基于SOLIDWORKS軟件的工程力學(xué)教學(xué)改革嘗試

王悅勇 牛艷平 杜芳靜

摘? 要：工程力學(xué)是機(jī)械學(xué)科一門重要的基礎(chǔ)課程，在課程體系中起著關(guān)鍵的作用。但該課理論性強(qiáng)、公式多、理論抽象，在教學(xué)過程中會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)學(xué)生厭學(xué)，從而影響課堂教學(xué)質(zhì)量。因此，在教學(xué)過程中，結(jié)合應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標(biāo)，改變教學(xué)內(nèi)容及方法，探索新的教學(xué)方式，使學(xué)生們?nèi)谌胝n堂教學(xué)中，進(jìn)而提高教學(xué)質(zhì)量，使學(xué)生的專業(yè)知識(shí)和應(yīng)用能力全面提高。該文討論了一種在工程力學(xué)課堂中引入SOLIDWORKS的教學(xué)新方法。該方法倡導(dǎo)以理解理論知識(shí)為基礎(chǔ)，以直觀的仿真分析為手段，注重提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有助于培養(yǎng)學(xué)生的力學(xué)建模和分析解決實(shí)際工程問題的能力。

關(guān)鍵詞：SOLIDWORKS? 工程力學(xué)? 教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2020）06（a）-0245-02

《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》明確指出：“不斷優(yōu)化高等教育結(jié)構(gòu)，優(yōu)化學(xué)科專業(yè)、類型、層次結(jié)構(gòu)，促進(jìn)多學(xué)科交叉和融合。重點(diǎn)擴(kuò)大應(yīng)用型、復(fù)合型、技能型人才培養(yǎng)規(guī)模。”工程力學(xué)是一門面向機(jī)械、土木等眾多相關(guān)專業(yè)所開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，與實(shí)際工程聯(lián)系極為緊密。但該課理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)，而且難度較大，學(xué)生學(xué)習(xí)中容易產(chǎn)生厭學(xué)情緒，這就要求教師在教學(xué)過程中，改變教學(xué)方法和內(nèi)容，探索適用于應(yīng)用型教育的改革措施，使學(xué)生掌握必要的理論知識(shí)的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用力學(xué)知識(shí)去解決實(shí)際工程問題的能力。

該文以某一具體算例進(jìn)行分析，主要目的是使學(xué)生掌握傳統(tǒng)工程力學(xué)計(jì)算方法，掌握軟件仿真分析操作流程，掌握對(duì)零件強(qiáng)度校核的方法，培養(yǎng)學(xué)生“自主學(xué)、主動(dòng)手”的意識(shí)，鍛煉學(xué)生用所學(xué)專業(yè)知識(shí)，分析問題、解決問題的能力。

1? 引用例題

實(shí)際工程中，某機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件可以簡(jiǎn)化成圖示圓截面階梯桿，已知軸向載荷F1=20kN，F(xiàn)2=230kN;桿的直徑d1=14.5mm、d2=16mm;材料為普通碳鋼，屈服極限σs=220MPa，取安全因數(shù)ns=1.8，AB=BC=200mm，試校核該階梯桿的強(qiáng)度。

2? 理論計(jì)算

2.1 作軸力圖

把AB段用截面法從中間截開，可知：FAB=20kN。

把BC段用截面法從中間截開，可知：FBC=-210kN。

2.2 強(qiáng)度校核

故BC段強(qiáng)度不滿足要求。

3? 仿真分析

3.1 三維建模

首先打開soldworks 2018，然后點(diǎn)擊【文件】中的【新建】，創(chuàng)建拉壓_part文件并點(diǎn)擊確定，然后點(diǎn)擊【草圖】，選擇前視基準(zhǔn)面，然后創(chuàng)建一個(gè)直徑為14.5mm的圓，然后點(diǎn)擊【退出草圖】，之后點(diǎn)擊【特征】中的【拉伸凸臺(tái)】，拉伸長(zhǎng)度為200mm，完成AB段軸的繪制，然后選擇前視基準(zhǔn)面，然后同樣的方法創(chuàng)建一個(gè)直徑16mm的圓，然后點(diǎn)擊【拉伸凸臺(tái)】，拉伸長(zhǎng)度仍為200mm，方向反向，完成BC段軸的繪制。

3.2 Simulation仿真

點(diǎn)擊【Simulation】>【新算例】>【靜應(yīng)力分析】>【確定】。

右單擊【零件】>【應(yīng)用/編輯材料】>選【普通碳鋼】>【應(yīng)用】>【關(guān)閉】。

右單擊【網(wǎng)格】>【生成網(wǎng)格】>【確定】。

右單擊【夾具】>【固定幾何體】>選粗圓柱的底面，【確定】。

右單擊【外部載荷】>【力】>選細(xì)圓柱的外端面，力大小為20000N，【反向】>【確定】，同理在中間面，力大小為230000N【確定】。完成兩個(gè)外加載荷。

單擊【運(yùn)行】，得到材料應(yīng)力分析圖。

4? 理論計(jì)算與仿真結(jié)果對(duì)比分析

理論計(jì)算與仿真結(jié)果一致。

由于理論計(jì)算中：σ1=121.1MPa<[σ]=122.2MPa， σ2=1044.5MPa>[σ]=122.2MPa，與三維軟件繪制所做應(yīng)力檢測(cè)仿真值一樣，所以理論計(jì)算與仿真結(jié)果一致。

5? 結(jié)語

應(yīng)用型本科院校在應(yīng)用型人才培養(yǎng)過程中，通過以先進(jìn)的教學(xué)軟件為載體的方法，將多門課程融入實(shí)踐教學(xué)中去，進(jìn)行課程教學(xué)改革，有助于提高大學(xué)生學(xué)習(xí)積極性與創(chuàng)新能力、培養(yǎng)優(yōu)秀的技術(shù)型人才，同時(shí)增強(qiáng)了教師的科研能力和水平，提高了辦學(xué)層次。這對(duì)培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)和學(xué)校的發(fā)展都將發(fā)揮著重要而長(zhǎng)遠(yuǎn)的作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 辛鋒先，弓俊卿，伍曉紅，等.基于培養(yǎng)實(shí)踐能力的“工程力學(xué)”教學(xué)創(chuàng)新改革與實(shí)踐[J].科教文匯，2018（12）：58-60.

[2] 王靜，王瑾，崔巍.高校工程力學(xué)教學(xué)中實(shí)踐與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)分析[J].山東工業(yè)技術(shù)，2017（10）：278.

[3] 呂中亮，安培文，張海存，等.基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐[J].教育教學(xué)論壇，2018（6）：279-280.

[4] 張瑞華，陳賽克，周玉梅.“工程力學(xué)”在提升機(jī)械類專業(yè)大學(xué)生創(chuàng)新能力中的課程教學(xué)改革[J].科技資訊，2017，15（15）：142-143.

[5] 雷歌，孫文福.應(yīng)用型高校工程力學(xué)課程教學(xué)改革研究[J].中國(guó)輕工教育，2017（6）：55-58.

[6] 曹保衛(wèi).應(yīng)用型本科院校工程力學(xué)課堂教學(xué)改革與實(shí)踐[J].當(dāng)代教育實(shí)踐與教學(xué)研究，2017（9）：2095-6711.

[7] 谷俊斌，賈宏玉.ANSYS軟件在工程力學(xué)專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國(guó)冶金教育，2013（4）：9-11.

[8] 王艷春.有限元分析與《工程力學(xué)》課程教學(xué)融合的探索[J].青島科技大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2017，38（S1）：211-212.