时间：2022-04-17 05:13:36
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【摘 要】根据课程特点，结合教学实践，摸索出了一套行之有效的材料力学计算公式分类记忆方法，取得了良好的教学效果，学生的计算准确性和学习积极性均得到提高。
【关键词】材料力学；计算公式；分类记忆；教学效果
材料力学是针对我校机械类、材料类专业学生开设的一门理论性较强的技术基础课。由于课程内容复杂，计算公式繁多，多数学生在记忆上存在一定的难度，计算准确性和学习积极性受到影响，进而导致教学效果很不理想。因此，材料力学计算公式的记忆问题成为一个急需解决的主要问题。根据课程特点，结合教学实践，借鉴他校和他人教学改革思路[1-4]，摸索出了一套行之有效的材料力学计算公式分类记忆方法，取得了良好的教学效果。
经过观察不难发现，这几组公式的结构完全相同，都是分数的形式。如果记忆的是轴向拉伸和压缩的计算公式，那么后面的剪切、扭转和弯曲的计算公式可以记忆为：分子中的截面内力变换一下形式，分母中的截面参数和变形刚度也相应变换一下形式。
类似地，还有主应力、主应变和主惯性矩公式也可以用这样的替换方法来记忆。
通过分类记忆，就算再难的公式也会记住的。养成分类记忆的习惯，不仅有助于提高记忆力和观察力，还有助于提高想象力和创造力。
2 教学效果
在分类记忆方法的影响下，学生就能主动地记忆看似复杂、繁乱的材料力学计算公式了，课堂练习和课后作业的计算准确性就会相应地得到提高。在教师的正确引导下，学生学好材料力学的信心就会逐渐增强，学习积极性不断提高，从而体会到学习材料力学不再是一件很痛苦的事情，而是一件很快乐的事情。
2.1 提高了学生的计算准确性
以往学生对学习材料力学缺乏兴趣，原因之一就是计算公式没有记住。在教学过程中，经常有学生反映材料力学公式多，不好记，结果导致课堂练习和课后作业的计算准确性低。经调查发现，这种情况具有普遍性。这个问题如果解决不好，势必会影响教与学的效果。引入分类记忆方法后，公式记住了，学生的计算准确性自然就提高了。
2.2 提高了学生的学习积极性
以往学生对学好材料力学缺乏信心，原因之一就是辛勤付出没有回报。经常出现这种情况：虽然学生学习很努力，但是成绩不理想。分析原因，公式没记住，解题错误多，努力没收获，结果导致学生的自信心受到打击，学习积极性上不来。引入分类记忆方法后，公式记住了，成绩上去了，付出有回报，学生的学习积极性自然就提高了。
3 结束语
材料力学计算公式的分类记忆探索取得了一定的成效，现已获得校方和学生的认可。通过对材料力学计算公式的分析整理，进行分类记忆探索，进一步强化对知识的学习和掌握要求，不仅仅是能领会教材中的知识，而且能把获得的知识在头脑中记忆下来。只有这样，才能在作业、考试及以后的工作中灵活运用，也才算真正掌握了知识。因此，这种记忆方法值得进一步推广，以获得更好的教学效果。
【关键词】 材料力学；青年教师；思考
材料力学是工学学科中力学类、机械类、土木类、航空航天类等专业一门重要的专业基础课。在上述专业课程体系当中，按照授课时间排序，材料力学是第一门系统性讲解变形体（杆件）在外部载荷（以集中力、布力、集中力偶与温度为主）作用下形变与内部应力相关计算的课程，内容上完成了从质点、刚体到变形体的过渡，上承高等数学、理论力学，下启弹性力学、结构力学、岩土力学、机械设计等专业课程，是连接基础课与专业课的不可或缺的一环。目前，以建设世界一流大学和一流学科为目标，笔者所在的上海理工大学正实施“卓越工程师教育培养计划”，同时大力推进多个专业的工程教育专业认证。在这样的背景下，如何将材料力学这门由于内容相对经典且逻辑性强，而在部分学生眼中显得抽象枯燥的课程讲好，使得学生通过课程学习能够掌握材料力学中的思想方法及重要结论，并具备将其应用于解决实际工程问题的能力，是值得从事材料力学教学工作的青年教师思考的一个重大问题。下面，笔者结合工作实践谈几点自己的看法。
一、讲好绪论课
材料力学的绪论部分一般包括对本课程研究对象、研究内容、研究方法、基本概念、实际应用，以及历史沿袭、最新进展、未来趋势等的介绍。由于绪论并不涉及具体的公式推导与问题求解，容易被相当数量的习惯于应试导向性学习的学生贴上“内容空洞，学而无用”的标签，甚至一些授课教师也持有类似观点，以几句话将绪论匆匆带过，进入相对“言之有物”的后续内容。实际上，绪论的重要性并不亚于其他章节，一堂好的绪论课不但应当能够使学生对课程内容产生清晰的整体印象，还应起到拓宽其视野，激发其学习兴趣的目的。绪论课的作用就好比“藏宝图”加“指南针”，使学生在后续的学习过程中可以主动地按图索骥而不至迷失方向，最终获得“宝藏”――即解决问题的思想方法与需要掌握的知识点。
材料力学教材绪论部分所包含的知识点之间联系相对松散，不存在能够串起全部知识点的较长逻辑链，因而在讲课方面留给教师自由发挥的余地较大；但也正是由于无定式可循，讲好绪论课的难度甚至还要高出讲好具体理论课程的难度。为了使绪论课发挥其应有的作用，组织课程内容时不妨考虑以下几点：
1. 以现实生活中常见实例作为开头，以设问的形式引出材料力学的研究内容，即强度、刚度与稳定性的概念。如，由建筑地基不均匀沉降导致的墙体裂缝多与地面呈45°的现象，以及2012年8月24日发生的哈尔滨阳明滩大桥垮塌事故，引出强度的概念与重要性；由客机起飞时通过舷窗所观察到的机翼弯曲现象，以及1998年6月17日发生的因Ka-50直升机上下两副反向旋转的旋翼桨叶碰撞而导致的坠机事故为例，引出刚度的概念及重要性。
2. 以材料力学的发展史为主线，重点介绍做出过突出贡献的著名科学家及其工作，如伽利略、胡克、欧拉、拉格朗日、纳维等人，使学生在深入学习具体理论之前即对课程内容的背景及历史沿革有所了解，对课程产生更加立体的第一印象。与此同时，还应适当增加与中国古代材料力学成就相关的部分内容，如东汉末年经学家郑玄对于胡克定律的等价描述0，建于公元600年前后、世界现存第二古老的单孔敞肩圆弧石拱桥――赵州桥，以及建成于公元1056年、世界现存最高大的古代木构建筑――山西应县佛宫寺释迦塔等等。
3. 在讲解材料力学基本假设时，不但需强调其在理论推导方面的意义，同时还应从正反两个方面举例说明其适用范围，使学生对真实世界的复杂性与理论的局限性产生一定的感性认识，为将来进一步学习更高层次的课程做一铺垫。如，对于连续性假设，可指出只有物体所占据的空间内均充满物质不存在空隙，且物体变形后不发生重叠或开裂现象时，物体的变形及内力才能表示为物体内部每一个物质点的坐标的连续函数，便于利用数学分析的方法进行研究。尽管此假设在原子尺度上、甚至对于某些多孔材料在微米尺度上不再成立，但只要作为研究内容的材料的力学行为所发生的尺度远大于上述范围，则仍然可以应用此假设。如果物体的确包含宏观裂纹或类似缺陷，那么采用断裂力学的分析方法则更为适合。对于均匀性假设，可指出此假设意味着物体内部各物质点处均有相同的力学性能，所以材料属性可以是独立于物质点坐标的常数。尽管此假设对于金属材料在晶粒尺度上、对于某些包含颗粒或纤维组分的复合材料甚至在10 μm的尺度上不再成立，但在宏观尺度上仍可应用均匀性假设。对于各向同性假设，可指出其适用于大多数金属与高分子聚合物工程材料，但同时也存在大量不满足此假设的常见材料，典型如竹子、木材、连续纤维增强型复合材料单层板等。另外，还可举例说明宏观尺度上各向同性的材料在细观或介观尺度上并非各项同性。最后，应特别强调各向同性只是针对材料的弹性行为而言，并不包括强度，避免学生混淆概念。
二、优化课堂内容
现阶段我国高校中材料力学的教学进程大多沿著“直杆轴向拉压圆截面轴扭转直梁对称弯曲应力状态与强度理论组合变形”的主线展开，再附加压杆稳定与能量法有关内容；对于杆件的三种基本变形（拉压、扭转、弯曲），又多沿着“变形假设几何关系本构关系平衡条件应力公式变形公式”的顺序进行演绎推导。国内外多种教材的内容也基本按照上述思路编排或略加调整0-0。这种整体进程安排符合由浅入深、从易到难、循序渐进的一般教育原则，同时通过讲解杆件的三种基本变形问题，可加深学生对于材料力学中普遍采用的分析方法的理解与记忆。但是另一方面，这种传统安排的不足之处表现为教学内容重复性较大，且各部分之间的逻辑联系不够紧密，不利于学生在较短时间内掌握材料力学的核心内容0， 0，影响学习效率与积极性的提高。面对传统的教学进程安排、有限的课时（根据学生专业不同通常为64或48）与不断增长的对实际传授知识量的需求三者之间的矛盾，优化课堂内容显得十分必要。
