才为主。以培养应用型人才为主要目标的高校，学生毕业后绝大多数都流入了生产型企业，他们主要从事相关产品的研发和设计工作，是产品生产过程中的中坚力量。而以培养研究型人才为主要目标的高校，学生毕业后有相当一部分会流入研究所和设计研究院，主要从事以技术创新为主的研究和深度研发工作，是产品研发阶段的创新型人才。培养技术应用型人才的高校，应侧重教会学生如何“用”的问题。而对于培养研究性人才的高校，更为重要的是告诉学生“为什么是这样”的问题。所以，首先应该根据学校自身的定位，明确学生的培养目标，从而合理组织教学内容。其次，应根据不同的专业设置来明确教学内容。

材料力学是力学、航空、航天、机械、动力、土木、水利等专业的一门重要专业基础科，而且是一门理论性很强的学科，其包含的公式，定理，思维方式，建模思路等对于各行业的产品研发，创新发展，优化问题等方面起到很大帮助作用。不同专业对材料力学课程所要求的深度、广度和侧重点有所不同。所以，必须根据不同的专业设置，来安排和组织教学。在但无论培养什么样的学生和什么专业的学生，都应注重学生分析问题的能力和解决问题能力的培养，另外也应注重学生的创新能力的培养。

2 教材内容与时俱进

传统的材料力学课程主要以宏观尺度的一维杆件为研究对象，在教学内容上先安排讲授杆件的四种基本变形形式及对应的强、刚度问题，在此之后讲授组合变形并通过引入应力状态的概念引出组合变形模式下的强度问题，最后安排讲授压杆的稳定性问题。以上讲授内容，自上世纪八十年代中后期就已经成型，到30年后的今天仍然是材料力学的核心讲授内容。这样的教学方式和考查形式着重培养学生学习材料力学中的定理，理论和研究方法，然后解决一些传统的问题，然而这并不利于培养学生的创新能力，与我国快速发展的现状越来越不适应。因此，使教材内容适应国家发展是很重要的。

随着科学技术的不断发展，材料制造工艺水平的不断提高及新材料的不断涌现，对材料力学这门“成熟”的课程提出了全新的力学问题。如何在传统的材料力学课程中适度、适时地反映这些全新的课题和进展是十分必要的。特别是近年来有限元思想的快速发展，这对材料力学的学习和教学有了很大影响，在研究工程变形和静定结构的基本变形中，有限元思想更是突出了它的便利之处。另外，随着新的交叉学科的不断涌现，传统材料力学中的一些结论和分析方法，也已在其他一些学科中得到了具体应用。但是，这种全新的应用并没有在传统的材料力学课程中得到体现。因此，在当前学科交叉日益密集的趋势下，如何对传统的材料力学内容进行安排和重组，以反映这种学科间的交叉和渗透也是十分必要的。

传统的材料力学内容已不能满足现代工程技术的发展，这并不是说要舍弃那些传统内容，而是要保留核心内容，并加入一些新的思维方法，重组教学内容，优化课程体系，以达到完善教材，适应时展的效果。这不仅可以激发学生的学习积极性，还可以提高学生的创新能力，提高学生解决问题的能力，并有利于高校培养专业的人才，满足国家的需求。因此，教学内容与时俱进势在必行。

3 完善教学手段

目前，随着计算机技术的飞速发展，利用计算机的计算能力来解决实际工程问题以成为当前的一种主流趋势。计算机的普遍使用，也为材料力学课程教学方法提供了很大发展空间，老师应该利用学生对计算机的兴趣，合理使用计算机辅助教学，不仅可以提高信息的输送和表达，而且还能激发学生的学习热情和创造性。另外，利用多媒体教学，还能加深学生对材料力学基本概念的理解，相应的提高了学生解决问题的能力，计算机教学方式是传统教学手段的有力补充。还有一些大型的商业有限元软件，尤其是ANSYS软件早已被用来进行结构的强度计算。很多工科院校也已经将ANSYS作为本科生或研究生的一门必修课程，通常都安排在材料力学课程之后学习。但是，在讲授材料力学的过程中，也应该充分利用ANSYS直观形象的图形显示能力和强大的计算分析优势，来演示材料力学课程中的一些重要结论和验证一些主要假设的合理性问题。举例来说，在学习梁的弯曲变形时，采取了平截面假设，也就是说当梁发生弯曲变形的时候，变形前原为平面的梁的横截面变形后任保持为平面，且仍然垂直于变形后的梁的轴线。①这一假设的实质是忽略了剪应力对梁弯曲变形的影响，而且仅对长高比较大的梁（ >5）近似成立。

在教学过程中，一般仅是定性的告诉学生这一结论。利用ANSYS软件，通过不同的单元选择，比如可以利用Timoshenko梁单元，二维实体单元和三维实体单元，具体形象地展示不同单元的数值结果，从而定量的告诉学生这一假设合理性及适用性的问题。此外，另外一款数学软件Matlab也因其强大的分析和仿真功能，被广泛地应用于研究及教学领域。事实上，Matlab也早已被列为本科生的一门选修课。国内一些高校也开展了Matlab和材料力学课程相结合的一些有益探索和尝试，比如利用Matlab计算超静定机构的支反力及绘制挠曲线的形状等。②在材料力学课程中的把ANSYS，Matlab等仿真类软件引入到材料力学课程教学中来，不仅可以激发学生的学习兴趣，还可以加深学生对材料力学基本概念的理解，并有助于提高学生实际分析能力和解决问题能力的提高，为其将来更好更快地解决实际工程问题打下基础。因此，在今后的材料力学教学中，应该加大ANSYS，Matlab等软件的介绍，在更深的层次上和教学过程相结合。

在利用计算机辅助教学的同时，也应该注重加强学生进行材料力学试验，材料力学是一门理论性较强的学科。学生在学习基本概念和理论后，并不能完全理解，@就需要进行材料力学试验来加深学生对理论的理解，使理论与实践相结合。从简单的力学现象引出复杂的问题，通过理论的学习进而解决力学问题揭示力学原理，激发学生的学习热情，通过看得见、摸得着的实验可以加深学生对抽象概念的理解，提高学生的自主学习能力和创新能力。

最后，要完善教学课堂，老师在完成规定的教学内容后，应该不断鼓励学生乐于提出问题，并在课堂上解决，这不仅能激发学生的思考和发散思维，还能起到现学现用的作用，更能加深学生对基本概念的理解，提高学生解决问题的能力和创新能力。对于学有余力的学生，应该给他们一些力学问题，让他们合作解决，最后在课堂教学之余举行一个小竞赛，促使学生独立思考和钻研。这种教学方式不仅增强了学生自己查阅文献和书籍的能力，还提高他们的学习积极性，培养他们接受新知识、新思想的能力，在使学生独立思考的同时，也让学生意识到团队合作的重要性，加强了学生发现问题、解决问题的能力。总之，材料力学这门课程虽然是理论性学科，但是从课程理论学习、教学方式、课堂实验的创新等各个环节入手，并在各个过程中大胆创新，努力实践，最终可以提高教学质量，促进学生学习，提高学生创新能力，使学校培养出高素质，复合型人才，满足国家对工程性技术人才的需求。

4 结语

材料力学是工科类专业一门重要的技术基础课程，笔者作为工科类材料力学课程的一线授课教师，对材料力学课程今后的教学改革方向提出了以上几点思考和建议。为了培养出国家所需要的多层次、多类别的专业人才，在今后的教学工作中，只有明确了培养目标，不断改进教学方法、与时俱进地更新教学内容，才能使学校培养出的学生肩负起时代所赋予的责任。

注释

① 刘鸿文.材料力学[M].北京：高等教育出版社，2004.

