如何学习_材料力学_ (1)

如何学习《材料力学》

王林林

中图分类号:O39　文献标志码:C　文章编号:1008-0155(2003)04-0030-02

材料力学是应用力学的一个分支,它是一门技术基础课,是基础课和专业课的桥梁。为了帮助学员掌握好这门课,下面就如何学好这门课谈些看法。

一、牢牢把握课程特点。

理论与实践相结合,整个材料力学研究的内容,采用的方法都是围绕其主要任务展开的。即按强度、刚度和稳定性分析的要求,研究构件在外力作用下变形和破坏规律,为既安全又经济地设计构件提供基本理论和计算方法。为进行上述问题的宏观研究,首先必须知道材料本身的基本力学性质,。其次,通过试验还可以了解材料变形的基本规律和杆件的变形情况,以此为基础,材料力学利用力学知识和数学方法建立了有关的理论。此外,有些单靠理论解决不了的问题,需借助于实验来解决。因此,理论分析和实验技术在材料力学中占有同样重要的地位。

独立性和共性。材料力学寻杆、轴和梁分别提出相应的假设,建立力学模型,从而推导出各自的计算公式,并能独立地解决工程实际问题。同时材料力学所研究的拉(压)、弯、扭三种基本变形虽然具有独立性,但它所采用的研究方法和解决问题的手段又具有共性。即利用截面法及变形几何、物理、静力三方面关系,确定内力、应力和变形。这就使得三种基本变形问题的各种结论与计算公式在形式上保持一致。

因此,要求学员在学习过程中,抓住课程特点,围绕基本内容,以点带面,把握全书。

二、注重掌握基本概念和基本理论

在学习材料力学之前,我们首先学习了理论力学。理论力学主要是研究物体在外力作用下的平衡与运动问题的一般规律,即研究物体的外效应。而材料力学以研究内效应为目的,所以它强调对内力、应力、强度、变形、刚度和稳定性等关于描述杆件内部变化概念的掌握。

杆件受外力作用发生变形,同时在杆件内部引起附加的内力。这种附加内力随着外力的加大而相应地增加。不过它的增加,对于某一些材料来说,有一定的限度,超过这个限度,物体就要破坏。所以在材料力学中所注意的就是这种由于外力所引起的附加内力,简称内力。这一点情况下横截面上的内力,在整个课程中占有十分重要的地位。所以要求学员一开始就要掌握基本概念和方法,并在以后的分析计算中达到熟练程度。另外在进行内力分析时,所有外力都是定位矢量,作用点不能移动,就是因为研究对象已由理论力学的刚体变成材料力学的变形体。

解决杆件的强度问题,必须分析横截面上的应力。教材中采用由表及里,从一维问题到多维问题,这样逐步深化的方法,阐明了应力这个重要的基本概念,对于应力和强度公式,在学习中重点放在理论建立公式的方法上,即由观察实验入手,作出相应的平面假设,从几何、物理、静力学等方面进行综合分析。要求学员不仅牢记会用,而且对公式推导过程中所涉及的各种基本理论和基本方法要清楚。

建立刚度条件和解决静不定问题的关键是计算杆件的变形。首先要掌握三种基本变形形式下的基本概念和基本方法。其次要注意区分位移和变形这两个概念,变形指杆件尺寸和形状的改变,如杆件的伸长或缩短、扭转和弯曲。而位移是指结构某一截面或某一点在杆件变形后位置上的改变。其实,我们在学习中只要把应力、强度问题研究透彻了,变形问题也就随之而解了,它们中间的桥梁就是虎克定律。

静不定问题是材料力学的重点内容之一。在工程实际中,为加强和提高结构的强度及刚度,多采用静不定结构。而在理论力学中。我们把物体视为刚度,所研究的问题只限于静定问题。材料力学研究强度、刚度等问题。在这种问题里,物体的

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变形是主要因素。因此,可利用变形几何关系建立补充方程解决静不定问题。

应力状态分析是从微观上了解杆件上一点处不同截面上的应力变化,其目的是为了判断杆件受力后在什么截面,什么位置处于危险状态,为解决杆件在复杂应力状态下的强度问题打下基础。要求掌握基本理论和研究方法。侧重于应用它的结论进行强度分析。

压杆稳定问题是一个专门问题。它是讨论有关受压细长杆稳定性分析及其计算方法,也是进行其他形式结构的稳定分析时的理论基础,在世界上有不少的工程事故是由于受压杆突然丧失稳定性而引起的。因此对它进行稳定性分析是必要的。要理解临界压力,临界应力的意义,弄清欧拉公式推导过程。会应用长、中柔度杆的稳定计算公式进行稳定校核。

在研究杆件扭转、弯曲和组合变形情况下的强度、刚度以及研究压杆的稳定性问题时,都要涉及与截面形状和尺寸有关的一些几何性质。这些几何量包括形心、面积矩、惯性矩、极惯性矩、截面模量等。对于这些几何问题,因实际应用面较在窄,一般数学课程极少研究,因而需要熟记它们的抗扭、抗弯截面模量,并会查表确定工字钢、角钢、槽钢的抗扭、抗弯截面模量。

三、善于找规律,提高解题技能的培养

杆件在各种变形形式下受力和变形的特点虽各不相同,但解决问题的步骤和采用的基本方法却相同。其步骤一般如图

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图

其中,外力部分完全是我们在理论力学所熟悉的。后面几点在前面做了概括性的说明。

作图是材料力学解决问题的一个重要手段,作图主要包括内力图和应力圆。内力图表示内力变化的图示。主要有轴力图、扭矩图、剪力图和弯矩图。重点掌握剪力图和弯矩图。在画内力图时

要注意分段原则。即有集中力偶作用处内力图有突变,突变量等于该处集中力或力偶。以校核所画内力图正确与否。另外,一点应力状态的单元体和应力圆有着对应关系,即圆上一点,体上一面;圆上半径,体上法线;转角两倍,转向一致;直径两端,互垂截面。要求学生掌握画图方法。并力求画的快,画的准。

材料力学这门课相对来说公式与符号多。为了明确杆件的各种内力、应力和变形,材料力学对符号做了专门的规定,熟悉各种符号是准确解题的关键。

此外,通过材料力学的学习和训练,还要培养计算能力。要重视数字计算及其校核。同时也为今后学习机械零件、流体力学等后继课程提供理论基础。

一是学习本课程必须在理解和掌握局部内容的基础上把握全局,这样在学完课程后,才能有效地提高分析问题和解决问题的能力。

二是提高听课效率,教师讲课不可能面面俱到,在有限的几十分钟里,主要突出重点和难点,学生在听课时做到眼、手、脑并用,使精神处于最佳状态,这对学生掌握一节课的基本内容是有好处的。

三是注意及时复习和做习题。复习时要仔细看书,耐心推导。要会用自己的理解叙述定义,公式等。力争多做习题。这样才能巩固所学内容,才能发现自己的问题。

总之,学员在学习材料力学的过程中,要抓住课程特点,到一定阶段进行小结和总结,找出前后内容的内在联系、纵横关系,以使知识系统化、条理化。参考文献:

〔1〕毛三一、张文,秦冬棋,李新秋.材料力学〔M 〕

.山西高校联合出版社,1991.〔2〕梁治明,丘侃,陆耀洪.材料力学〔M 〕.高等教育出版社,1996.

〔3〕郝桐生.理论力学〔M 〕.高等教育出版社,1990.

作者简介:王林林(1960-),女,山西矿业学院毕业,现任内蒙古矿业职工大学机电高级讲师。

收稿日期:2003-04-03

(责任编辑:　梁亚奋)

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