1. 由于生活在信息时代、习惯于在若干目标间快速转移注意力的学生难以被包含较长逻辑链的数学推导过程长时间吸引，所以需要将传统的“连续式”教学过程变为“脉动式”教学过程，将每堂课所应覆盖的内容归纳划分为若干个知识点，每个知识点都包括设问形式的开头、具体内容讲解、为下一个知识点铺垫的结尾所构成。考虑到学生一般可持续集中注意力的最长时间约为10 分钟左右，每个知识点所需讲授时间在10～15 分钟左右为宜，这样一节时长45分钟的课程中即可安排3～4个知识点。
2. 对于杆件的基本变形，除按照现有教学顺序进行讲授之外，还可在每一种基本变形相关内容讲授完毕之后，沿“外力内力应力应变能量”的主线0重新演绎所学内容，使学生从不同角度观察分析问题，拓宽思路。在所有基本变形讲授完毕之后，应充分比较直杆在轴向拉压、扭转、弯曲时的分析方法与重要结论，并归纳提炼出共同特征，使学生从更高层次上整体理解与掌握课程内容。另外在不改变基本教学顺序的情况下，还可适量增加教材以外的内容，目的在于加强学生对于解决材料力学问题的一般方法的理解，不求艰深。例如，可利用推导直梁横力弯曲时平衡微分方程的微元法，推导直杆轴向拉压与圆截面轴扭转时的控制方程0，而后两者在现行教材中一般较少出现。
3.形形色色的有限元分析软件已经在工业界得到了大规模应用，而材料力学的知识又是掌握有限元软件使用方法的必要前提。为了培养学生的工程实践能力，同时加深对于材料力学所学内容的理解，可以在课程中增加有限元软件的简单介绍与实际操作模块，使学生具备利用ANSYS或者Abaqus解决简单材料力学问题的能力。
三、合理运用现代化教学手段
目前，以微软公司的PowerPoint（简称PPT）为代表的电子演示文稿已经成为各高校必不可少的多媒体教学手段。传统的以板书为主的教学模式中，授课教师需花费大量时间在黑板上写字绘图，期间背对学生，无法观察学生的反应，与学生的互动时间也会相应减少。而且板书的表现力有限，难以用生动的形式解释某些较难理解的概念。同时，以板书为主的教学模式要求授课教师对于在课堂上所要呈现的全部内容都烂熟于心，否则一旦记忆不牢，就有可能在面对空白的黑板时无从下手，致使教学效果大打折扣，而这也正是许多初上讲台的青年教师所要面对的问题。板书的弱项却是PPT的长项，若以PPT为主要教学手段，由于不用花费时间在黑板上写字绘图，授课教师可一直面对学生，便于师生互动，提高教学效率。另外，因为大部分讲授内容均已预先记录在PPT上，教师不用为偶尔忘记内容担心，实际上减轻了教师的负担。不过另一方面，PPT在展示数学推导过程方面也有自身的局限性，由于所有内容均为事先制作，缺乏根据需求临场改变的自由度，不便于教师根据学生的反馈而从多个角度解释部分推导过程。此外，较快的显示速度也不利于学生对于推导逻辑的理解消化，而高度集中的注意力也容易造成学生的疲劳。在这方面，板书的点显而易见，理论推导过程明晰，节奏适中，便于学生理解。因此，青年教师应合理结合传统板书与以PPT为代表的现代教学手段，利用自身熟悉多媒体素材与手段的优势，用大量可视化的内容解释材料力学中理论性较强、相对晦涩的概念；而在进行理论推导时，则依靠板书，详细讲解思路与每一步的依据，并结合学生的反馈，重复重点步骤，这样才能取得更好的教学效果。
智能手机是另一个可以利用的教学手段。尽管目前智能手机的滥用已经成为一个普遍存在的影响课堂教学效果的因素，但不可否认的是智能手机与互联网的结合的确大大加快了信息传播的速度，也大大方便了人与人之间的交流。正如大禹治水，堵不如疏，与其禁止学生在课堂上使用手机，不如引导其适度“正面”地使用手机或其他移动通信终端，使手机为提高课堂教学效果服务。
材料力学作为工学学科多个专业的一门重要的专业基础课，随着“卓越工程师教育培养计划”的实施与工程教育专业认证的推进，对这门经典力学课程的教学效果提出了更高的要求。作为从事材料力学教学工作的青年教师，在不改变现行教学体系的前提下，可充分发挥主观能动性与熟悉新兴教学方法与传播手段的优势，从讲好绪论课、优化课堂内容、合理运用现代化教学手段三个方面着手，精心打磨材料力学，使其在新形势下焕发生机，为培养适应时展要求的创新型工程技术人才作出自身的贡献。
摘要：本论文Y合我校实验教学的实际情况，同时借助于材料力学理论知识，自主设计并开发了材料力学虚拟实验系统。材料力学模拟实验系统是一个基于web平台开发，采用B/S模式三层架构，通过J2EE、SQL等技术开发而来的一款网站系统，通过网页接入服务器方式，在客户端网页进行虚拟的材料力学模拟实验，从而替代或补充在现实世界进行的真实材料力学实验教学活动。该论文将详细分析材料力学虚拟系统的各种需求和特性，以及所需的各类技术支持，剖析材料力学模拟实验系统内部的逻辑实现。
关键词：虚拟实验系统 web 材料力学
1 引言
随着计算机的发展，计算机已经在日常各类教学活动中扮演着无可替代的角色，计算机的高效和智能解决了教学生活中许多重大或者难以解决的问题。计算机网络也继承了这些特性，同时，计算机网络比起计算机软件又拥有着许多特有的优点，比如计算机网络可以做到实时更新与维护，而且比计算机软件占用更少的资源，开发难度也大大降低。
虚拟实验是以计算机技术为基础的虚拟技术。早起仅在模拟电路中被提出。比如著名的电路模拟软件Labview便是虚拟实验系统的典型案例。在结构和力学领域，国内外采用有限元软件、结构设计软件、以及部分建造软件进行实验，但是，这一类软件主要是以分析和设计为主，但是在功能上，操作的流程和实验的现象展示往往很难满足实验教学的需要。
力学实验教学一直是力学教学中一个必不可少的组成部分，但是随着力学科学的发展，以及力学学科内部划分的纷繁复杂，力学实验器材种类特别繁多复杂，而且作为教学器材，数目巨大，且频繁使用增加了器材的损耗，这无疑大量增加了教学费用的开支。
本课题利用计算机网络所具有的特性，通过计算机web的开发，利用计算机网络技术，制作了一款解决现实世界材料力学实验教学所面临的各类问题的虚拟实验系统，通过网页接入的方式，非常方便快捷高效的将现实世界材料力学实验教学移植于网络平台。将所有教学活动网络化，将使材料力学实验教学变得非常低廉、高效和可持续。
2 系统结构概述
材料力学虚拟实验系统开发分为以下几个阶段完成。第一个阶段由材料力学教研室完成典型的实验项目和内容，为进一步开发提供理论保障；第二阶段由学习材料力学的学生提实验操作的实际要求，操作的简易程度；第三阶段由开发人员根据教师和学生提出的实验要求进行开发和推广。材料力学虚拟实验教学系统的总体设计目标为：（1）对已有的教学实验内容和项目进行有效分析、整理和完善。特别对影像照片、力学图纸、力学使用说明和操作流程等技术资料进行归档，为后期开发提供素材；（2）利用计算机虚拟技术，在线模拟实验的全过程，再现不同测试方法和实验现象，将该技术应用于本科实验教学的各个环节；（3）利用大型虚拟设备，并借助于虚拟现实技术再现实验外的典型应用和操作流程，用于本科生入学，其他专业学生和实验人员开展相关活动。
本系统主体是web网站，采用了B/S模式下的三层架构的实现模式和 JavaEE及相关技术进行界面开发，采用SQL数据库管理技术对信息进行高效安全管理。系统主要由三大功能模块组成：学生界面模块：主题是在线模拟实验模块，同时包含在线交流答疑、公告广播接收等辅助功能。教师界面模块：主要提供模拟实验的更新、公告广播的、学生档案管理等功能。数据库模块：主要是对各类信息数据的管理。
3 系统的需求分析
在力学虚拟实验系统中，系统需求分析主要分为三块，一块是学生端实现，一块是教师端实现，另一块为数据库实现。
3.1 学生端
学生端主要为虚拟实验的实现。系统的虚拟实验模块，虽然包含多个物理实验模型，但其基本技术原理相同，受文章篇幅的限制，本文将以拉伸实验为例介绍虚拟实验模块的原理。
3.2 学生端登陆
学生若要使用本系统，必须拥有已注册于服务器的账号，如若没有则需通过注册向服务器录入学生个人信息。注册将会对注册信息进行必要的合法性检查，其利用本地的JavaScript，通过后才会将个人信息录入服务器数据库中。登陆完成后即可进入学生端界面。
3.3 虚拟实验
虚拟实验界面中包含“实验大纲”、“实验指导”、“仪器试件”、“虚拟实验”、“实验报告”、“留言答疑”以及“我的信息”等板块。“实验大纲”、“实验指导”界面为收录的本次实验的原理教学和实验流程，“仪器试件”则通过图片形式展示本次实验所用到的各类仪器。学生用户可以通过浏览这些分类板块了解本次实验的原理、流程、目的以及实验要求等信息，达到实验前的教学目的。当学生充分理解实验后，就可以正式开始“虚拟实验”环节，这也是本系统核心功能模块。
