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教学内容

课程建设的定位与目标 知识模块顺序及对应的学时 课程的重点、难点及解决办法

    我校开设“材料力学”课程的专业为飞行器设计与工程、航空发动机、飞行器制造工程、人机环境及材料科学、自动控制和测试技术等,这些专业均具有航空特色。在面向二十一世纪的航空主机专业教改中,“材料力学”课程对其教学内容、课程体系与组织方式进行了改革,以适应现代社会经济持续增长及科学技术迅猛发展的需要,培养有能力参与未来国际竞争的人才。

课程建设的定位与目标

    提高工程素质和培养创新精神。科学技术综合化发展的趋势,对工程教育提出了人才素质综合化的要求。将高等工程教育人才培养的目标,重点放在提高工程素质和培养创新精神。即对高等工程教育人才培养目标进行再认识,确立高等工程教育要培养工程素质和科技创新能力的理念。在课堂教学过程中,注重结合工程实际进行理论分析。重视实践教学环节的强化,加大实践教学学时比重,开设综合性、设计性实验项目。这样理论联系实际,教学联系工程,激发学生学习的热情,培养学生掌握科学实验和工程实践方法。促进了科技创新能力。

 

知识模块顺序及对应的学时

    对材料力学课程实行模块化教学,材料力学实验单独设课,针对不同专业对学生知识结构的要求,选择不同模块的课程。课程改革要体现学时少、内容新、水平高、效果好的原则。

    知识模块为:

    (1)  材料的基本变形 28学时

    (2)  应力应变分析 8学时

    (3)  强度理论与组合变形 6学时

    (4)  能量法与静不定 10学时

    (5)  动载荷与交变应力 6学时

    (6)  压杆稳定 6学时

    共计 64学时

    (一)航空(主机)类专业

    航空(主机)类专业是我校的重要组成部分,涉及航空宇航学院、能源与动力工程学院及机械工程与制造学院等,每年的学生达 1200余人。

    材料力学课堂教学压缩为 64学时,主要内容基本不变,但在非圆截面扭转的变形分析、非对称弯曲、薄壁杆的自由扭转和奇异函数法等带*号的章节根据不同专业做了取舍。将平面应变状态分析放到实验课里讲授。

    多年来我们一直坚持材料力学实验单独设课,但在新的形势下,对实验内容和学时都提出了新的要求。在实验课中不但要求提高材料力学实验水平,还要求学生掌握实验数据处理的方法。所以把材料力学实验和误差分析合并为 32学时的“力学测试技术与误差分析”。

    (二)材料科学类和近机类专业

    材料力学 56学时,主要讲授的模块为:

    (1)材料的基本变形 28学时

    (2)应力分析 6学时

    (3)强度理论与组合变形 6学时

    (4)动载荷与交变应力 6学时

    (5)压杆稳定 6学时

    课堂教学 52学时,实验教学4学时。

    (三)电类和管理类有关专业

    对这类专业开设 72学时的工程力学。由于这些专业对材料力学的要求不同,所以各有侧重。

    对自动控制等相关专业,由于它们的侧重点是动力学、运动学的知识,而对变形体的强度和刚度涉及较少。故开设以动为主的工程力学,主要讲授的模块包括:

    (1)静力学 16学时

    (2)材料的基本变形 24学时

    (3)运动学 14学时

    (4)动力学 16学时

    课堂教学 70学时,实验教学2学时。

    对测试技术与仪器等相关专业,由于涉及大量的传感器知识,特别是应变式传感器。因此,在教学模块设计中开设以静为主的工程力学,主要讲授的模块包括:

    (1)静力学 18学时

    (2)材料的基本变形 28学时

    (3)应力应变分析 8学时

    (4)强度理论与组合变形 8学时

    (5)压杆稳定 6学时

    课堂教学 68学时,实验教学4学时。

    电类中的自控专业和管理类专业,由于它们的侧重点是动力学、运动学的知识,而对变形体的强度和刚度涉及较少。所以在教学模块设计中,主要讲述理论力学加材料力学的基本变形。测控技术与仪器专业由于涉及大量的传感器知识,特别是应变式传感器。因此,在教学模块设计中将重点放在介绍静力学加材料力学基本变形、应力分析、强度理论及稳定的概念。

    总之,我们的课程体系改革的特点是:

    1.实行模块化教学,增加材料力学教学计划的柔性,针对不同专业开设出不同规格的课程。灵活的模块化教学适应了不同专业的教学要求。

    2.加强实验课教学,实验单独设课。增大课程内实验时数比例,将课时5%-10%的实验时数提高到10%-20%。使学生通过实验深入理解所学科目,增强学生的力学工程素质。

 

课程的重点、难点及解决办法

   一、基本变形部分

     (一)重点、难点:

     (1)内力与外力的基本概念,内力的分析;

     (2)正应力、剪应力和线应变、角应变的概念;