材料力学范文第2篇

关键词：材料力学；国内外；新材料

材料力学，也就是研究构成工程器件物质内部受力情况的一门学科。其研究特点是将宏观的问题放到微观世界去解决，从而搭建解决材料变形、扭转等一系列问题。首先，力学知识最先起源于人类对自然现象的观察和生产劳动过程中的经验积累。而材料力学的起源如果要追溯则应追溯到古代房屋建筑上去。在古中国的宫殿建筑中，由于那是皇权的象征，所以材料的选用在符合审美的需求的基础上最重要的是要使材料在预定年限内不会出现断裂。只是很可惜，在古中国没有形成一套完整的系统。而在西方世界的意大利，意大利科学家为了解决建筑船舶和水闸所需要的梁的尺寸问题，进行了一系列实验，并于1638年提出梁的强度计算公式。但是受到材料力学的发展限制，他所得到的答案并不完全正确。后来英国科学家胡克发表了重要的胡克定律，这才奠定了材料力学的基础。自从18世纪起，材料力学才开始沿着科学的方向发展。

一、材料力学在国内外的发展

新材料是指新出现或正在发展中的、具有传统材料所不具有的优异性能的材料。它主要包括电子信息、光电、超导材料；生物功能材料；能源材料和生态环境材料；高性能陶瓷材料及新型工程塑料；粉体、纳米、微孔材料和高纯金属及高纯材料；表面技术与涂层和薄膜材料；复合材料；智能材料；新结构功能助剂材料、优异性能的新型结构材料等。新材料产业包括新材料及其相关产品和技术装备。与传统材料相比，新材料产业技术高度密集、更新换代快、研究与开发投入高、保密性强、产品的附加值高、生产与市场具有强烈的国际性、产品的质量与特定性能在市场中具有决定作用。新材料的应用范围非常广泛，发展前景十分广阔，其研发水平及产业化规模已成为衡量一个国家经济发展、科技进步和国防实力的重要标志。

二、在国内外的发展

综观全世界，新材料产业已经渗透到国民经济、国防建设和社会生活的各个领域，支撑着一大批高新技术产业的发展，对国民经济的发展具有举足轻重的作用，成为各个国家抢占未来经济发展制高点的重要领域。主要发达国家都十分重视新材料产业投入和发展。

1.美国政府在1991至1995年的《国家关键技术报告》中就将材料科学与技术列为重要的研究领域。自1996年以后，该计划的制定方式有所变化，由DARPA（国防高级研究计划局）提出年度修改方案交国会审议，近年有关材料的立项列入到《国防领域的研究、开发、实验及评估计划》中的61101E子项（国防研究科学，该子项包括信息科学、电子科学和材料科学三大领域）和62712E（材料与电子技术，该子项包括材料加工技术、微电子器件技术、低温电子器件技术和军用医疗与损伤技术四个领域）中，主要预算合计为15亿美元左右。在新材料的单项方面，美国2000年制定的国家纳米技术计划被列为第一优先科技发展计划。

2.德国自1994年就启动了跨世纪部级新材料研究计划，实施周期为1994―2003年。该计划目标是通过产品创新和技术创新，在新材料制造装备、加工和应用三个方面确保德国的国际领先地位；进入21世纪后，德国在9大重点发展领域均将新材料列为首位，通过开发新材料以确保资源和环境；德国还将纳米技术列为科研创新的战略领域。3、日本一直十分重视材料技术的发展，把开发新材料列为国家高新技术的第二大目标，认为新材料技术是推动21世纪创新和社会繁荣的主导力量。在日本新的5年“科学技术基本计划”，重点发展的材料技术包括：分析和控制微粒、分子、原子、电子等微观结构技术；高纯化和功能组合技术；功能性结构材料技术；使材料具有特殊功能的表面处理技术；应用计算机设计和制造材料的技术等。

二、新材料的应用和成就

1.促进了一批新材料产业的形成和发展，初步形成了完整的新材料体系一是在电子信息材料领域形成了直径200毫米（8英寸）硅单晶抛光片、纯镓和高纯镓、水平砷化镓晶片等半导体材料产业，以及新型超长余辉发光材料和制品、氮化镓基高度发光材料与发光器件、彩色终端显示用荧光粉、纳米级掺稀土基因――氧化硅玻璃复合光放大功能材料、偏光片彩色感光材料等显示发光材料产业；二是在电池和电池材料方面形成了包括锂离子电池、方型锂离子电池、锂离子电池极板材料、锂离子电池用六氟磷酸锂、镍氢动力电池正极新材料、动力电池储能材料等在内的完整产业链； 三是在稀土永磁材料的研究开发与应用上，发明了在国际上处于领先水平的钕铁氮新型永磁材料；四是在稀土提取及相关产品方面形成了我国的特色产业，如高纯稀土金属铈、钍、高纯氧化铕、重稀土金属、稀土复合氧化物燃烧催化剂等；五是在新型高分子材料方面形成了改性MC尼龙管材和管件、特种工程塑料聚醚酮树脂、光盘级聚碳酸酯、特性氨纶纤维、高分子功能材料热缩细管与母排保护套管等产品系列。

2.支持了具有高性能、高附加值产品的高技术项目，开辟了新的材料产业领域 大连路明科技集团有限公司自主开发研制的高效长余辉稀土发光材料，该材料具有环保、节能、高效蓄能等特点，可广泛应用于消防安全、建筑安装、交通运输、纺织服装以及军事领域，引发了新型自发光产业的诞生与发展。西北有色金属研究院承担的“耐热钕铁硼稀土永磁材料”，该种材料的研制成功将改变我国钕铁硼永磁材料在低水平基础上的重复建设、互相制约的局面，使我国的钕铁硼永磁材料产业发展走上高技术、高效益的健康发展之路。福州大学光催化研究所承担的光催化功能材料及系列产品产业化前期关键技术研究项目，研制出了新型固体超强酸化催化剂，产品属国内首创，达到国际领先水平，具有广阔的市场前景。

材料力学范文第3篇

关键词：截面法；轴力；扭矩；剪力和弯矩；相反为正；

1、引言

材料力学是高等高职高专技术学校机械类、数控技术、模具设计制造、土木工程类等工科专业的技术基础课，其理论性强且与专业课、工程实际紧密联系，是科学、合理选择或设计结构（或构件）的尺寸、形状、强度校核的理论依据。为后续机械设计基础、机械设计制造、模具设计与制造、液压与气动技术等专业课的学习和应用奠定了很强的理论基础，也为学生毕业后作为技术工人运用力学知识，在实际工作中正确使用、维护、保养机械设备和建造公路与桥梁，正确分析和解决生产中有关的力学问题提供了知识上的保证，对提高学生的实际操作水平、分析问题解决问题的能力及技术应变能力都具有至关重要的作用。