“虚拟实验”环节开始后，系统会通过前提JS，一些复杂的实验则通过后台servlet和 javaBean，依据具体实验随机生成一定合理范围内的实验数据，并通过request或session对象传递给jsp页面。当完成以上实验步骤后，学生用户即可将虚拟实验所得数据代入具体公式计算得出实验结果，至此整个“虚拟实验”环节结束。
3.4 报告提交
当学生完成整体虚拟实验后，即可将整个实验流程和所得数据结果整理成报告，并通过网络上传提交与服务器数据库中，以备教师调阅或者学生自己查阅。同时系统也提供在线答疑功能，学生可将实验步骤中难以理解的环节通过邮件形式发予任课教师进行咨询，回复也以邮件形式发回学生邮箱中。
3.5 教师端
教师使用此系统也需要进行账号注册以及信息的验证，验证过程同学生模块，注册完成后将信息收录数据库中。教师模块的权限要高于学生模块，教师模块拥有整个系统的控制权限，教师可以通过教师端界面管理整个系统的数据库。
3.5.1 报告管理
当学生将实验报告提交于服务器数据库之后，教师即可通过“报告管理”模块查询到所需要调阅的报告。查询功能采用模糊搜索方式，可以根据 “名称”、“起始时间”、“结束时间”等条件对数据库中的报告进行检索。教师拥有对报告数据库表的更新管理权限，可以随时删减数据库中的报告文件，并且教师可以上传报告模版文件，供学生下载使用。
3.5.2 成绩管理
通过“成绩管理”模块，教师可以在线打开学生提交于报告数据库中的文件。在打开后的报告界面会出现“评分”选项，教师可以通过审阅学生提交的报告对学生虚拟实验的完成情况进行等级评定工作。当评定完成之后，评定的结果信息会被储存于服务器数据库中，对不及格的报告，教师可在“报告管理”模块将其删除。学生可在收到评定结果为“不合格”的消息后再次进行模拟实验并重新提交报告，直至评定结果为“合格”为止。教师也可在评定结果后再次进行修改，更改评定的结果。
同时，教师也可在此模块中进行检索，搜索出所有“合格”或“不合格”的学生信息及报告，并通过相应模块做后续的管理操作。
4 结语
本文通过详细的介绍，描述了材料力学虚拟系统的组成结构及工作流程，阐述了材料力学虚拟系统的优越性，以及对现实物理实验所面临的问题的解决策略，材料力学模拟系统极大减少了现实物理实验的人力财力支出，是对现实物理实验的强大补充和替代。
摘 要 材料力学是力学及机械、土木等相关专业的基础学科，其主要任务是研究杆状材料的强度、刚度和稳定性。本文重点探讨材料力学在其他力学学科，包括弹性力学、板壳力学及振动力学等学科中的应用。此外，还介绍了材料力学在工程实际中的应用。这不仅能深刻阐明学习材料力学课程的意义，还通过实例及工程背景来加深学生的印象，提高教学效率。
关键词 材料力学 弹性力学 板壳力学 振动力学 工程应用
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。
摘 要 材料力学是工科类专业的一门重要技术基础课。本文从培养目标、教学内容、教学手段三方面出发对材料力学课程的教学改革进行了初步的探讨和思考，以期能够在今后的教学实践中培养出适合国家需要的多层次、多类别专业人才。
关键词 材料力学 教学内容 改革
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。
[摘 要]材料力学是工科高等院校十分重要的专业基础课，涉及机械工程、土木工程、石油工程等许多专业。针对工科高等院校材料力学实验课程，提出以学生为主体的启发式课程组织方法以及相应的保障措施，打破传统的材料力学实验教学模式，能使学生真正形成从“被动”向“主动”，再由“主动”到“创新”的转变。
[关键词]材料力学；学生主体；启发式；方法与措施
材料力学是工科高等院校十分重要的专业基础课，涉及机械工程、土木工程、石油工程等许多专业。该课程的本质是探寻不同类型材料对于各种外力的承受能力以及内部变化，从而进一步分析各种材料的强度、刚度和稳定性。因此，在课堂理论教学的基础上，它非常强调与之对应的各种材料力学性能实验。良好的实验教学过程，不仅能够提高学生对基本理论知识的掌握，而且能够激发学生的学习兴趣，培养其分析和创新能力。
一、材料力学实验课程现状分析
当前的材料力学实验教学效果不尽如人意，总体而言存在以下几个方面的问题。1.教学模式单一。目前，材料力学实验教学均采用传统的教学模式，即教师讲解实验原理及实验过程，之后学生分组进行实验，最后填写统一的实验报告，获取实验成绩。2.学生参与度和积极性不高。由于缺乏对材料力学实验教学的认识，学生普遍存在不重视实验的问题。由于材料力学实验均为分组实验，每组成员2～8人不等，因此部分学生在实验过程中完全依赖同组其他同学，有些对于实验原理都不甚了解。3.缺乏质疑能力和创新意识。当前，高校学生的学习具有很强的惰性，一味地接受书本和教师传授的知识。在实验过程中，学生不会对实验的原理或者方法展开自己独立的思考或者提出疑问，更不会在现有实验的基础上进行更深层次的研究和创新。
二、材料力学实验课程的改革方法
针对以上问题，本文就材料力学实验课程提出以下改革思路。
（一）从被动“填鸭”式向学生主体式转变
当前，课程教学改革大力倡导以学生为中心，培养学生的学习能力、质疑能力以及创新能力。同样，对于材料实验课程，也需要从传统的以教师为主的教学模式，向以学生为主体的教学模式转变。具体实施办法为：充分发挥学生在材料力学实验课程中的主体作用，由学生自行分析材料力学实验原理、参照大纲制定实验方案、分配实验任务、操作仪器设备、获取试验结果、撰写实验报告等。在这一系列过程中，教师的身份要由从前的“讲师”转变为“导师”，即在学生遇到问题时以参与者的身份负责答疑解惑。同时，为督促和提高每一位学生对实验的参与度和积极性，在实验完成后，教师针对每一小组各随机选取一名成员作为汇报人，对实验原理、方法和结果等以前完全由教师讲授的内容进行讲解，该名成员汇报的得分，将成为本小组最终的实验成绩。这样不仅能够有效地促进小组成员之间的沟通和学习，而且能够很好地避免部分学生的惰性和依赖性。
（二）从表格式的实验报告向小论文的转变
传统的材料力学实验报告形式单一，学生在完成实验后，只需将实验结果逐一填入设计好的表格中即可。这样的实验报告不仅会在很大程度上限制学生的分析思考能力，而且非常容易出现相互抄袭的现象。为此，若能将格式固定的表格式实验报告转变为小论文的形式，将会从根本上解决这一问题。在材料力学实验小论文中，学生需要简述该实验的实验原理、制定实验方案的依据、人员组织、具体实施情况、实验结果以及本次实验所存在问题等。教师对小论文的评分也应从单纯地重视实验结果，变成对以上各方面内容的综合评判。对于实验结果不理想的学生，若能在小论文中正确地分析其原因，并且找出切实可行的解决方法，同样能够获得较好的实验成绩。
（三）基础实验与开放实验相结合
在当前高等院校大力倡导提高学生创新意识的大环境下，材料力学实验教学应进一步向基础实验与开放实验相结合的方向发展，为学生提供一个良好的实践平台，从而提高学生的思考、创新以及实际工程应用能力。开放实验的题目，可通过三种渠道获取。1.学生自拟。通常由3～5名学生形成实验小组，根据材料力学课堂理论教学和基础实验内容，结合自己的学习兴趣，拟定相应的开放实验题目。实验教师为学生提供所需的实验条件和相关理论指导，使其实验内容能够顺利实施。2.教师提供。以学生未来的职业和专业为导向，教师为学生提供2～3个开放实验题目供学生进行选择。例如，材料力学中的直梁弯曲正应力实验，其原理是直梁弯曲时，其表面粘贴的应变片产生电阻变化，由应变仪将信号放大并显示其应变情况。虽然学生在实验仪器准备充分的情况下，大都能够顺利地完成实验，但是很少有学生能够亲自动手粘贴应变片或者搭接电桥线路。因此，教师可以在此实验的基础上，提供相应的开放实验题目，给学生提供深入学习和实践的机会。3.研究生科研项目带动。工科高校研究生在完成科研项目时，通常需要进行相关的实验。例如，研究生利用力学实验室材料试验机进行PDC复合片压缩实验。在其实验过程中，可带领1～2名本科生开展相关实验工作。这样，不仅能够提高本科生的学习兴趣，培养其应用及创新的能力，而且能够为他们今后的学习或者研究工作奠定基础。
三、材料力学实验课程改革的保障措施
