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材料力學(xué)常規(guī)實驗中存在問題及不足探究論文
摘要:本文簡要介紹了材料力學(xué)常規(guī)實驗中存在的一些問題及不足, 探索了一些解決問題的方法, 并簡要介紹自己動手改造實驗設(shè)備, 提高教學(xué)水平的心得。
關(guān)鍵詞:材料力學(xué); 實驗; 改進;
材料力學(xué)是機電、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?shù)牟牧希?確定合理的形狀和尺寸, 提供必要的理論基礎(chǔ)和計算方法, 使構(gòu)件達到既安全又經(jīng)濟的要求。它和實際工程聯(lián)系性強, 對于剛從中學(xué)進入大學(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, 實驗對于學(xué)生進一步掌握和領(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材料理想化, 實際構(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, 都只有通過實驗驗證才能斷定。所以, 實驗在材料力學(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)基本實驗包括材料拉伸實驗、壓縮實驗、彈性模量的測試等。這些實驗都需要在萬能材料試驗機上進行。我們在教學(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, 實驗時邊看書邊操作, 即使老師講解過一遍也不熟悉, 容易出現(xiàn)操作故障, 實驗數(shù)據(jù)有時也不準確, 使學(xué)生對實驗產(chǎn)生畏難情緒, 失去對實驗的興趣。
為了克服這種現(xiàn)象, 我們經(jīng)過探討實踐, 主要采取了以下幾個方面的措施:
一、充分發(fā)揮實驗教學(xué)的直觀性促使學(xué)生把實驗觀察到的現(xiàn)象和實驗結(jié)果與書本的理論和分析聯(lián)系起來, 從而加深對課堂所學(xué)的知識的理解與掌握。
如材料拉伸實驗, 學(xué)生在比較低碳鋼和鑄鐵破壞后的斷口形貌時, 往往就光是直觀的看到低碳鋼斷裂時有頸縮現(xiàn)象, 鑄鐵則沒有。再引導(dǎo)學(xué)生仔細觀察, 就會發(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, 只有通過對斷口形貌的分析并聯(lián)系以前學(xué)過的知識, 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, 指出其中的錯誤, 然后再作一個總的總結(jié):低碳鋼試件斷裂時, 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, 整個斷裂面都是脆性破壞。
二、加強實驗管理, 嚴格規(guī)章制度
由于材力實驗室設(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, 有時設(shè)備出了故障甚至是損壞, 找不出責任人, 即使找出責任人, 也要耽誤下面組的同學(xué)實驗。根據(jù)這種情況, 我們規(guī)定每組實驗的同學(xué)必須選出一個小組長, 明確由誰操作試驗機, 由誰作記錄, 誰測量變形, 誰測量作用力。每次實驗完畢進行登記, 并請老師簽字后方可離開, 培養(yǎng)了學(xué)生嚴格認真負責的學(xué)習態(tài)度, 而這也正是科研工作所必備的素質(zhì);同時, 實驗室工作人員在學(xué)生實驗完畢后, 抓緊時間把設(shè)備檢修、保養(yǎng)一遍。
三、加強實驗室設(shè)備建設(shè), 改善教學(xué)條件, 提高教學(xué)水平
實驗教學(xué)能否高質(zhì)量的進行, 很大程度上取決于實驗室的建設(shè), 而其中的設(shè)備建設(shè)又是關(guān)鍵。設(shè)備建設(shè)不光是指購置新設(shè)備, 對老設(shè)備的更新改造也是一條有效的捷徑。
根據(jù)學(xué)校的實際情況, 我們盡量購置了一些新設(shè)備, 并針對實驗室的一臺30噸液壓式萬能試驗機進行了更新改造, 主要的改造內(nèi)容有下列幾個方面:
1。指示系統(tǒng)的改造
由于試驗機是十多年前生產(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, 精度提高了一個等級, 具有四檔換位功能, 使從前試驗機沒辦法做的小量程試驗現(xiàn)在可以精確地進行, 并由計算機屏幕實時顯示力值, 變形值, 時間, 速度等數(shù)據(jù), 使實驗過程一目了然。
。1) 數(shù)據(jù)處理自動化
材料的特征點 (上屈服點, 下屈服點, 最大點, 斷裂點) , 彈性模量E, 斷面收縮率等實驗結(jié)果, 自動處理顯示, 可以輸出打印, 并可以實時屏幕顯示變形——試驗力曲線, 時間——試驗力曲線。
。2) 試樣夾持機構(gòu)的改造
試樣夾持方式由人工手動夾持改為液壓自動夾持, 由于人工手動夾持在試驗初期夾持不緊, 容易造成試件滑動, 嚴重影響實驗結(jié)果, 改為液壓自動夾緊裝置后, 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機的技術(shù)水平, 使其達到國內(nèi)先進水平, 并使試驗機的精度提高了一個等級, 使實驗結(jié)果更加準確可靠, 且能大批量進行實驗, 為以后實驗室對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)備投資費用。更為重要的是提高了實驗教學(xué)的水平。實驗時, 先讓學(xué)生自己動手, 手工操作, 以加深對實驗原理及相關(guān)知識的理解, 然后再用計算機做一遍, 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)動了學(xué)生的學(xué)習積極性, 而且使學(xué)生掌握了較為先進的測試方法。
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