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材料力學(xué)常規(guī)實(shí)驗(yàn)中存在問題及不足探究論文
摘要：本文簡(jiǎn)要介紹了材料力學(xué)常規(guī)實(shí)驗(yàn)中存在的一些問題及不足， 探索了一些解決問題的方法， 并簡(jiǎn)要介紹自己動(dòng)手改造實(shí)驗(yàn)設(shè)備， 提高教學(xué)水平的心得。
關(guān)鍵詞：材料力學(xué)； 實(shí)驗(yàn)； 改進(jìn)；
材料力學(xué)是機(jī)電、建筑、水利等工科專業(yè)重要的基礎(chǔ)課之一， 它主要研究材料受力后的變形和破壞規(guī)律， 為構(gòu)件選擇適當(dāng)?shù)牟牧希?確定合理的形狀和尺寸， 提供必要的理論基礎(chǔ)和計(jì)算方法， 使構(gòu)件達(dá)到既安全又經(jīng)濟(jì)的要求。它和實(shí)際工程聯(lián)系性強(qiáng)， 對(duì)于剛從中學(xué)進(jìn)入大學(xué)一年多的學(xué)生來說， 有些理論和概念光靠講解很難真正理解。因此， 實(shí)驗(yàn)對(duì)于學(xué)生進(jìn)一步掌握和領(lǐng)悟所學(xué)的課堂內(nèi)容有著非常重要的作用。特別是材料力學(xué)的理論是建立在將真實(shí)材料理想化， 實(shí)際構(gòu)件典型化， 公式推導(dǎo)假設(shè)化基礎(chǔ)之上的， 它的結(jié)論是否正確以及能否在工程中應(yīng)用， 都只有通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證才能斷定。所以， 實(shí)驗(yàn)在材料力學(xué)的教學(xué)過程中占有非常重要的位置。
常規(guī)傳統(tǒng)的材料力學(xué)基本實(shí)驗(yàn)包括材料拉伸實(shí)驗(yàn)、壓縮實(shí)驗(yàn)、彈性模量的測(cè)試等。這些實(shí)驗(yàn)都需要在萬能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。我們?cè)诮虒W(xué)中發(fā)現(xiàn)， 由于學(xué)生在此之前從未接觸過該類設(shè)備， 操作比較生疏， 再加上有的學(xué)生上課之前沒有好好預(yù)習(xí)， 實(shí)驗(yàn)時(shí)邊看書邊操作， 即使老師講解過一遍也不熟悉， 容易出現(xiàn)操作故障， 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有時(shí)也不準(zhǔn)確， 使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生畏難情緒， 失去對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣。
為了克服這種現(xiàn)象， 我們經(jīng)過探討實(shí)踐， 主要采取了以下幾個(gè)方面的措施：
一、充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)的直觀性促使學(xué)生把實(shí)驗(yàn)觀察到的現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)果與書本的理論和分析聯(lián)系起來， 從而加深對(duì)課堂所學(xué)的知識(shí)的理解與掌握。
如材料拉伸實(shí)驗(yàn)， 學(xué)生在比較低碳鋼和鑄鐵破壞后的斷口形貌時(shí)， 往往就光是直觀的看到低碳鋼斷裂時(shí)有頸縮現(xiàn)象， 鑄鐵則沒有。再引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)觀察， 就會(huì)發(fā)現(xiàn)低碳鋼斷口四周有塑性破壞產(chǎn)生的小光亮斜面， 而中心部分組織較為粗糙， 并且和試件軸線幾乎是垂直的， 這主要是拉斷的。然后再讓學(xué)生討論試件的斷裂過程是怎樣的。由于斷裂發(fā)生在試件內(nèi)部， 直觀上是看不到的， 只有通過對(duì)斷口形貌的分析并聯(lián)系以前學(xué)過的知識(shí)， 才能得出結(jié)論。學(xué)生積極思考， 各抒己見， 發(fā)言非�；钴S。等學(xué)生分析完畢， 老師肯定其中的正確部分， 指出其中的錯(cuò)誤， 然后再作一個(gè)總的總結(jié)：低碳鋼試件斷裂時(shí)， 中心部分由于頸縮現(xiàn)象處于三向拉伸應(yīng)力狀態(tài)， 首先引起斷裂， 而當(dāng)其斷開后， 邊緣部分材料繼續(xù)拉伸， 使其在受剪應(yīng)力最大的截面上剪切斷裂， 而鑄鐵則沒有任何傾斜的截面， 整個(gè)斷裂面都是脆性破壞。
二、加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)管理， 嚴(yán)格規(guī)章制度