为了保证以上材料力学实验课程改革的顺利实施，需要做好相应的保障工作，具体而言包括以下方面。
（一）实验教师能力的提升
新的材料力学实验课程组织方法，突破了传统的教学模式，必然会为实验教师带来更多的挑战。实验教师自身的能力和素质，很大程度上决定了材料力学课程改革的效果。传统的材料力学实验教师只需根实验大纲和指导书按部就班地指导学生进行相应实验。然而改革后，实验教师更多的是扮演“导师”的角色，参与学生的实验，为其提供指导和帮助。这样，势必要求实验教师具有更深更广的专业基础知识，以及辅导各类型实验的综合能力。为此，对于现有材料力学实验教师而言，应当不断充实自己。对于学校来说，应当吸引更多有能力的优秀人才从事材料力学实验教学工作，并且提供有利的条件，加强其与其他开设相关课程的高校之间的交流和学习，让实验教师“走出去”，把好的思路和想法“引进来”。
（二）实验设备条件的保障
加强现有设备的维护和保养，并在此基础上，增加新的仪器、设备的投入。目前一些学校的材料力学实验设备，如静态应变仪、扭转试验机的年代都相对比较久远，已无法完全满足新的材料力学实验课程的需要。因此，对于有条件的学校，可购置一批先进的实验设备，以保证课程改革的需求。同时，在新的材料力学课程组织模式下，应把基础实验与开放实验相结合，各类型实验设备和实验室之间需要进一步加强协调与配合，制定相应的管理制度，这样才能保证材料力学实验课程改革的顺利开展。
（三）给予学生创新实践学分激励
在材料力学实验课程改革中，学生的主体地位，学生的积极性、主动性和创造性直接影响着新的实验课程的实施程度。只有充分调动学生的学习热情和积极性，才能从真正意义上打破传统教学模式，提高材料力学的实验教学水平。然而，当前大学生学习具有很强的惰性，只要与学分无关的事情就不愿意去做。作为学校，恰好可以利用学生的这一特点，采用创新实践学分激励的办法，对于材料力学基础实验后，成功完成相应开放实验的学生，给予额外的学分奖励，由此推动材料力学实验课程改革的顺利进行。
四、结语
打破常规实验教学模式，充分发挥学生的主体作用，提高学生的学习兴趣、培养学生的创新能力，是以学生为主导的启发式材料力学实验课程改革的关键。同时，需要从实验教师、实验O备等方面为改革的实施提供保障。本文所提出的材料力学实验课程改革方法，也能为其他相关实验课程的改革提供参考和思路。
【摘 要】本文通过材料力学和结构力学两门课程的对比，已完成教学上两门课程的融会贯通。
【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。
【摘 要】材料力学作为土木工程及机电工程系学生重要的专业基础课程之一，其在基础力学教学中有着非常重要的位置，这部分内容学习的特点是需要记忆的知识点比较多比较散，学生记忆掌握起来比较困难，很多学生往往是课程开始兴趣十足，学到一半却兴趣尽失。那么如何在讲课中避免这种现象发生呢？本文从对比法在材力研究的问题、方法、公式及有关规律等几个方面的应用举例出发，阐述了对比法在材料力学教学中的重要性。
【关键词】材料力学；教学方法；对比法；应用举例
材料力学作为土木工程及机电工程系学生重要的专业基础课程之一，其在基础力学教学中有着非常重要的位置，这部分内容学习的特点是需要记忆的知识点比较多比较散，学生记忆掌握起来比较困难，因此，这部分内容对学生而言学习起来感觉比较头疼，往往是课程开始兴趣十足，学到一半却兴趣尽失。那么如何在讲课中避免这种现象发生呢？讲课中多采用对比法不失为一种行之有效的方法。
1 从材料力学中研究的问题上对比
材料力学主要研究地是件在各种基本变形及组合变形情况下的强度、刚度及稳定性计算问题，而研究强度、刚度及稳定性问题都从外力入手，然后研究其构件内部受力及内力图，进而进一步研究应力、变形及相应的强度刚度和稳定性条件，进行必要的强度、刚度和稳定性计算。从这些研究内容上看，每种变形研究地问题都是相同的，但是因为多数教材体系分章是以变形形式为主线进行的分章，从而使研究的问题相同这一特点变得不再明显，也即人为造成学生第一知觉是材料力学的内容比较多，知识点比较散。如果教师在讲完绪论后，讲授具体问题之前，能把研究的问题做个比较说明，那么学生就会对所要学习的能容有个比较清晰的认识，就会在教学过程中始终让学生感觉到材料力学的内容是形散神不散，从而达到学起来事半功倍的比较好的教学效果。
2 从研究方法上对比
首先，从大的方面看，强度计算和刚度计算方法是类似的，即强度计算和刚度计算都是从外力、内力计算、应力和变形计算入手，然后用工作应力和杆件变形量与各自许用值作比较建立一个不等式的强度和刚度条件，进而解决三种类似的问题，即强度和刚度校核问题，设计截面问题和确定许可载荷问题，所不同的只是强度条件与刚度条件中描述应力与描述变形的量所用的记号不同，计算公式不同，所以讲课时如能对这两部分的内容做个简单的比较说明则同样也可达到事半功倍的效果。
其次，从具体内力计算方法、正负规定、内力图作法和应力公式推导方法上看，各种变形下的内力计算基本方法都相同都是截面法，但截面法不是最好的方法，因此，在其基础上又总结出规律法，如求指定截面上的轴力、剪力和弯矩的规律法，规律法的具体规律虽各不相同，但规律的基本骨架基本相同，而各种内力的正负规定内力图的规定方法也都相同，即正负都是从微段变形情况出发规定各种内力正负，内力图都是平行杆轴的坐标表示界面位置，垂直杆轴的坐标表示内力，正的内力在位置坐标上负的在下（土木工程的弯矩正负规定除外）。除此以外，各种变形的应力公式推导方法也是相同的，即都是从观察试验入手，然后提出假设，再综合其变形几何关系、物力关系和静力学关系推导出具体公式，而且这种方法不仅仅是推导应力的专属，在求解超静定问题时同样是结合这三个方面进行的推导计算，所以由此可见，在材力教学中采用对方法的重要性。
3 公式和规律方面的对比
材力中除了研究问题和研究方法有相同之外，各种基本变形的应力公式、各种基本变形的变形公式及变形能公式及强度条件和刚度条件也都有着相似性，除此以外求各种内力的规律也是相似的，如果在讲课中能加以比较，使学生在比较中去记忆势必使记忆变的容易，这不仅可以避免记混淆，而且还可以起到温故知新、加深理解的目的从而也能达到事半功倍的教学效果。
综上所述，在材料力学教学中应用对比法不仅可以使研究问题和相关知识点变的清晰，让学生感觉到其形散神不散，也能让大量的公式和规律记忆起来不易混淆，使学习变的更容易，从而避免学生因内容繁杂、枯燥、难记而丧失浓厚的学习兴趣，激发学生自主学习热情，进而收到事半功倍的教学效果。
摘 要：伴随着近些年大型水利工程建设各种失败案例的发生，人们越来越清楚的认识到材料力学和水利水电工程中的重要作用，无论是水平水电工程强度的合格与否，或者是怎样选择更合适的材料，材料力学都提供了有效解决措施。本文从材料力学的应用原理入手，详细探讨了材料力学在水电工程中的实际应用情况，通过本文的研究，更好的表明了材料力学在水利水电工程中发挥的重要作用。
关键词：材料力学；水利水电工程；应用
在科学技术日渐发展的时代背景下，人们越来越重视管理的进步和科学技术的创新，在水利水电工程中也是如此。材料力学主要探索的是材料在外力条件下发生应变、应力、强度的变化以及对材料造成的破坏极限等，其被广泛的应用于生活的方方面面。无论是机械中的结构，还是生活中的食品包装，所有的物件都必须要满足其应有的强度、刚度以及稳定性，才能够真正的做到安全，可见材料力学的重要作用。那么，现将材料力学应用于水利水电工程中，能够有效的将水工建筑安全性和稳定性问题解决。
1 材料力学的应用原理
从力学材料变形的原理看，其结构为：R-S≥0，其中，S代表的是结构作用的效应量，R代表的是抗力。在具体应用中，除了要对一系列在和工况以及不利载荷组合条件下的变形进行计算之外，还需要构建变形和强度以及稳定性之间的函数式子。通过材料力学法，能够把不同载荷情形下的各个截面的压应力以及截面中心点的变形等等计算出来[1]。值得注意的是，由于在水利水电工程中，抗力R是有特别规定的，所以，在计算效应量S之后，便能够知道设计的合理与否。
2 材料力学在水利水电工程中的应用
2.1 材料力学在混凝土变形中得应用
首先，混凝土在绝对湿度以及恒温条件下，受到水化作用的影响而造成体积的变形，这种变形我们称之为自身体积的变形。它实际上是和水泥的用量、水泥的类型以及掺用混合料等有着直接联系的。膨胀性的自身体积变形，在混凝土结构降温时，对拉应力会产生补偿作用。从宏观层面看，自身提及的变形应该是比较均匀的，因而，它对由于室内外存在夭疃造成的温度应力是没有补偿作用的。
