《工程力學》中材料力學教學方法的探討

葛群++++張秋芬

摘要：中國勞動社會保障出版社第五版的《工程力學》是全國中學職業技術學校機械類通用教材，也是理工科類學生中須掌握的一門基礎課理論課，全書內容分為兩篇。本人以第五章拉伸和壓縮為例探討材料力學的教學方法。

關鍵詞：工程力學 材料力學 變形 舉例

在材料力學的教學過程中主要研究構件能在載荷下的變形以及破壞規律，構件基本變形分為拉伸和壓縮，剪切和擠壓，扭轉，彎曲等四種。在這篇的教學過程中，以第五章最為重要，如果第五章的內容講透徹，學生理解掌握的比較牢固后面三章的學習就相對輕松容易。現以第五章為例，來談談我的教學方法。

一、拉伸和壓縮的力學模型

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

二、拉伸（壓縮）時橫截面的內力——軸力

在概念教學中，學生已經明白了構件在外力的作用下會發生變形，在學習本節內容之前，教師用透明塑料袋裝一把米，然后讓學生觀察并提問“在我用力捏袋子的同時，米粒與米粒之間有沒有力產生，有什么特點？”

通過學生的回答引入內力的概念。在外力作用下，構件內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。特點是：a：連續分布于截面各處。b：隨外力的變化而變化，并與構件的強度、剛度和穩定性等問題密切相關，在學生理解了內力概念的基礎上講授內力正負的判斷方法，讓學生明白正負僅代表方向。然后進行內力計算方法的教學：截面法，講解這個方法的試試一定要舉例。以例題講清楚每一步。

此題為例：先讓學生分析外力，A點的外力應該是多少？方向？解題的依據？

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

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

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

3.平衡：列出選取部分的靜力學平衡方程，確定未知內力的大小和方向，截面法計算內力非常重要，需要重點掌握，所以要多做幾個例題進行練習鞏固。讓學生通過多練習多講解，熟練掌握。

三、拉伸（壓縮）時橫截面上的應力與應變應力的概念

強調應力是衡量構件強度的指標，應力與內力的區別：應力是截面上一點處內力的聚集程度，反映一點處內力強弱程度的基本量一個構件會不會被破壞，是通過應力來衡量的。

應力的計算公式： 單位要強調，特別是單位的換算關系一定要向學生講解清楚，因為職業技工院校的學生大部分計算能力較差，看到計算的題目就望而生畏，講解清楚讓學生易于接觸。

四、拉伸和壓縮的強度條件及其應用

1.向學生講清楚，工作應力，極限應力，許用應力的概念，這個時候可以用工作的時間來舉例：實際的工作時間就是工作時間，危及生命的工作實際就是極限時間，為了保證人的生命安全，就要有允許的時間范圍，根據不同人的體質制定不同的安全系數。

2.強度條件這四個字要向學生講清楚

最大工作應力不得超過材料的許用應力的條件

在滿足這個條件的前提條件夏，可以有三個方面的應用

（1）強度校核：判斷構件是否安全，問學生，怎樣進行判斷，引導學生總結結論。

（2）選擇截面尺寸：A的取值如何確定？

（3）確定許可載荷：構件能承受的載荷？

通過多個例題的練習講解讓學生能靈活運用，在后三章的學習中，學生可以完全通過本次課的內容自主學習，自主總結。

參考文獻：

[1]鐘少華.工程力學[M].形式：中國勞動社會保障出版社，2011.

[2]王培興，李建.工程力學[M].機械工業出版社，2005.

（作者單位：常州交通技師學院）endprint