2、材料力学特点

该课程具有理论性强、概念多、公式多、内容抽象、教学内容繁杂易混淆等特点，学生感到枯燥无味，容易产生厌学的情绪，对教学效果产生不利影响。而本课程又与很多后续课程密切相关，学习的好坏直接影响学生以后对专业课的学习，所以有必要对以往的教学进行适当改革，简化公式推到过程重视其灵活应用，简化求解思路与过程，善于进行比较归纳总结，找出相互间的异同和规律，提高学习效率和学习效果。

材料力学内力分析计算

构件在工作时，一般要承受载荷、自重、约束力等作用，构件横截面上的内力会随着外的增加而增大，但内力的增加时有限的看，若超过某一限度，构件就不能正常工作甚至被破坏。为了保证构件能够在外力作用下安全可靠地工作，必须能清其内力分布规律。

当构件发生轴向拉压、剪切与挤压、扭转与弯曲等变形时，均可采用截面法来研究其内力，即将构件假想地沿某一横截面切开，去掉一部分，保留另一部分，同时在该截面上用内力表示去掉部分对保留部分的作用，建立保留部分的静力平衡方程求出内力。解题步骤可归纳为：

截： 沿需求内力的截面处，假想地用一平面把构件截为两段

取： 任取一段（一般取受力情况较简单的部分）为研究对象

代： 在截面上用内力代替弃去部分对所取部分的作用

列： 列平衡方程，求出截面上内力的大小

按照上述步骤求解构件变形时的内力，解题过程较繁琐、麻烦，我们可以将其进行简化，先找出内力的正向，运用下面的相关计算公式，利用口诀“相反为正”来快速准确的求解。

3.1 轴力求解

截面法求轴力可化简为此公式求解：（口诀：相反为正）

任意截面上的轴力等于该截面任一侧所有轴向外力的代数和，外力有正反，与轴力正向相反为正，反之为负。若构件一侧为固定端，则取截面非固定端为研究对象进行求解。

例1：已知 P1=10kN；P2=20kN； P3=35kN；P4=25kN，求各截面轴力

该类型题做熟练以后，还可以进一步化简，不需画出每段简图，直接在原图上标出轴力正向，通过观察求解。

3.2 扭矩求解

截面法求扭矩可化简为此公式求解：（口诀：相反为正）

任意截面上的扭矩等于该截面任一侧所有外力偶矩的代数和，外力偶矩有正反，与扭矩正向相反为正，反之为负。若构件一侧为固定端，则取截面非固定端为研究对象进行求解。

例2：主动轮A的输入功率PA=36kW，从动轮B、C、D输出功率分别为PB=PC=11kW，PD=14kW，轴的转速n=300r/min.试求传动轴指定截面的扭矩。

该类型题做熟练以后，还可以进一步化简，不需画出每段简图，直接在原图上标出扭矩正向，通过观察求解。

3.3 剪力与弯矩求解

截面法求剪力和弯矩可化简为此公式求解：（口诀：相反为正）

任意截面上的剪力等于该截面任一侧所有垂直于轴向外力的代数和，外力有正反，与剪力正向相反为正，反之为负。

任意截面上的弯矩等于该截面任一侧所有外力对该截面形心之矩的代数和，外力对该截面形心之矩有正反，与弯矩正向相反为正，反之为负。

若构件一侧为固定端，求梁发生弯曲时的剪力和弯矩时，应取截面非固定端为研究对象进行求解。

例3：如图所示简支梁，已知：P=40kN，M=25kN.m，q=10kN/m试求1-1、 2-2截面上的内力FS1、M1、FS2、M2 。

2、求各截面上内力

小结

构件发生轴向拉压、剪切与挤压、扭转与弯曲等变形时，均可采用截面法来研究其内力，解题步骤可归纳为截、取、代、列，但按照上述步骤求解构件变形时的内力，解题过程较繁琐、麻烦，我们可以将其进行简化，先找出内力的正向，运用下面的相关计算公式，利用口诀“相反为正”来快速准确的求解。

参考文献：

1.张定华，工程力学，高等教育出版社，2010

2.张勤，工程力学，高等教育出版社，北京，2007

材料力学范文第4篇

关键词：材料 强度 塑性

金属材料力学性能概述

金属材料的力学性能指标表征金属抵抗各种损伤作用的能力的大小。它是判定金属力学性能的依据，是评定金属材料质量的判据，同时也是设计选材和进行强度计算的主要依据。金属材料的力学性能包括常温下的强度、塑性、韧性，例如屈服点或屈服强度σs（σ0.2）、抗拉强度σb、伸长率δ、断面收缩率φ、冲击韧度ak、疲劳极限、断裂力学性能等。

金属力学性能试验是测定金属力学性能指标所进行的试验。包括拉伸试验、弯曲试验、剪切试验、冲击试验、硬度试验、蠕变试验、应力松弛试验、疲劳试验、断裂韧度试验、磨损试验等。

一、金属材料强度指标

1.屈服强度

材料在拉伸过程中，当载荷达到某一值时，载荷不变而试样仍继续伸长的现象，称为屈服。材料开始发生屈服时所对应的应力，称为屈服点、屈服强度或屈服极限，用σs表示。我国规定σs取钢材的下屈服点值。

除退火或热轧的低碳钢和中碳钢等有屈服现象外，多数工程材料的屈服点不明显或没有屈服点，此时规定以产生0.2%残余伸长的应力作为屈服强度，用σ0.2表示。

2.抗拉强度

试样拉伸时，在拉断前所承受的最大载荷与试样原始截面之比，称为强度极限或抗拉强度，用σb表示。

零件设计选材时，一般应以σs或σ0.2为主要依据。但σb的测定比较方便精确，因此也有直接用σb作为设计依据的，从安全方面考虑，用σb作为设计依据采用较大的安全系数。由于脆性材料无屈服现象，则必须以σb作为设计依据。

3.持久极限

持久极限又称为持久强度，是指材料在规定温度下达到规定时间而不断裂的最大应力。常用符号为σb带有一个或两个指数来表示。例如σ700b/1000，表示在试验温度为700℃时，持久时间为1000h的应力，即所谓高温持久极限。

4.蠕变极限

蠕变极限又称蠕变强度，是在规定温度下，引起试样在一定时间内蠕变总伸长率或恒定蠕变速率不超过规定值的最大应力。蠕变极限一般有两种表示方法：一种是在给定温度T下，使试样承受规定蠕变速度的应力值，以符号σTε表示，其中ε为蠕变速度，%/h。例如，σ6001X10-5即表示在试验温度为600℃时，蠕变速度为1X10-5%/h的蠕变极限；另一种是在给定温度（T，℃）下和规定试验时间（t，h）内，使试样产生一定蠕变变形量（δ，%）的应力值，以符号σTδ/t表示。

二、金属材料塑性指标

1.延伸率δ5

金属材料在拉伸试验时，试样拉断后，其标距部分的总伸长ΔL与原标距长度L0之比的百分比，称为伸长率，也称延伸率，用δ表示。按试样长度的不同，有长试样与短试样之分。其对应的断后伸长率分别以δ10和δ5表示。在容器用钢中，通常以δ5来表示材料的伸长率。

2.断面收缩率φ

金属试样在拉断后，其颈缩处横截面面积的最大缩减量与原横截面面积的百分比，称为断面收缩率，用φ表示。塑性材料的断面收缩率较大，脆性材料的断面收缩率较小。

3.冷弯性能

金属材料在常温下承受弯曲而不破裂的能力，称为冷弯性能。冷弯试验用以考核材料弯曲变形的能力并且能使存在的缺陷显示出来，在一定程度上模拟了压力容器制造时卷板机的工艺情况。冷弯性能是容器用钢材与焊接接头力学性能考核的重要指标。