其次，混凝土的干湿变形。混凝土如果没有了水分的保证，便会产生收缩作用，而一旦吸入水分，则又会产生膨胀，而我们知道，在干湿度作用下造成的体积的变化便是我们所说的干湿变形，混凝土的内部温度状态会对环境的温度和导湿性等造成巨大的影响[2]。
再者，混凝土的温度变形，如果没有任何的约束，直接在温度变化作用下产生变形，则为自由温度变形，则怀中变形的公式是：。其中α所表示的是热膨胀的系数，它会对温度应力的数值产生直接的影响，所以，它是一个关键性的参数，不容忽视。
最后，混凝土的弹性变形，如果处于单向受力条件之下，它的应力以及应变之间会遵循这样的规律：，其中，E代表的是弹性模量。按照这样的规律，可以知道，如果应力不变，应变也随之不发生改变，但在现实情况中，却并不是这样。相关的研究也证明了应力不变的情况下，混凝土的应变会随着时间的增加而不断增加，这种现象我们称之为混凝土的徐变。
2.2 材料力学在混凝土实际应力计算中的应用
假设θ规定从x轴到外法线n上的逆时针转向的方位角θ是正向。那么，通过公示，我们可以得到：
从而，可以得出最大主应力以及最小主应力，其公式为：
那么，最大剪应力的公式为：
2.3 材料力学在建筑材料选择中的应用
2.3.1 预应力混凝土
预应力混凝土的结构主要指在结构承受到负荷之前，事先对它加压，使其在外荷作用的这一过程中，受到拉区混凝土内，从而形成压应力，以压应力将外载荷出现的拉应力抵消，当然，这一过程，必须要保证结构在使用的过程中，没有裂缝产生。
2.3.2 水利水电工程的构造设计
水利水电工程工件的构造设计中，材料力学主要是把固体作为研究对象，研究的内容则是构建受到拉力、剪力以及弯曲力等作用时，材料力学的性能。当然，对于不同的材料，其在这些外力作用下的材料力学性能也是各不相同的，所以，按照不同的力学性能，进行构件材料的选择就显得十分重要了。
首先，拉力，在受到拉力作用之下，构件的材料选择需要对构件内不由于拉压存在而造成的反向应力进行充分的考虑。钢材以其良好的抗拉压能力而成为了比较好的建筑材料。实际上，很多单一的材料或多或少都会体现出抗拉压的特点，如果将一系列具有不同性能的材料，通过复合作用混合在一起，从而使其变成力学性能好、物理化学性能优的复合材料。
其次，剪力以及弯曲变形力。当构建在弯曲变形力之下，会产生拉压应力，在扭曲变形和剪切作用之下，构件的横截面会产生剪应力，但是，两者之间是存在着巨大不同的。在剪力作用之下，构件的断面是不会有相对错动产生的，同时构件的表现局部会有应压力，因而在工作状态下，建筑的构建会发生扭转变形，这样一来，无论是构件的强度，还是刚度，都会被大大削弱，所以，在设计阶段，就应该尽量减少扭曲变形的出现，如果有可能，应该完全避免扭曲变形的产生。
综上所述，水利水电工程项目是一项重要的工程，它和我国的民生息息相关，是一项利国利民的特殊工程，所以，必须要对其引起足够的重视。而在科技日益进步的时代背景下，对材料力学的研究也将日渐深入，在今后的探索实践中，必然会涉及出安全性、可靠性更好，性能更好的水利工程，带动我国经济的更进一步发展。
摘要：建筑专业材料力学是重要的专业基础课程，是解决工程实际问题的前提，可是传统的教学模式及方法不能够很好地调动学生的积极性和创造性。针对这一突出问题，本文借助已有力学实验设备，利用各类不同构件让学生自由组合成不同结构案例来测定其在荷载组合作用下各杆件的力学性能，这样不仅能够让学生掌握材料力学的特性及实验方法，而且还能更好地培养学生的技能和创新意识与能力，以适应新时期大学生培养的要求和目的。
关键词：建筑力学；教学模式；结构案例；力学特性
一、前言
目前，大多数高校在进行材料力学课程教学环节中所采取的主要方式还是“教师在讲台讲授、学生在下面听课”的模式，有条件的高校还会以实验教学环节作为必要的补充，二者是相辅相成互为补充的。但这种教学方式和方法缺乏科学性，难以调动学生求知的积极性和创造性。特别是有时在实验过程中，有的实验项目学生往往不能人人亲自动手，甚至有的人只能演示实验后记下实验报告中所要求记录的数据。这样一来容易使得学生产生依赖性，对在实验过程中出现的其他实验现象和数据不记录分析，更不会总结和提问。这样就严重束缚了学生的自主性，阻碍了学生大胆探索和勇于创新的能力。
二、建筑力学结构案例法
所谓案例（case）也被称作实例，是来源于生产实践的。案例教学法是将生产实践中的实际工程实例为基础，将之应用在课堂教学中的一种教学方法。案例本质上就是提出一种决策的两难情境，没有特定的解决之道。在教学中，教师扮演着设计者和激励者的角色，鼓励学生积极参与讨论，而不是像传统教学模式传授教学法那样，教师扮演着传授知识者的角色，这样才能使教学变得更加生动和有趣[1，2]。而所谓材料力学结构案例法，其实质就是通过学生自己动手、自由组装来确定合理的结构模型形式，并且要求该结构模型必须要涵盖所要实现的实验教学内容和环节，从而使学生能够应用所学过的力学课程知识，达到自己设计结构形式、实验内容，已改以往被动接受学习的模式为主动求学的模式，这是传统力学教学模式改革的一种尝试。
培养创造型人才，大学生的创新能力是当下高等教育的首要任务，而创新型人才的健康成长则需要实实在在的创新实践。特别是对于建筑专业的学生而言，学生的创新灵感和智慧不会从书本和教师那里直接学到，教师通过对有工程意义和背景的实际案例来积累和探索实践过程，从点滴收获中逐渐领悟和感悟出来[3]。通过甄选适合本专业学生特点和教育要求的案例，展现创新实践的魅力，就能让学生们在探索实践中体验到研究的快乐，激发出无限创新的欲望[4]。因此，将材料结构案例教学法应用于建筑专业的材料力学教学环境中，可以改变传统的教学模式，激发学生的求知欲，提高材料力学课程的教学质量，从而最大限度地发挥学生的创造潜能，培养学生的创新能力和想象空间。通过自主学习、独立思考、创新思维、营造崇尚真知、追求真理的氛围，使学生能够综合应用所学的力学理论和知识，提高分析问题和解决问题的能力。加强理论与实践相结合，对提高学生的材料力学整体教学效果具有深远意义。材料力学结构案例教学法则是培养学生创新精神和实践能力的一个有效途径。
三、建筑结构案例分析
建筑专业材料力学课程是重要的专业基础课程是解决工程实际问题的前提，还涉及到与实践教学环节相互配合、相互补充。因其主干课程地位，实验教学的任务就不只是巩固理论知识，了解掌握力学检测技术和手段的问题，还应在力学理论的深化、运用、工程问题的认识等方面有所要求。而加强实践教学，提高创新能力，是高校人才培养模式改革的重点和难点。材料力学实验教学是涉及面较大的理工科专业的重要基础实践教学环节，加强和改进这一环节对巩固力学概念、加深理论认识、了解力学检测方法与检测技术、增强力学分析意识、提高力学分析能力具有重要意义。
1.传统材料力学实验教学。按照现行材料力学及其实验教学大纲中的要求，其主要包括金属材料的拉伸实验、弹性模量实验及电测试验等。传统的授课方式是在教师讲述完实验原理及方法后，让学生以小组为单位按照所讲述的实验步骤重复模仿进行实验，所得的实验结果基本相近，实验所写报告形式统一。这样讲授的好处在于学生只要按照固定的实验步骤进行操作就不会出现问题，结果不会有太大偏差；而不好之处在于学生无需认真动脑去思考，只要按照教师的要求去做就可以，对结果不会去追究其“怎么得到的”、“为什么会得到”。学生完全是一种“填鸭式”的被动受学模式，从而磨灭了学生的求知欲、探索精神和主观能动性，何谈学生的创新精神和创造性，因此有必要对这种教学方法进行改革。
2.材料力学案例分析。减少验证性、演示性实验，增加综合性、设计性实验是实验教学改革的重要方向。同样是上述的实验项目，如果能够选取一系列合理的建筑结构模型案例形式，使其涵盖所要求的实验内容。这样，学生通过自己设计、思考来组合不同的结构模型，而后通过不同的加载方式、不同的加载点和不同级别的载荷可以得到无穷的实验结果，这样极大地调动了学生的热情和积极性、造性和求知欲，改变其被动学习为主动学习。这种模式的好处还在于即使是同一种结构、同一种加载方法，其所得的结果也是不一样的，从而可以避免和杜绝学生的抄袭现象，使理论和实践得到统一。具体表现在：（1）能够组合搭接出多种结构构型，具有真正的设计功能；（2）各种构型具有实际的工程意义；（3）组合构件尽可能简单，组合搭接与拆解方便；（4）加载与测量方便，投入成本低。