由于材力實(shí)驗(yàn)室設(shè)備較少， 學(xué)生人數(shù)多， 分組多， 設(shè)備使用頻繁， 設(shè)備使用者不明確， 有時(shí)設(shè)備出了故障甚至是損壞， 找不出責(zé)任人， 即使找出責(zé)任人， 也要耽誤下面組的同學(xué)實(shí)驗(yàn)。根據(jù)這種情況， 我們規(guī)定每組實(shí)驗(yàn)的同學(xué)必須選出一個(gè)小組長(zhǎng)， 明確由誰(shuí)操作試驗(yàn)機(jī)， 由誰(shuí)作記錄， 誰(shuí)測(cè)量變形， 誰(shuí)測(cè)量作用力。每次實(shí)驗(yàn)完畢進(jìn)行登記， 并請(qǐng)老師簽字后方可離開， 培養(yǎng)了學(xué)生嚴(yán)格認(rèn)真負(fù)責(zé)的學(xué)習(xí)態(tài)度， 而這也正是科研工作所必備的素質(zhì)；同時(shí)， 實(shí)驗(yàn)室工作人員在學(xué)生實(shí)驗(yàn)完畢后， 抓緊時(shí)間把設(shè)備檢修、保養(yǎng)一遍。
三、加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備建設(shè)， 改善教學(xué)條件， 提高教學(xué)水平
實(shí)驗(yàn)教學(xué)能否高質(zhì)量的進(jìn)行， 很大程度上取決于實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)， 而其中的設(shè)備建設(shè)又是關(guān)鍵。設(shè)備建設(shè)不光是指購(gòu)置新設(shè)備， 對(duì)老設(shè)備的更新改造也是一條有效的捷徑。
根據(jù)學(xué)校的實(shí)際情況， 我們盡量購(gòu)置了一些新設(shè)備， 并針對(duì)實(shí)驗(yàn)室的一臺(tái)30噸液壓式萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行了更新改造， 主要的改造內(nèi)容有下列幾個(gè)方面：
1。指示系統(tǒng)的改造
由于試驗(yàn)機(jī)是十多年前生產(chǎn)的， 數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)是度盤指針顯示， 且只能指示力值， 有三檔可調(diào)， 誤差大， 精度不高。改造后， 精度提高了一個(gè)等級(jí)， 具有四檔換位功能， 使從前試驗(yàn)機(jī)沒辦法做的小量程試驗(yàn)現(xiàn)在可以精確地進(jìn)行， 并由計(jì)算機(jī)屏幕實(shí)時(shí)顯示力值， 變形值， 時(shí)間， 速度等數(shù)據(jù)， 使實(shí)驗(yàn)過程一目了然。
�。�1） 數(shù)據(jù)處理自動(dòng)化
材料的特征點(diǎn) （上屈服點(diǎn)， 下屈服點(diǎn)， 最大點(diǎn)， 斷裂點(diǎn)） ， 彈性模量E， 斷面收縮率等實(shí)驗(yàn)結(jié)果， 自動(dòng)處理顯示， 可以輸出打印， 并可以實(shí)時(shí)屏幕顯示變形——試驗(yàn)力曲線， 時(shí)間——試驗(yàn)力曲線。
�。�2） 試樣夾持機(jī)構(gòu)的改造
試樣夾持方式由人工手動(dòng)夾持改為液壓自動(dòng)夾持， 由于人工手動(dòng)夾持在試驗(yàn)初期夾持不緊， 容易造成試件滑動(dòng)， 嚴(yán)重影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果， 改為液壓自動(dòng)夾緊裝置后， 徹底解決了這一困繞學(xué)生多年的問題。
通過以上改造大大提高了試驗(yàn)機(jī)的技術(shù)水平， 使其達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平， 并使試驗(yàn)機(jī)的精度提高了一個(gè)等級(jí)， 使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠， 且能大批量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)， 為以后實(shí)驗(yàn)室對(duì)外開放提供了良好的設(shè)備保障條件， 并節(jié)約了大量設(shè)備投資費(fèi)用。更為重要的是提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的水平。實(shí)驗(yàn)時(shí)， 先讓學(xué)生自己動(dòng)手， 手工操作， 以加深對(duì)實(shí)驗(yàn)原理及相關(guān)知識(shí)的理解， 然后再用計(jì)算機(jī)做一遍， 分析兩者之間結(jié)果的差異， 并找出原因及解決問題的辦法， 不僅培養(yǎng)了學(xué)生分析問題和解決問題的能力， 極大的調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性， 而且使學(xué)生掌握了較為先進(jìn)的測(cè)試方法。
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