出现裂纹前能承受的弯曲程度愈大，则材料的冷弯性能愈好。弯曲程度一般用弯曲角度或弯芯直径d对材料厚度a的比值来表示。

三、属材料韧性指标

1.冲击韧度

金属材料在使用过程中除要求有足够的强度和塑性外，还要求有足够的韧性。材料的韧性与加载速率、应力状态及温度等有很大关系。试样在冲击试验力一次作用下折断时所吸收的功称为冲击吸收功。冲击试样缺口底部单位横截面面积上的冲击吸收功称为冲击韧度。冲击韧度是评定金属材料在动载荷下承受冲击抗力的机械性能指标，用ak表示，单位为J/cm2。

我国压力容器材料及焊接接头冲击试样规定采用夏比V型缺口，冲击试验有许多种，例如常温冲击试验、低温冲击试验、高温冲击试验、应变时效冲击试验等。采用标准试样进行试验得到的冲击吸收功来检验材料化学成分、金相组织、和加工工艺对其韧性的影响，冲击值为Akv（J）。

ak是早先工程技术上习惯用来作为材料韧脆程度度量及材料承受冲击载荷的抗力指标，后来发现这是不适宜的。因为ak是单位面积的冲击吸收功，与试样形状、截面尺寸、缺口形状和尺寸无关。而实际上由试样截面尺寸和缺口形状及其尺寸的改变所引起的冲击吸收功ak的变化，与缺口处净截面积并不成线性关系。所以截面尺寸不同，所得ak也不同。另一方面，试样断裂时伴随着试样部分体积的严重塑性变形，也就是说，冲击吸收功消耗于产生两个新的自由表面和一部分体积的塑性变形上，因此，定义ak为单位面积的冲击吸收功，并没有反映出冲击吸收功的实质。

目前，国际上通用以冲击功吸收Ak为冲断试样消耗的总功，只要试样符合标准，就不会出错，应用也方便。但是进一步研究发现，用Ak表示也存在问题，因为Ak值也不能完全代表试样断裂前所吸收的总功。冲断试样消耗的总功可分为两部分，其一消耗于试样的变形和断裂；其二消耗于试样掷出及机座本身振动。因此，所吸收的总功Ak为：Ak=试样断裂吸收的能量+试样掷出功+机座振动+…。由于一般情况下，后几项功很小，因此Ak作为试样断裂所吸收的能量误差很小，有足够精度。但对很脆的材料必须注意，不能用大能量摆锤进行试验，因为此时第一项较小，而后几项相对较大，因此会引起较大测量误差。

2.断裂韧度

断裂韧度是反映材料抵抗裂纹临界扩展的一种能力，它是材料固有的力学性能参数。大量的试验表明，它一方面取决于材料的成分、组织和结构等内在因素，另一方面又受到加载速率、温度和试样厚度（即应力状态）等外在条件的影响。

相对材料的其他力学性能来说，材料的断裂韧度是一个比较敏感的力学性能指标，它对于材料研究、应用、制造工艺的选择以及零部件的失效分析有重要的意义。

评价材料断裂韧度最常用的指标是临界应力强度因子K1c和裂纹张开位移COD。

1.临界应力强度因子K1c。按照应力强度因子的一般表达式，应力强度因子K1与裂纹尺寸的平方根及垂直于裂纹的应力成正比。当裂纹尺寸或应力增加时，K1随之增加。当K1达到某一临界值K1c时，裂纹处于临界状态，若K1再增加，裂纹将会失稳扩展。因此，裂纹失稳扩展的临界条件为：K1=K1c

式中K1c表示材料对裂纹扩展的抵抗能力，称为I型受力时的临界应力强度因子，又称为平面应变断裂韧度。K1c是在裂纹尖端平面应变条件下的裂纹扩展阻力。

在传统的强度计算中，强度指标σs和σb与塑性指标δ和φ之间是相互分割的，且塑性指标在强度计算中并不定量反映。而K1c既反映了材料的强度性能，又反映了材料的塑性性能。

断裂韧度K1c的测试方法可按照ASTM E399《金属材料平面应变断裂韧度标准试验方法》、GB/T4161《金属材料 平面应变断裂韧度K1c试验方法》方法和GB/T7732《金属板材表面裂纹断裂韧度K1c试验方法》进行。

2.裂纹张开位移COD。当裂纹尖端超过小范围屈服而进入大范围屈服时，以应力场的强弱来描述受力的大小已没有实际意义，因此断裂失稳扩展临界条件K1=K1c也失效了。在弹性断裂力学中，以裂纹张开位移法即COD法应用最广。研究表明，不同厚度试样在破坏时的临界张开位移基本相同。因此可用裂纹张开位移作为断裂判断依据参量。

采用裂纹张开位移法即COD法的断裂判据为：δ≤δc

式中：δ—外力所产生的裂纹张开位移，mmδc—裂纹张开位移临界值，与线弹性断裂力学中的断裂韧度K1c相似，它反映材料对裂纹开裂的抗力，mm。

四、结语

压力容器设计是一门知识量要求涵盖各个学科的复杂工种，任何知识的缺失都会对设计产品的质量产生影响从而对国家人品生活造成影响。以上简单对压力容器中材料最基本的力学性能及其指标进行了介绍。

参考文献

[1] 王从曾，材料性能学，北京：北京工业大学出版社，2001.

[2] 匡震邦等，材料的力学行为，北京：高等教育出版社，1998.

[3]李建国，压力容器设计的力学基础及其标准应用，北京：机械工业出版社，2004.

材料力学范文第5篇

关键词：压力容器;金属材料;性能指标

在科技发展的推动下，我国的各类设施都在不停的完善。压力容器在生活中有很多的用途，它的本体组成通常是筒体、端盖、法兰、加强圈、人孔及接管支座，除本体外，压力容器还需与安全装置、表计等共同使用。压力容器按用途分类一般课分为四类：化学反应的容器、换热容器、分离容器以及储存运输容器。在安全性能方面，压力容器有很多欠缺，因此，为避免压力容器可能造成的对工作人员、设备等的伤害，世界各国均设立了一些专门的安全监检机构，本文将对压力容器金属材料的各项指标进行探讨研究。

1压力容器金属材料的强度

1.1金属材料的屈服强度

金属材料的屈服强度是指金属材料在外力作用下发生变形时对变形抵抗的能力。对于屈服现象不严重的金属材料的屈服限度一般为0.2%，此限度被称为条件屈服强度。如果外力大于百分之零点二，会破坏材料的零件，并且不能再被修复，但如果外力小于屈服强度，金属材料可恢复原样。

1.2金属材料的抗拉强度

金属材料的抗拉强度是金属从均匀的塑形变形到局部的塑形变形的一个临界值，是金属材料在受到拉展时所能承受的最大的拉力，金属材料的抗拉强度的单位是MPa。金属材料在所受的拉伸力未超过所能承受的最大力时，它的变形在整体上呈现的是均匀的，但当所受拉伸力超过所能承受的最大力时，它的变形就变得局部化了。如果金属材料的材质是脆性的，它所呈现的就是次金属材料的抗断能力。