本研究以秦皇岛协力科技有限公司研制的新型XL3418T系列材料力学多功能实验台为基础来进行研究。上课时将之稍加变动，即可进行教学大纲规定内容的多项实验，在保留了原有的基础实验上增加了由多根杆件搭接的桁架结构，横向压杆和组合梁组合的框架结构，桁架可任意组合拆卸。学生可以利用学过的理论力学和材料力学知识，根据自己的认识实践自行设计喜欢的结构类型，并根据不同阶段的实验教学目的设置加载方式，以实现拉伸、弹性模量、应变片的粘贴、弯曲正应力的测定等一系列实验。这样可以充分调动学生的积极性和创造性，实现变被动学习为主动学习，“从学未知”到“求未知”的转变。
学生根据事先设计好的桁架模型在实验台上进行组合，同时配上静态电阻应变仪、数据采集系统等实验设备便可实现对加载的整个过程实时采集和处理。这种实验装置和教学模式不适用于进行破坏性实验项目的研究及教学工作。
四、结论
培养创新能力既是培养适应社会需求的高质量人才的必然要求，也是一种全新的教育思想和理念，应该从那种单纯书院式的课堂教学方式中走出来，更多地和实践与工程相结合，让学生在“干”中“学”、在“学”中“干”。理论课教师没有必要讲得很系统、很完备，可以留下一些空间让学生自己去体验，适当地拿出部分学时给实验课无损理论课教学。
案例教学为学生提供了一个近乎真实的场景，缩短了教学与实践之间的距离。其成功之处在于教学内容针对性强、接近实践，缩小了学校培养目标与社会职业素质需求的距离，抓住了职业素质中最本质的因素。案例教学着眼于学生创造能力和分析问题、解决问题能力的发展。以教师为主导、以学生为主体的案例教学在不断循环中完成知识的更新或创新。加强案例教学的研究，对于创新人才的培养将具有重要的作用。
摘 要：ANSYS软件是材料力学中常用的基础性软件，同时也是世界上应用最为广泛的应用程序。在教学中应用ANSYS软件，可以凭借其自身强大的分析功能，将图形形象的显示出来，让学生对相关知识原理及现象有直观的了解，加深学生对知识的理解程度。本文就ANSYS软件在材料力学中的应用作简要阐述。
关键词：ANSYS软件；材料力学；应用研究
作为一款有源分析软件，ANSYS将多学科知识融于一体，包含了结构，电磁，流体，声学以及热等领域。在应用方面则涉及到了造船、生物、轻工、水利、能源等科学研究领域。通过软件应用方面可以看出，在相关领域知识学习具有一定的难度，如果单纯依靠教师用传统方式进行教授，在教学效果方面一定是差强人意。ANSYS软件应用其中，则可以起到一定的辅助作用，教学工作可以达到事半功倍的效果，学生学习质量也有了一定的保证。
1 材料力学教学现状及内容
（一）教学现状
材料力学科目自身的特点在于具有一定的抽象性，导致理论知识理解方面存在一定难度。教学工作安排不合理，教学时间没有从学生的理解能力以及应用能力方面考虑，学生没有充足的学习时间，教师在教学过程中为了在有效时间内完成相应的教学任务，在教学的方法上存在一定的不合理性，没有有效的调动学生参与学习的兴趣与热情。
（二）教学内容
材料力学中有几部分关键的知识难度较大，学生在理解的时候存在一定的问题。比如应力集中。所谓应力集中是指构件在受力的情况下，形状及外形发生了突变从而导致的局部范围内的应力显著增大。教材通常只给出了应力集中的影响因素，但对于在相关因素的影响下具体的系数却没有给出确定值，学生对于这一点知识未能深入理解。
2 ANSYS软件及有限元
ANSYS软件是由美国一名博士在1971年推出的，最早的版本仅仅提供了热分析及线性结构分析，其不足之处是只能在大型计算机运行，并且只是批处理程序。在上世纪70年代初期及后期有一定的发展，随着技术不断的进步，ANSYS软件的功能也越来越强大，为用户对某些问题进行深入的研究提供了帮助。有限元的发展有三个阶段，探索时期，独立发展时期，专家应用与其它软件相互补充，共同发展时期，并且呈现出了相应的趋势特征。
3 ANSYS软件特点
（一）处理能力强大
处理能力强大主要体现在四个方面，其一是建模，其二是网格划分，其三是参数设置，其四是与CAD无缝集成。网格划分主要有两种方式，自由与映射网格划分，对于不同的几何体而言，则有拖拉网格，层网格，局部细化。无缝集成方面，能够与多款件进行数据交换。
（二）加载求解
在ANSYS软件中，位移，温度，力等任何载荷可在任意几何体或有限元实体上，可以是数值，也可以是相关的函数。
（三）后期处理
对于利用ANSYS软件获得的数据，可以采用不同的方式进行输出，比如，图表，动画，此外还可以进行载荷叠加分析。
（四）开放性
开放性主要体现在与其它软件的有效对接，用户在开放的环境下可以根据自己的需要对软件进行相应扩充，对于边界条件，材料结构等可以由用户自定义。在不同类型的需求方面还可以进行二次开发。
ANSYS软件将自身技术与相关软件有效的结合在一起，自带的语言可以进行二次开发。比如用户可以在CAD中建模，然后通过接口将数据导入到ANSYS软件中进行相关计算。也可以用程序自带语言建模，计算，此时采用的是命令流的方式。
4 分析步骤
ANSYS软件分析步骤主要有三个方面。首先是模型创建，包含读入或创建模型，定义属性，以及网格划分。其次是施加载荷及选项，条件设定并求解。最后一步是结果的分析及验证。
5 ANSYS软件在材料力学教学工作中的优势
（一）教学效果提升
材料力学首先是一门专业基础课，其次是将多专业知识集中于一体，主要研究内容是构件在力的作用下产生的变形，损坏，以及失效等存在的规律。教学内容涉及到公式多，逻辑性强，计算过程难度大，计算量大，如涉及到微积分等知识，学生对于知识的掌握及理解存在问题，对于教师而言，如何进行有效的教学是不得不思考的问题。
ANSYS软件针对问题进行建模，将数据转化为图象，从对人体大脑的刺激来看，视觉上的刺激更为有效，大脑对于信息的理解量更大，层次也更深。将抽象的知识变为具体，有效降低了学习难度。并且ANSYS软件教学是动画过程，学生对于知识以及相关原理的变化有清楚的认识，表现形式更加生动有趣，能够在一定程度上调动学生学习的热情和积极性，实现教学质量的提升。
（二）应用能力培养
材料力学理论知识的学习是为了更好的在实际工作中应用，单纯的理论教学不足以培养学生的实践应用能力。学生对于学习存在畏难情绪。ANSYS软件应用通过建模对实际情景进行模拟，学生在一种高度真实的环境下学习，无论是理解能力方面还是在实践能力的培养方面都有很大好处。
（三）增强探究性学习能力
ANSYS软件在生活中的应用非常广泛，学生有必要了解熟悉并掌握。学生动手的过程是为今后积累一定的经验，培养并提升其解决问题的能力，同时也为走向社会奠定基础。
6 实例探究
在对ANSYS软件有了基本的了解之后，可以结合具体的例子加深认识。比如ANSYS软件研究不同载荷下的悬臂梁。现假设有一悬臂梁，长、高、厚度分别是500，60，20。弹性模量为200GPa，泊松比为0.3。分别在载荷1500N及集中力偶230N・m发生横力与纯弯曲。
由左图可看出正应力在自由端附近为零，随截面位置左移，应力相应增大，最大值出现在固定端。在固定端处最上与最下分别存在最大拉应力，最大压应力，二者相等。
图3为载荷下的米塞斯应力图，左为集中载荷，右为集中力偶。结果与实际情况完全相符合。
7 结束语
本文对ANSYS软件相关方面进行了说明，立足于教学实际，从软件在教学工作中的优势以及目前材料力学教学现状作阐述。教师在教学工作中将软件教学作为教学工作的一个重点来抓，让学生通过自身动手实践，对书中知识及原理有自身的领悟，同时培养学生的专项技能。无论是从教师教学还是学生学习的角度来看，ANSYS软件应用都具有无可比拟的优势，是针对教学存在问题的有效解决途径。教师要重视，学生也要重视，学校更应该重视，从多方面为教学工作提供相应的保障。
摘 要：材料力学课程概念较多，知识比较抽象，学习起来难于理解，而ANSYS软件模拟分析能力很强，能够使相关知识变得更直观、形象，因此，可以实现两者的有效融合。文中运用ANSYS重点分析了拉伸实验中拉伸应力、应变及弯曲实验中梁的弯曲应力应变情况，展示了ANSYS与材料力学相关实验相结合的可操作性。
关键词：ANSYS 材料力学 拉伸 弯曲
1 材料力W课程实验特点
材料力学[1]对于机械专业而言是一门必修课，目前，“材料力学”课程中一些重要的内容，如拉压、扭转和弯曲变形，除课堂上多媒体教学外，通常依靠现有的实验条件进行验证性实验教学，而有时存在实验条件不具备的情况，这样就无法对相关知识进行实验验证，此时如果在实验教学中采用直观的图形显示，也可以将抽象的概念形象化，同时增强学生对结构的感性认识，培养较强的结构分析能力，因此，可以尝试引入ANSYS软件进行简单的建模计算，并将计算结果形象地展示给学生。
