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材料力學(xué)常規(guī)實(shí)驗(yàn)中存在問(wèn)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(wèn)題及不足, 探索了一些解決問(wèn)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(lái)說(shuō), 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(guò)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(guò)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(wàn)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(guò)該類設(shè)備, 操作比較生疏, 再加上有的學(xué)生上課之前沒(méi)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(guò)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(guò)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(lái), 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(méi)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(guò)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(guò)對(duì)斷口形貌的分析并聯(lián)系以前學(xué)過(guò)的知識(shí), 才能得出結(jié)論。學(xué)生積極思考, 各抒己見(jiàn), 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(kāi)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(méi)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(kāi), 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(wàn)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(méi)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(guò)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(wèn)題。
通過(guò)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(kāi)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(wèn)題的辦法, 不僅培養(yǎng)了學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)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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