1.3金属材料的持久强度

金属材料的持久强度是指在一定的外界温度下受到一段时间的破坏时金属材料所能承受的最大外界力。金属材料的持久性能也被称为金属的持久（长期）极限。金属的持久强度是经过实验测定的，它的测定方法很简单，即在一定的温度下给材料一作用力，测定它的断裂时间。持久强度测定所得出的材料伸长率及金属材料断面的收缩率，可以得出在一定温度下金属材料的长期塑性，以测定金属材料的脆性。金属材料的持久塑性并不全都是在受力时间的增加下降低的，因此它没有特定的规律，其数值也就不能进行计算，也就没有具体的规定指标。

1.4金属材料的蠕变强度

金属材料的蠕变强度指的是材料在特定的温度下受到一作用力后产生的连续的微小变形。导致金属材料产生缓慢蠕变的作用力是蠕变应力，随着应变力的不断作用，缓慢的蠕变变形会逐渐积累，以至变形逐渐扩大，最终会使材料断开，金属材料的这一现象称为蠕变断裂，使之发生变形的作用力称为蜕变断裂应力。导致金属材料的蠕变现象的因素是温度和应力，它们的大小并不都是固定的，也存在变温和变力。蠕变强度也是需要进行实验测定的，它的实验原理与金属材料的持久极限相同，同样是在特定温度给予一作用力进行测定，但蠕变强度具有一定的规律，可用曲线加以表示。这一实验被称为静态蠕变试验。

2压力容器金属材料的塑性

2.1金属材料的延伸率

金属材料的延伸率是材料本身的性质与其所受到的外力无关，一般情况下金属材料的延伸率越高它的塑性就越强。塑性材料一般是指延伸率多余百分之五的金属材料,其余的称为脆性材料。金属材料的延伸率是检测其机械性能的指标之一，它能够更加真实准确的反应金属性能。金属材料的延伸率通常用δ5表示。

2.2金属材料的断面收缩率

断面收缩率与延伸率相同是反应金属材料的塑性的，且同样是其值越大，金属材料的塑性就越好。

2.3金属材料的冷弯性能

金属材料的冷弯性能是指在常温下材料所能承受的弯曲程度，通常用来度量常温下进行冷加工时材料的塑性强弱。金属材料的弯曲角度α越大代表其冷弯性能越好。

3金属材料的韧性

3.1金属材料的冲击韧性

冲击韧性是指金属材料对外界冲击的承受能力，一般是用冲击的韧性值及功表示，它们各自的单位为J/cm2和J。金属材料冲击韧性不受材料横截面的大小形状影响，它同样可用来表示金属材料变脆的倾向。

3.2金属材料的断裂韧性

金属材料的断裂韧性是指材料抵抗裂缝扩展的一种性能，也是材料所能承受脆性破坏程度的一个参数金属材料断裂韧性受到材料自身及外界环境的同时影响，它的测试方法通常是用弯曲试样法以及紧凑拉伸试样法，即在材料的中间造成一道裂纹，然后对其进行抗弯测试。

4结语

上述内容是对压力容器金属材料力学的基本介绍。由于在进行压力容器的制造过程中需要很多的知识及硬性指标，因此，它的设计过程十分复杂。在压力容器的使用过程中容易造成一些危害，所以，在其制造过程中要严格遵循各项指标。

参考文献：

[1]梁翰哲.液态金属冷却反应堆主容器密封特性分析[D].中国科学技术大学,2016.

[2]李文静.反应堆压力容器金属C形密封环数值模拟与实验研究[D].浙江工业大学,2016.

[3]邹君玉.石墨烯/纯铝复合材料的制备及其性能研究[D].哈尔滨工业大学,2015.

[4]赵忠龙.几种典型过渡金属氮化物的理论设计与性质研究[D].吉林大学,2015.

[5]汪卫兵.核电安全端异种金属焊接接头应力腐蚀开裂裂尖力学特征[D].西安科技大学,2015.

[6]杜永勤.实芯焊丝在有色金属容器制造中的应用[J].金属加工(热加工),2015,(08):28-31.

材料力学范文第6篇

关键词：材料力学 教学思考 应用型人才 材料类专业

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）12（c）-0236-01

材料类应用型本科人才的培养，既不能沿袭传统本科的教学模式，又不能只注重应用而削弱理论基础的教学。在人才培养的过程中，应突出理论教学和实践教学的相互渗透和融合，加强理论教学的应用性部分，把应用性环节渗透到理论教学全过程。培养具有宽厚的理论知识，突出的创新意识和应用能力的材料专业本科生。

材料力学是材料类专业的一门重要的专业基础课，其经典理论在现代工程和科学技术中一直被广泛使用。材料力学的教学内容和教材体系已相对成熟，在这个基础上，面对材料类专业学生，在短学时的情况下，如何激发学生学习兴趣，如何做到理论联系实际，如何培养学生的创新精神和应用能力？我们就这些问题对该课程的教学内容、教学方法等进行了一定的思考和改革。

1 优化教学内容

传统教学通常是按照杆件的四种基本变形：拉伸（压缩）、剪切、扭转和弯曲来组织的，而杆件的每一种基本变形又几乎都按照“截面法求内力，几何变形关系，物理关系，静力平衡关系，推导应力公式”的流程进行。这种按杆件的基本变形进行组织的多重循环教学体系，耗费学时，不适合短学时的教学安排；并且缺乏新意，学生容易学习疲劳，失去兴趣。

如果把教学内容进行归纳总结，直接从杆件组合受力的一般情况出发，按照结构材料需满足的三大基本要求，即强度要求、刚度要求和稳定性要求，来安排课时。教学内容可凝练为“内力分析，应力与强度计算，变形与刚度条件，压杆稳定性计算”这样一个主线。把各种变形条件下的共性问题（如内力、应力、应变等）集中讨论，有利于节约课时，突出共性，强化概念。

2 改革教学方法

传统的教学方法是老师在上面讲，学生在下面听。众所周知，理工科的课程性质本身就比较严谨，注重理论性和逻辑性。而材料力学教学内容中又包含很多公式推导、力学模型和数理方程等。如何让材料力学课程具有生动性、有趣性，激发学生的学习兴趣？我们在教学过程中发现，如果能在教学过程中做到理论联系实际，则学生有较高的学习热情。比如，在讲解梁的弯曲变形前，先让学生观察教室里的梁，给学生布置思考题，根据材料力学的知识讨论梁为什么是竖方向比横方向长，让学生自己去寻找答案，而不是一味的老师讲，学生听。又比如，在讲解压杆稳定的时候，可以先在课堂上做个小实验，将一张薄纸片竖着放在桌上，则纸片很可能站不稳；如果将纸片折一下，模拟角钢的形状，则发现纸片可以站稳，并且在上面放一本作业本都没问题；而如果把纸片卷成圆形，模拟圆形截面钢，则纸片的承受能力更强了。用这个小实验首先把学生的好奇心调动起来，然后再用材料力学的知识加以讨论和解释。这样既激发了学生的学习积极性，就加深了学生对知识的理解。

另外，在传统的板书基础上，辅以先进的教学工具也是使课堂生动有趣的方法之一。比如多媒体的应用。多媒体教学将文字、图片、声音和动画融为一体，可以营造图文并茂，有声有色的课堂气氛，一改传统的枯燥、抽象的语言教学。并且多媒体教学可以节省板书时间，有助于提高授课效率，对于短学时教学尤为合适。如果能把板书教学和多媒体教学有机的结合，则会起到事半功倍的效果。