2 ANSYS软件应用特点
ANSYS软件[2]中分析计算模块包括结构分析，可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析，能形象、直观地显示结构的变形、位移及应力分布情况，同时还能以动画的形式展示结构从最初加载到最终变形的整个过程。
3 ANSYS在材料力学实验中应用实例
（1）拉伸实验。材料力学中的低碳钢拉伸试验[3]通常在实际中通过拉力机拉伸，宏观上可以观察到试样缩颈现象，在此，可采用ANSYS模拟，选用拉伸试样弹性模量为0.175e6，泊松比为0.3，密度为7.85 kg/m2。图1为材料拉伸变形的整体过程，其中a图为变形初始，b图为变形后期。
通过加载求解后，得出试样拉伸变形应力变化和应变变化如图2和图3所示。
（2）弯曲实验。材料力学中的弯曲实验[4]通常采用简支梁、悬臂梁等结构进行实验分析，该文采用简支梁进行分析，给梁沿长度方向施加均匀载荷10 kN，梁的横截面积1.5 mm2，转动惯量IZZ=0.28125，IYY=0.125。力的加载如图4所示。
通过ANSYS模拟，绘制出的剪力图、弯矩图分别如图5、图6所示，这样得出的结论和实际计算结果相一致。
4 结语
通过ANSYS对拉伸实验和弯曲实验的模拟，将其与材料力学课程教学有机结合起来，既发挥了计算机的数值计算功能，又与直观的图形显示功能相结合，使得学生更易于理解和掌握所授课程的抽象力学概念，培养了学生的兴趣，提升了学生的形象思维能力，拓宽了学生的视野，提高了教学质量和效率，同时也培养了学生的计算机应用能力，有助于学生运用软件进行实际工程实例分析，在一定程度上可以使学生理论联系实际，为以后的工作打下坚实的基础。
摘 要：采用万能材料试验机，对典型车用的6005铝合金材料进行准静态拉伸试验。输出载荷-变形量关系，获得应力-应变曲线，进而分析材料的弹性模量、极限强度、极限应变、屈服强度和延展率等力学性能。
关键词：6005铝材；准静态拉伸；应力-应变曲线；力学性能
1 概述
车辆用6005铝合金属于Al-Mg-Si系中等强度铝合金。由于其优良的挤压成形性、耐腐蚀性和良好的焊接性，在国外被广泛用于高速列车、地铁列车、双层列车和客货汽车车体所需的薄壁、中空的大型铝合金壁板型材以及其它工业用结构型材。在我国，铝合金大型材已研制成功并投入生产，随着我国交通运输业的发展，6005铝合金在高速、轻型铝合金列车和地铁列车以及轻型客货汽车上的应用必将越来越多[1-3]。
6005具有较高的工艺性能。万普华等人对6005铝合金试样进行了水淬和水淬并深冷处理，来观察金相组织、抗拉强度等对6005铝合金力学性能的影响[4]。张健等人利用热塑性试验研究了6005A铝合金的热裂纹敏感性[5]，张大新等人将6005铝合金铸态试样和挤压制品试样在不同温度固溶加热后淬火处理，制备金相组织，用混合酸溶液侵蚀后在金相显微镜下观察金相组织[6]。
文章主要就6005铝合金材料的力学性能性能通过万能材料试验机开展了系统的实验研究。测定试件在准静态拉伸时，材料的应力应变曲线；提取加载曲线中的屈服点、强度极限；同时，测量实验前后试件实验段（即试件的标距段）的长度变化，算断裂伸长率和断面收缩率。
2 准静态拉伸试验
2.1 试件及仪器
运用Instron 5969标准电子万能拉伸试验机对6005铝材进行了准静态拉伸试验。试件参照GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验第一部分：室温试验方法》[7]制作。板状试件的尺寸示意图如图1所示。本试验采用比例试件，形状为板状，其厚度为4mm，平行长度为55mm，总长度128 mm。
2.2 试验结果
将试验试件在室温（10～35℃）环境下，试验试件及试验用夹头安装在试验机上，试件轴线应与力的作用线重合，将引伸计连接在试件上。试验机匀速进行拉伸，加载速率为10mm/min，测试试件在拉伸过程中的载荷-变形量的关系。针对横向切取和纵向切取材料，分别进行五次试验。试验过程如图2所示。
将试验结果绘制曲线，得到如图3所示的位移-载荷曲线。
名义应力可定义为？滓=F/A0，即载荷F除以原始截面积A0，而对应的名义应变可由？着=？驻L/L0计算得到，即伸长量？驻L除以原始标距L0。将结果绘制曲线，得到如图4所示的名义应力-名义应变曲线。
名义应力应变曲线并未真实地反映出材料随应变变化的关系，因而实际过程中的应力应变要进行相应的修正，需将实验所没测的名义应力与应变曲线转化为真应力真应变曲线。试验中采用引伸计，可直接测得拉伸过程中的应力和应变数据，绘制得到如图5所示的真实应力-真实应变曲线。
各次试验的结果如表1所示。
3 结束语
由准静态拉伸的位移-载荷曲线、名义应力-应变曲线、真实应力-应变曲线，得到以下几点结论：（1）相同应变情况下，真实应力略大于名义应力。分析可知，此现象符合实际。因为拉伸试验过程中，横截面发生收缩，小于初始横截面积，导致真实应力大于名义应力。（2）6005铝合金样件所能承受的最大拉伸力在2500-2750N范围内。（3）6005-T5的抗拉强度可达到260MPa，屈服强度约为230MPa，五次重复试验测得试件的延展率均为12.08%。
摘要： 提出了目前材料力学实验教学中存在的几个问题，结合实际情况提出了几点创新，提出要更新传统材料力学实验教学模式，重视基础实验的延伸，按专业类单独设课，实行开放性实验和网上选课等创新方法。
关键词： 材料力学实验 创新
0引言
在《材料力学》科学发展史中，实验促进了材料力学理论的发展，同时由于材料力学的理论是建立在将真实材料理想化、实际构件典型化、公式推导假设化基础上的，他的结论是否正确以及能否在工程中应用，都只有通过实验验证才能确定。
1材料力学实验教学现状
1.1 材料力学实验教学水平落后实验教学一直处于理论教学的从属地位，试验方法单一，只注重拉伸、压缩、电测等几个基础实验教学。教学设备、内容方法陈旧，测试技术和手段落后，学生所学材料力学知识与工程实际不能同步，学习兴趣不大。材料力学实验大部分为基础实验。以材料拉伸压缩试验为例，课上只是对典型的塑性材料低碳钢和脆性材料铸铁做测试，一般只提供标准试件，能够测试出低碳钢弹性模量E、屈服强度?滓s、抗拉强度?滓b、延伸率?啄和断后伸缩率?鬃以及铸铁的抗拉压强度即可，测试要求比较简单，学生只是被动接受，很难有兴趣。
1.2 现有的材料力学实验教学指导书不能与新进的实验设备同步材料力学实验设备――特别是电测设备更新是比较快的，这样就要求实验教材必须与设备的更新同步。
1.3 学生对实验课的认识存在误区由于材料力学实验是非独立实验，实验成绩所占该门课程的总成绩比例较小，对期末成绩影响不大，形成了重理论、轻实验的思想。
材料力学实验大部分为分组验证试验，许多同学认为只要会做实验就可以了，甚至有些学生认为实验课上不上无所谓，实验报告的处理也是拿别人的数据照抄应付。
1.4 各学校的实验教学水平参差不齐一些学校由于投入等原因，可能连基本实验还难以保证。一些学校则开发了设计性、综合性、开放性的实验，以及相应的实验装置等。有些学校还开发了新的实验设备，并获得了具有自主知识产权的实验设备专利。这些都是近年来我国高等学校教育教学改革所取得的成果。
2实验教学的几点创新
2.1 授课中穿插力学史，激发学生兴趣比如在讲述电测实验时，可介绍电阻应变计测试技术起源于19世纪。1856年，W・汤姆逊（W・Thomson）对金属丝进行了拉伸试验，发现金属丝的应变与电阻的变化有一定的函数关系；惠斯登电桥可用来精确地测量这些电阻的变化。1938年，E・西门斯（E・Simmons）和A・鲁奇（A・Ruge）制出了第一批实用的纸基丝绕式电阻应变计。
2.2 重视基础实验的延伸以材料力学性能测试为例，可以使测试材料多样化，除碳钢、铸铁两种材料以外再提供塑料、铝合金、木材、玻璃等多种材料，有条件话，还可以使用各种新型材料。要求学生分别测试不同材料的性能指标，通过比较，自己得出结论。同种材料不同截面（圆截面、矩形截面等）、不同尺寸，让学生结合理论课知识自己测算标距，求出所有参数。通过这种脱离只提供标准试件的模式，使简单、枯燥的材料性能试验多样化，活泼化，可以让更多的学生动起手来，从而提高学生的实验兴趣。