     (3)材料力学基本假设及其物理意义,小变形条件的含义;

     (4)轴向拉压杆、受扭轴、受弯梁的内力、横截面上的应力、变形分析;

     (5)材料的机械性能及相关实验分析;

     (6)超静定问题的认识,简单超静定问题的求解;

     (7)剪切与挤压的认识;

     (8)支座;

     (9)平面弯曲的概念;

     (10)弯曲中心的概念;

     (11)弯曲变形和位移,挠曲线的近似微分方程,边界条件、连续条件,叠加法。

     (二)解决方案:

     (1)根据学生学习过程中,常沿用《理论力学》的习惯思维的特点,分析理力与材力的基本模型的区别,帮助学生建立正确的基本概念,明确在两门课程中的异同点;

     (2)明确“能量守恒,力的平衡,位移协调”仍是材料力学中建立关系的主要依据,但要根据材料力学的特点进一步明确能量、力和位移的具体内容;

     (3)充分利用多媒体,演示物体受力的变形过程,建立正应力、剪应力和线应变、角应变等概念;

     (4)结合相关实验现象,分析新概念的物理意义;

     (5)以概念群为重点,切实掌握概念;

     (6)精选例题,启发思维,培养基本解题能力。

  二、应力应变分析、强度理论和组合变形

    (一)重点、难点:

     (1)应力状态的概念;

     (2)平面应力状态的分析;

     (3)三向应力状态下的最大剪应力;

     (4)广义虎克定律;

     (5)变形比能,形状改变比能和体积改变比能;

     (6)平面应变分析;

     (7)强度理论的概念;

     (8)常用的四个强度理论;

     (9)组合变形下构件横截面上一点的应力的计算与应力分析;

     (10)危险截面、危险点的确定;

     (11)两个平面弯曲的组合,弯矩 M合成的理由与方法;

     (12)扭转和弯曲的组合。

     (二)解决方案:

     (1)充分利用多媒体,形象直观地显示点的应力状态、平面应变分析、多个方向的应力作用下的变形等内容,深入浅出地介绍有关概念;

     (2)讨论单元体的截取,方向面的选择,分析构件的复杂受载情况与点的应力状态间的关系,注意不要孤立地分析点的应力状态;

     (3)总结关于正负号的规定,使得学生准确掌握平面应力和应变分析的方法;

     (4)联系工程实际结构,讲授强度理论;

     (5)明确组合变形中的“分解”与“叠加”的概念,综合运用前面有关章节中关于构件的内力、基本变形、应力计算、应力分析和确定理论等知识,启发学生开动脑筋,探索外力分解或向截面形心简化的方法,分析构件上的基本变形,综合比较构件不同截面上的内力分量,寻找危险截面;综合运用不同的内力分量所对应的应力分布规律,确定危险点;根据应力分析、强度理论等知识,分析危险点的危险程度。精心设计教学过程,充分调动学生的积极性,适时提出问题,引导学生积极思考,综合运用已掌握知识,参加讨论,实施研究性学习。这样既使得学生切实掌握有关组合变形的知识,又很好地复习和总结了前面的相关内容,还提高了自行解决较复杂问题的能力。

  三、能量法与超静定问题

    (一)重点、难点:

     (1)不同基本变形下杆件的变形能表达式;

     (2)卡氏定理、单位载荷法、图乘法、功的互等定理和位移互等定理;

     (3)超静定问题的概念和解法。

    (二)解决方案:

     (1)结合材料的机械性能,引导学生分析不同基本变形下杆件的变形能;

     (2)着重分析不同方法的物理含义和数学处理;

     (3)通过典型例题讲解解题步骤;

     (4)提高讨论课使得学生进一步掌握能量法的解题步骤;

     (5)分析超静定问题的物理含义,通过典型例题分析求解超静定问题的主要步骤,重点引导学生讨论基本静定系的选取和变形协调条件的建立;

     (6)通过学生作业和考试中的典型错误的分析,让学生自己发现和纠正不当之处。

  四、动载荷与压杆稳定

    (一)重点、难点:

     (1)动载荷的概念及其作用介绍;

     (2)冲击动荷系数;

     (3)压杆稳定的概念;

     (4)临界应力的概念,柔度的概念,不同杆件的分类,临界应力总图。

    (二)解决方案:

     (1)通过航空航天和土木工程中的实例,介绍动载荷的作用过程和构件失稳的危害,帮助学生建立准确的基本概念;

     (2)设计问题,动静对比,使得学生明确动载荷的作用的特殊性;

     (3)以冲击动荷系数为重点,介绍冲击问题的分析方法;

     (4)从压杆稳定的实例出发,讲解稳定的基本概念的物理意义,分析不同约束条件对杆件稳定性的影响。以临界应力总图为中心,讨论不同柔度压杆的临界应力。

 

 

   
   
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