3 探索新的实验项目

实验教学是理论教学的一个重要补充，是学生加深对课堂教学知识的理解，培养动手能力的重要途径。传统的材料力学实验主要以验证性实验为主，只要按照老师给的实验步骤操作就能得到预期的实验结果。这种只动手不动脑的实验模式无法激发学生的学习兴趣，也不符合应用型人才的培养目标。我们讲这种实验模式称为被动式的实验教学。如果将被动式的实验教学转变为主动探索、创新式的实验教学则不仅培养了学生的动手能力，而且激发了学生的创新精神。比如，4-5个学生一组，每组分配一个具体的小课题，开放实验室，让学生自己查文献，设计实验方案，完成实验，写结题报告。通过此类实验，锻炼学生主动的发现问题，分析问题，解决问题的能力。

另外，充分利用学院的计算机实验室可以开设一些材料力学的模拟实验，比如ANASYS软件在材料力学分析中的应用等。计算机在材料科学中的应用已非常普及，由于计算机模拟实验不需要昂贵的仪器和实验耗材，因此具有低成本、易实施的优点。经我们证实，加入模拟实验，也可以增加学生的学习兴趣，有助于进一步掌握书本知识。

4 结语

随着社会和科技的进步，传统的教学方式和教学体系已经不能适应时代的需要。根据特定的授课对象，我们将不断的就材料力学课程的教学内容、教学方式和实验项目等方面进行探索和改革，以期培养出材料类专业方面具有创新精神的应用型本科人才。

参考文献

[1] 刘鸿文，林建兴，曹曼玲.材料力学[M].北京：高等教育出版社，2011.

[2] 马崇武，车京兰.对材料力学教学改革的研究[J].高等理科教育，2004（6）.

材料力学范文第7篇

【关键词】独立学院 材料力学 教学改革

【基金项目】湖南省普通高等学校教学改革研究项目（湘教通[2013]223号）。

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2014）10-0240-02

独立学院由普通本科高校与社会力量合作创办的本科学历教育高等学校，它是我国高等教育改革与发展的一个重大举措，也是我国高等教育的重要补充。独立学院体现了高等教育和大众化阶段的需求，同时也适应了民办高等教育健康发展的需求。自2008年教育部关于《独立学院设置与管理办法》出台以来，独立学院便迅速发展，形成一定规模。湖南工程学院应用技术学院作为独立学院，其培养目标就是适应社会主义现代化建设需要，德、智、体、美全面发展，具有一定创新精神实践和能力的高素质应用型人才。我校土木工程专业作为特色专业，为社会培养出与市场对接的应用型专业人才。

材料力学作为重要的专业技术基础课程，对独立学院土木工程专业学生而言，材料力学是其用于解决工程实际问题中的必要工具，也是学习后续众多专业课程的重要基石。

一、材料力学课程教学内容体系

（一）课程设置。材料力学是一门专业基础课，先修高等数学、大学物理、理论力学等课程，一般在第三学期开设。它包括杆件受轴向拉伸与压缩、剪切、扭转、弯曲等基本变形的强度与刚度、强度理论与组合变形、压杆稳定等内容。该课程具有较强的理论性与实践性，是土木专业学生完成结构力学、钢结构设计等后续课程学习提供分析和计算的必修课程。

（二）课程体系。材料力学课程教学内容较多，每一章节都会出现新概念与计算公式。在学习完基本变形下的强度与刚度计算后，再引入构件组合变形下的内力计算、应力状态分析及强度计算。但是材料力学整个内容体系完整而有条理，脉络分明。教师应首先对本学科的知识结构和重点内容掌握透彻，对整个内容归纳总结，形成知识结构图。

二、教学现状分析

（一）学生群体。独立学院学生是较为特殊的群体，学习上大多数学生与母体学校相比文化基础相对较差，没有良好的学习习惯，专业基本知识储备还有待进一步提高。在心态上，很多学生是在相对优越的家庭环境下成长的，他们整体在学习和生活上的适应能力及自理和自我调控能力比较欠缺，自觉性差。在课堂表现上大多数学生在课前不预习、 课后不复习，上课注意力不集中，学习效果较差。且部分学生迟到、旷课，作业抄袭，因此其考试不及格率，补考与重修率都较高。

同时这些学生动手能力强，思维活跃开阔，见识较广，对社会认识相对较为深入，内在潜力大。多才多艺，有着表现自己和展示个人能力的欲望。大部分学生怀有要求进步的强烈愿望和不甘于人下的人生目标。但在“自主学习”的大学氛围里，容易放松学习，他们需要教师的时刻提醒以及严格要求和管理。

（二）教师群体。独立学院的学生学习基础较差，接受新知识能力较弱，但大多数独立学院授课教师及课程体系、采用教材和教法与母体学校基本相同。我们看到的现状是，教师采用满堂灌式的教学方法，教学手段、内容进度与母体学校完全一致，有的教师只满足于完成课堂教学，上课不点名，课堂纪律不约束，对课堂上睡觉、玩手机的学生不闻不问。因此面对独立学院和母体学校基础不尽相同的学生，我们采用相同的教学教育方法，则学生听得表情木然，提不出问题，教师的激励得不到响应，上课激情骤减，教学效果不理想。同时大多教师只注重传授知识，对教学和科研以外的工作不重视，平时很少与学生交流讨论。

三、课程教学设想

为培养出符合独立学院人才培养要求的合格人才，这给材料力学课程教学提出思考：我们该怎样在有限学时内圆满完成教学任务，怎样有效调动学生学习的积极性和主动性，怎样采取有效教学手段来切实提高教学质量和教学效率，怎样利用已有条件让学生扎实掌握课程基本理论知识并将理论应用到工程实际中去。结合多年来个人的力学课程教学经验和他人教学成果，对独立学院土木专业材料力学课程教学改革提出以下几点设想。

（一）讲好绪论与基本概念 。一个良好的开端是成功的一半。在绪论中，阐述材料力学的任务、发展概况、可变形固体性质、四种基本变形以及强度、刚度、稳定性等概念。根据不同专业，比如对于土木专业，可以以大型桥梁，大型建筑物的压杆为例，通过视频，图片等方式介绍强度、刚度和稳定性的概念，初步了解材料力学在工程中的实际应用，使学生第一次接触材料力学就能产生浓厚的学习与探究的兴趣，对后序章节内容便能轻松接受并解决。

（二）组织基于问题式的课程教学。材料力学需要讲授的内容较多，每章节都有新的概念与公式推导，比较抽象。材料力学是理论与实验并重的学科，教学中会辅之以实践性教学环节。而如今教学学时数压缩至56学时，为在规定教学时间内完成教学任务，教师往往采用满堂灌方法，教学方法单一且枯燥，教学资源不能充分利用，内容虽然是讲完了，但重点不突出，工程实例不能动手解决。

按照“实用有效”的原则，理论分析或公式推导的内容则可以少讲或弱化，而加强对理论的实际应用，如各种强度条件与强度理论在工程实际中的应用。基于问题式的教学在弯曲变形中的具体体现，可从房屋的房梁的力学模型出发，受到什么外力，产生怎样的基本变形，从而对梁的内力计算，应力计算，变形计算一一引出，并得到梁的强度与刚度条件，完成梁弯曲变形的教学内容。