弹性模量E和泊松比?滋分别在材料的拉伸试验和电测实验中测得。这两个参数的测试方法很简单，学生一般在老师讲授完后很容易就能测定出来，由于操作简单，学生做完实验后很容易忘记他们是如何测得的，也很少有学生去研究实验原理。在学完了电测实验后，可鼓励学生自己动手粘贴应变计，研究如何接桥，利用电阻应变仪把弹性模量E和泊松比?滋在拉伸试验机上测试出来。
2.3 更新传统材料力学实验教学模式，探索新的高效直观的教育方法实行传统教学与多媒体教学相结合的教育模式。该校工程力学实验中心从2007年开始在几位老师的精心努力下，开发了一套直观、形象的材料力学实验多媒体教学课件，在实验课板书教学中通过穿插多媒体课件，大大激发了学生对材料力学实验的兴趣。为了改变以往材料力学实验设备陈旧和测试手段落后的现状，从2002年开始在原有液压万能试验机的基础上，陆续引进了新型的电子万能试验机若干台；陆续淘汰了旧的、低效的电阻应变仪和配套组合装置，开始使用操作简单、自动化程度高、数据处理方便的电测仪器。
2.4 实行开放性实验和网上选课系统给学生充足的时间和空间，突破材料力学实验教学的传统方式，实现全面开放实验室，建立相对独立的实验教学体系，打破班级授课制，开发网上选课系统，让学生自己在网上选课，按分散式教学模式组织实验教学。全面开放实验室，调动学生的主观能动性，使每个学生都有动手操作机器的机会，提高仪器设备的使用率。同时实验室开放能最大限度地利用实验室资源，实验室开放后，学生自己选择实验项目，实验的频率和实验循环的节奏由学生自己调节，这使得实验室的容量大幅度提高，实验用房得到充分的利用。
2.5 加强实验室建设要更新观念、提高效率，抛弃固有、陈旧的管理模式，选拔一批爱岗敬业，有高度责任心和事业心的优秀青年来充实实验室队伍。重视实验教师的培训，多与国内外知名高校交流，提高实验教师的业务素质。
3总结
材料力学实验实验课是一门技术基础课，在工科院校中占有相当重要的位置。但是，受多种因素的影响，力学实验教学设备陈旧，内容枯燥乏味，学生难有兴趣。传统的材料力学实验内容远远达不到培养学生实验技能的目的，也跟不上科技发展的步伐。因此，对实验内容必须进行大胆的改革和创新。
【摘要】本科阶段《材料力学》课程主要培养学生对简单杆件结构进行强度、刚度和稳定性进行分析的能力，是土木工程和道路桥梁与渡河工程等专业的一门重要专业基础课。针对实际课程教学中存在的问题，提出了一些改进措施。如适当引入前沿知识，激发学生求知欲和学习兴趣；恰当使用传统板书和多媒体授课方式；有效利用虚拟仿真技术；引入科技竞赛活动，培养学生的实践和创新能力等。实践证明上述措施有助于学生掌握相关知识。
【关键词】教学方法 教学手段 实践能力 创新能力
一、概述
《材料力学》是许多工科专业的专业基础课，我校的土木工程、道路桥梁与渡河工程、机械设计与制造、材料成型等专业均开设这门课程。它主要培养学生具备对简单杆件在外载荷下的强度、刚度和稳定性问题进行分析和设计的能力。对于土木工程专业而言，它还是一门承上启下的课程：《高等数学》和《理论力学》是它的先修课，而它又是《结构力学》、《钢结构设计》、《混凝土结构设计》、《弹性力学》和《组合结构设计原理》等课程的先修课。因此掌握好该门课程的基本概念和知识十分重要。但是该课程内容多、概念多并且相对抽象，同时还缺少足够的实践动手机会，因此一些学生反映该课程理论抽象、内容乏味，甚至少部分学生产生畏学现象[1]。所以，需要进行多方面的教学改革，以期达到预定的学习效果。近年来，在实际教学中进行了一些教学方法的改革和实践，取得了一定效果。
二、激发学习兴趣
好奇心和兴趣对于学生学习效果有决定性的作用，培养学生的实际工程应用能力和创新能力需要培养学生对科学的兴趣[2]。因此在实际教学过程中需要不断激发学生的好奇心和兴趣。主要采取的措施是适当引入前沿知识和身边的力学知识和案例。如在绪论课中介绍近年来我国和其他国家的典型的建筑物和道路桥梁等。同时从其他专业相关的国际权威期刊上检索相关文献，通过多媒体介绍其他相关专业中材料力学知识的一些应用，如展示Journal of Biomechanics杂志上检索到的膝关节置换术中需要解决的生物材料力学性能测试的问题；展示Journal of Biomechanics和Journal of Mechanical Science and Technology中检索到的关于鞋子设计中的材料选择和鞋底外形设计的问题；展示International Journal of Mechanical Engineering检索到的齿轮齿形设计和优化的材料强度问题；展示Ocean Engineering中关于海洋石油钻井平台的强度和刚度设计问题；展示Engineering Failure Analysis中关于大型矿用自卸车车轴断裂的分析。同时，结合时事介绍材料力学所研究的一些问题，如天宫二号发射时，介绍卫星发射塔及周边建筑物在面临强动载和高温时所面临的强度和刚度问题，介绍空间站在太空中所面临的恶劣环境及遭受空间碎片超高速撞击时的强度问题。这些内容的适当增加一方面可极大激发同学的好奇心和学习兴趣；另一方面也能拓展同学的眼界，这些知识也将告诉学生将来读研究生时也可选择其他相关专业。
三、合理使用传统板书和多媒体授课
过去的课堂教学手段主要是板书，这种授课方式对《材料力学》这种概念多和理论公式推导多的课程比较有效。其优点是学生和教师共同思考同一个问题，学生能紧紧跟随教师的思路和节奏[3]，教师边板书、边讲解、边推导、边启发和边提问，而学生则眼、耳、口和脑并用，这样可形成多维印象和刺激，就有利于学生掌握相关知识。但传统的板书也面临一些挑战：（1）展示复杂的变形形式时耗时较多，如实心圆柱在扭转载荷作用下的变形以及任意位置切应变的计算和推导需要画出较复杂的图形。（2）该课程的工程实践性较强，板书时无法有效传递实际工程的相关信息。而这两个缺点恰恰可以通过多媒体教学进行弥补。这种教学方式的展现能力强，信息传递量大，可以创造生动和逼真的教学氛围，激发学习兴趣。因此，涉及复杂图形特别是变形图的绘制以及变形过程的展示时可以借助多媒体技术进行授课，同时需要结合工程背景时也可通过多媒体展示。
四、有效利用虚拟仿真技术
《材料力学》是一门与工程实践密切联系的学科，因此安排有试验课程。但为使学生达到预期的学习效果，试验课通常安排在理论课讲授相关内容之后进行。但这样带来的一个问题是理论课堂上部分学生对相关知识理解不到位。比如讲授低碳钢在单向拉伸载荷下的力学性能时需要讲解径缩并计算应变值，应变值通过引伸计测得的伸长量除以原始标距段长度得到。但这种单向拉伸试验应变值的计算是建立在均匀变形的基础上的，而径缩后材料的变形在标距段内已不再均匀，因此径缩后按原公式计算得到的值理论上已不能再叫作应变。仅凭讲课和图片展示有时不足以让学生理解透彻，这时可以利用有限元计算提前完成单向拉伸试验的仿真，并展示其变形过程及变形过程中应变的分布，这样就能直观地讲解径缩，并清晰地展示径缩前后应变的分布情况。
另外，部分变形形式较复杂和抽象，部分学生无法深刻理解和掌握。如扭转载荷作用下实心圆柱的切应变分布，部分同学不能理解切应变随半径的线性变化。这时可以建立实习圆柱扭转的三维有限元模型，施加扭角，然后在后处理时显示标距段内3/4横截面的应变分布，这样便可以清楚展示应变的分布情况，易于学生深刻理解和掌握该知识点。
五、引入科技竞赛活动
《材料力学》是一门理论课程，但它来源于工程又服务于工程，在培养学生逐步建立工程概念和逐渐形成解决实际工程问题能力方面有着十分重要的作用。但对于一般和新建本科院校而言，通常缺少充足的实践锻炼机会和试验设备。近年来，科技竞赛活动渐多，如省级结构建模大赛、中南地区结构建模大赛等。在这些竞赛活动中需要设计和制作出屋盖、塔式建筑、桥梁、输电塔、广告牌支撑结构等。通过这些竞赛，学生需要确定具体的分析对象，通过检索文献资料和力学分析确定初步结构形式，完成制作，进行加载和多轮优化等，这对于巩固理论知识，培养实践能力和创新意识具有重要意义。为让更多同学参与这种活动，在学校层面设计了“挑战杯”竞赛活动，并将这种竞赛活动纳入《材料力学》课堂教学，在成绩评定中计入该项成绩。
六、结语
《材料力学》是一门重要的专业基础课，又能直接服务工程实际，但内容相对多且枯燥。因此在教学过程中，要注重激发学生的学习兴趣；合理使用传统板书和多媒体技术进行授课；在相关知识的讲授时可以采用虚拟仿真技术增加直观性，以便于学生理解和掌握；同时，还要重视科技竞赛活动对于巩固理论知识、培养学生实践能力和创新意识方面的作用。