（三）培养学生自主学习能力。现代教育提倡的是“授人以渔”，而不是“授人以鱼”。在教学中教师应时常鼓励学生勇于质疑，乐于思考。教师在教学中要给学生留有思索、探寻和自我解决的余地，要善于把教学内容与学生已有知识、经验间的矛盾作为突破口，启发学生去探究“为什么”，使学生脑子开动起来，让学生勤于思考，从而更加积极自主地投入到学习中。

以5-6人为一组，组织学生成立学习小组，互帮互助，以集体的力量影响个人。每一章讲完后，让他们及时复习，进行归纳小结。并将工程实例或生活小常识等具体问题让学生结合已学的材料力学知识去解释去思考，做成小报告形式。例如，为充分发挥材料潜力，拉伸与压缩性能相同的建筑钢等塑性材料制成的梁受弯曲为主的变形，工字形、正方形、矩形、圆形和环形等截面，哪些更为合理；同样是矩形截面，为什么竖放比横放合理；厂房建筑中常用鱼腹梁、阳台梁为什么采用变截面？而对受压杆件考虑其稳定性问题时，方形为什么比矩形截面合理？这些小思考让学生在自主学习中发现材料力学的乐趣，进一步提高学生对材料力学知识的掌握程度。

当然不同的章节可能学习方法不同，教师进行及时指导。比如基本变形构件的内力、应力和变形的计算，以多做题为主来熟练掌握应力和变形的计算公式。对于梁弯曲的位移计算，书中已列出简单载荷作用下梁的挠度和转角计算，有表可查，因而积分法这种复杂的计算可以少讲、少做。

（四）营造良好的学习氛围。良好的教学与学习氛围对教学活动的开展非常重要。在平时教学中，作为主讲教师要做到上课不迟到，不无故请假，为人师表，以身作则。公平对待每一名学生，尊重他们，不冷嘲热讽。对学习认真，表现良好的学生要多表扬和鼓励，而对于学习表现不佳的学生，应主动与其交流，帮助他建立正确的学习观和人生观。在教学中要遵循“学生是教育教学活动的主体”原则，以学生为中心，平时多关心他们，真正走进他们的内心。他们会因老师的言传身教而主动学习好材料力学课程。

独立学院学生在学习中缺乏自控力，他们需要教师来严格要求与严格管理。在课堂上，教师可以采用点名、随机提问多提要求，多让学生自己解决问题，掌握已学知识，逐步培养出学习该课程的兴趣。同时课余要加强师生间的沟通，以学生为主体，教师为主导，通过校级材料力学精品课程网站这样的网络平台实现师生间的资源共享与信息互动。

（五）改进成绩评价方法。在材料力学课程成绩评价上，宜采用整学期全过程考核方式。每一种基本变形或一个完整内容结束后进行小考，学生平时要上交学习与思考小结，结合平时作业情况、出勤率及课堂回答问题情况，评定学生的平时成绩；根据学生在材料力学实验前的预习报告、实验中的动手能力与实验后的报告撰写情况，评定学生的实验成绩；期末考试试题则重点考查基本概念及学生应用力学知识的能力。将平时成绩、期末考试成绩以及实验成绩一起来综合评定学生成绩。从而使考试真正成为进一步深化课程学习的重要教学环节，有助于学生把更多的精力放在所学知识的掌握和运用上，培养学生分析问题与解决问题的能力。

四、结语

常言道：教学有法，但无定法，贵在得法。独立学院土木工程专业教学方法有别于母体学校，在材料力学课程教学中，教师应以学生为主体，注意培养学生的创造性思维能力和自主学习能力，营造良好的学习氛围，激发他们的学习兴趣，培养出以理论、实践和能力相结合的具有工程素养的应用型人才。

参考文献：

[1]孙训方. 材料力学[M]. 北京：高等教育出版社，2009.

[2]康颖安，卿上乐，夏平. 基于“卓越工程师”培养的理论力学教学改革的思考[J].湖南工程学院学报（社会科学版），2011，21（1）1：102-104.

[3]夏平，陈莘莘，康颖安. 基于“卓越工程师”培养的工程力学教学改革研究[J].湖南工程学院学报（社会科学版），2012，22（4）：99-101.

[4]张旭光，王秀振，李莉，等. 独立学院土木专业材料力学课程实验教学研究与探讨[J]. 高等建筑教育，2013，22（5）：125-128.

[5]明葵，任晓琴，向娟等. 独立学院土木工程专业基础力学课程及教材建设探讨[J]. 高等建筑教育，2013，22（3）：55-57.

作者简介：

材料力学范文第8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.

③ 徐芝纶.弹性力学下册（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2006.

材料力学范文第9篇

关键词：材料力学；学习兴趣；比较法；归纳法；多媒体

作者简介：张扬（1977-），女，河南南阳人，南阳理工学院土木工程系，讲师，上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院博士研究生（上海

200240）。（河南?南阳?473004）李四平（1965-），男，河南焦作人，上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，副教授。（上海?200240）

中图分类号：G642.0?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）28-0059-02

“材料力学”是机械、土木等工科专业一门重要的专业基础课。该课程的任务是在满足强度、刚度和稳定性的要求下，为设计既经济又安全的构件提供必要的理论基础和计算方法。“材料力学”具有较强的理论性、应用性和实践性，与工程实际联系紧密，它为学生学习专业技术知识、分析和解决工程实际问题打下必要基础。

“材料力学”是新生入学后接触较早的联系工程实际的一门课程，其内容庞杂、公式繁多，学生学习时有一定的难度。随着高等教育教学改革的不断深入，“材料力学”的教学学时在总学时分配上呈下降趋势。为了帮助学生学好这门课程，适应21世纪对“厚基础、宽口径、强能力、高素质”创新人才的需求，达到理想的教学效果，在有限的学时内最大限度地提高教学效率和教学质量，是需要材料力学任课教师不断思考、研究和探索的问题。

一、根据专业特点，科学确定教学内容

“材料力学”的教学应首先根据专业特点，科学确定教学内容，做到与专业一致。以土木、机械专业为例，在土木工程中常用到受压和受弯构件（如柱、梁），受扭构件则较少用到，所以对于土木专业来说，构件基本变形部分应以轴向拉（压）和弯曲变形为教学重点。而在机械工程中受扭构件（如传动轴）也被大量应用，所以对于机械专业，轴向拉（压）、弯曲和扭转变形都要作为教学重点。又如，土木工程中的结构通常都是静不定结构，静不定结构的求解应作为土木专业的一个教学重点，需要反复举例演练，例题和作业最好也与专业一致。俗话说“隔行如隔山”，例题和作业与专业相关，不仅能够达到良好的教学效果，而且能够培养学生解决本专业工程实际问题的能力，为学生以后的工程实践打下基础，取得事半功倍的效果。

在“材料力学”的教学中应注意与其他专业课程的衔接，保持连贯统一，为后续课程的学习作好准备。例如，材料力学中规定正、负弯矩分别画在构件的上方和下方，同时要标明弯矩符号。而结构力学中规定弯矩画在构件受拉的一侧，无需标明弯矩正负。所以对于土木专业来说，为了能够尽早按照专业要求对学生进行技能训练，在讲到材料力学的弯矩图部分时，应引入结构力学中的相关规定，也提前为“材料力学”课程的学习打下基础。

随着新型材料研究的不断深入，复合材料在土木工程、交通运输等领域的应用越来越广泛。例如，美国阿兰公司不用钢、木、混凝土等传统建筑材料，全部使用复合材料四层玻璃钢建筑，不仅施工非常方便，而且工程造价比用传统建筑材料低20％，抗震性能好，经受8.5级地震后安然无恙，而类似的钢筋混凝土建筑早已倒塌。在“材料力学”教学中应结合专业介绍一些复合材料的应用实例，并对复合材料力学理论作简要介绍。这些介绍不仅能够使学生了解到专业现状及其发展趋势，同时能够吸引学生，调动学生的学习积极性。

二、加强感性认识，激发学生学习兴趣

孔子曾说过：“知之者不如好之者，好之者不如乐之者。”只有学生“好之”、“乐之”，才能有高涨的学习热情和强烈的求知欲望，才能充分发挥自身的主观能动性，以学为乐，积极主动地学习。可见，兴趣是学习的源动力。所以，在“材料力学”的教学中应注意理论联系实际，通过引入一些大家都很熟悉的典型实例，加强学生的感性认识，激发学生的学习兴趣。例如，可以举日常生活中“切割玻璃”的例子来讲解“应力集中”概念。又如，为了使学生更形象直观地了解梁横截面的应力分布，可以在课堂上用一根矩形截面的木梁做演示试验，事先在其上、下表面的正中位置各挖出一小块，当演示木梁弯曲时，上、下表面的两个小木块中的一个将脱落，而另一个将被挤压，从而可以让学生形象直观地认识到梁横截面上、下两部分的正应力方向相反，一个是拉应力，而另一个是压应力。

为了调节课堂气氛，激发学生的学习热情，在材料力学的教学中还可以引用一些大家比较熟悉的与结构破坏有关的事件。例如，豪华游轮泰坦尼克号的沉没灾难，哥伦比亚号航天飞机的失事灾难，重庆綦江“彩虹桥”倒塌事故等。举这样一些实例，不仅能够帮助学生理解材料力学的有关内容，而且将书本知识和现实生活有机联系在一起，使这门课程充满趣味性、实用性，能够起到激发学生兴趣和学习积极性的作用。

材料力学的发展是理论与试验的最好融合。理论研究离不开试验作基础，试验又反过来检验理论的正确性。试验教学不仅能够加深学生对理论的理解，激发学生的学习兴趣，而且能够培养学生解决实际问题的能力，提高学生的动手能力。在保证完成基本试验的前提下，要尽可能多地开展综合性试验和研究性试验，体现学生的试验主体地位，培养学生的实践动手能力，激发学生的学习热情。

三、综合运用多种教学方法和手段

为了达到较好的教学效果，在“材料力学”的教学中应综合运用多种教学方法和手段。“材料力学”的教学方法主要包括比较法、归纳法、启发式教学等。除了传统的“黑板+粉笔”教学手段外，随着信息技术的迅猛发展，多媒体教学已被广泛应用于材料力学的教学实践中。

1.比较法

材料力学范文第10篇

【关键词】材料力学；结构力学；融会贯通

0 前言

材料力学是许多工科专业的一门重要基础课，是一门为设计工程实际构件提供必要理论基础、理论与实验相结合的课程，主要研究杆件在拉、压、扭、弯等基本变形以及组合变形形式下构件的强度、刚度以及稳定性的计算，而且还为结构力学、混凝土结构等课程奠定良好的基础。

结构力学则是力学以及土木工程等专业的更为重要的专业基础课程，是一门为设计实际工程结构提供理论依据和计算数据的课程。材料力学和结构力学这两门课程在土木工程专业中占有非常重要的地位，同时又是该专业硕士研究生的考试课程之一，课程中许多地方有着几乎相似的知识体系内容，但又因研究的结构体系的复杂程度不同而有差异，若能将两门课程深入研究，在讲解结构力学课程的同时将两门课程知识内容相互渗透与融合，完成课程间的衔接过渡、交叉与融合，完成在学习新的知识内容的同时又能进一步理解原有基础知识的内容，实现两门课程的融会贯通，从而可以取得良好地教学效果。

1 材料力学与结构力学课程的不同与相似之处

材料力学主要研究简单构件的强度、刚度以及稳定性的计算原理和方法而结构力学则是研究复杂构件体系相同方面的计算，所以结构力学要研究结构的几何组成分析。

材料力学是基础课程，它为更多的不同工科专业奠定基础，如机械设计与制造、材料成型、机械电子工程、土木工程、化工机械、轨道交通等众多专业都以此课程为基础，因此该课程内容涉及范围广泛，变形杆件的变形复杂，相应的不同变形下的内力以及位移计算复杂，甚至包括各种组合变形形式下的内力和位移计算，虽然构件体系简单，但变形复杂多样。因此不同变形形式下的内力、应力以及位移计算各有不同。

结构力学是工科专业的专业基础课程，只有少数专业开设结构力学课程，如：土木工程、桥梁隧道、水工工程等专业，由于它更注重于大型复杂结构体系在弯曲、剪切、拉压这三种变形形式下的强度、刚度以及稳定性的计算，相对于材料力学，涉及到的变形简单，基本不涉及组合变形的计算，相应的计算弯曲、剪切、拉压变形形势下的内力以及位移的方法则更加具体灵活，相应的方法也更加简单多样，所以应用结构力学的方法来解决材料力学的某些弯曲及拉压问题则显得非常简单，特别是材料力学中由于弯曲或拉压引起的位移计算尤为简单。

2 材料力学课程与结构力学课程的相互融通

材料力学课程是结构力学课程的基础，尽管材料力学所提供的各种计算方法与结构力学的方法相比显得较为麻烦，但如果没有这些最基础的方法的奠定，后面的方法在学习的过程中理解起来会有一定的难度。如在材料力学中所提供的计算位移的方法虽然很多：（1）变形位移比较法；（2）实功方程法；（3）挠曲线微分方程法；（4）叠加法；（5）能量法的卡氏第二定理，虽然方法很多，但这些方法更具基础性，分析和计算都较为繁琐，有些还有一定的局限性。而在结构力学课程中由变形体系虚功原理的虚功方程导出的计算位移的单位荷载法，则无论是任何因素引起的位移也无论变形体系的变形在什么变形范围都可以解决。特别是应用单位荷载法莫尔积分的图乘法可以较为轻松的解决线弹性范围内荷载作用下的位移计算问题。不仅如此，各种广义荷载因素如：温度变化、基础沉陷、材料收缩、制造误差等众多因素引起的位移计算都变得非常简单。如果能够掌握结构力学中杆系结构的内力计算，那么解决单个杆件的内力那也将易如反掌。所以学习好结构力W对更好的理解和掌握材料力学的教学内容起到很好的促进作用。只要老师在讲解结构力学的同时，与材料力学的知识内容相互结合并比较，就可以完成两门课程知识内容上的融会贯通，这样不仅可以提高学生的学习兴趣，还可以充分理解以往所学材料力学课程的知识内容，使得两门课程的知识内容衔接自然流畅，完成材料力学和结构力学两门课程的完美结合，知识内容的融会贯通。

【参考文献】

[1]龙驭球，包世华，袁驷.结构力学Ⅰ――基本教程[M].3版.北京：高等教育出版社，2012.

[2]杨康，李家宝.结构力学[M].4版.北京：高等教育出版社，1998.